基于VDK的嵌入式文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

摘要 針對實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于Nand Flash的高速、大容量存儲系統(tǒng)，闡述了利用BF537及其集成開發(fā)環(huán)境Visual DSP++的內(nèi)核VDK，實(shí)現(xiàn)嵌入式文件系統(tǒng)的具體方案。同時簡要介紹了通過虛擬地址映射和壞塊標(biāo)記的方法，來管理Nand Flash芯片中的壞塊，以此實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的地址傳輸。
關(guān)鍵詞 VDK；BF537；嵌入式文件系統(tǒng)；Nand Flash

Blackfin(BF)系列DSP是ADI公司和Intel公司共同開發(fā)的DSP，采用了一種新型結(jié)構(gòu)MSA。BF系列中的BF537具有較塊的運(yùn)算速度和豐富的接口資源，長于控制和視頻圖像處理，且其帶有符合IEEE 802．3規(guī)范的以太網(wǎng)控制器，如果在BF537中移植帶有LwIP協(xié)議棧的VDK工程，并利用網(wǎng)絡(luò)芯片對537進(jìn)行擴(kuò)展，就能便捷地實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與因特網(wǎng)的通信。
由于低功耗、數(shù)據(jù)非易失、存儲速度快、存儲密度大等優(yōu)點(diǎn)，Nand Flash在閃存行列中脫穎而出，常被用作大容量數(shù)據(jù)的存儲媒質(zhì)。隨著存儲系統(tǒng)容量和存取速度的不斷提升，構(gòu)建嵌入式文件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)存儲系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的管理。

1 VDK與嵌入式文件系統(tǒng)
1．1 VDK簡介
VDK(Visual DSP Kernel)是ADI公司針對Blackfin系列DSP處理器特別開發(fā)的“小而健壯”的輕量級內(nèi)核，特別適合編寫需要精確控制的代碼，是一個提供了豐富的API函數(shù)庫，同時支持輕量級IP協(xié)議棧(LwIP)的RTOS。
VDK功能全面，具有線程、信號量、事件與事件位、消息、關(guān)鍵域與禁止調(diào)度域等特征。內(nèi)核通過協(xié)同多任務(wù)和時間片輪轉(zhuǎn)的方式來管理和協(xié)調(diào)線程，這種方式稱為“調(diào)度”。VDK運(yùn)用程序可分為兩部分：線程域和中斷域。線程域中的調(diào)度稱為“軟件調(diào)度”，由內(nèi)核完成；中斷域中的調(diào)度稱為“硬件調(diào)度”，由中斷控制器完成。后者的優(yōu)先級高于前者，而設(shè)備驅(qū)動是兩者溝通的橋梁。
然而VDK只是一個“裸核”，不提供文件系統(tǒng)的支持，如果需要基于VDK實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)，用戶必須自己編寫各種接口函數(shù)的代碼。
1．2 基于Nand Flash的嵌入式文件系統(tǒng)簡介
Flash文件系統(tǒng)主要有開源的和商業(yè)的兩類。開源的Flash文件系統(tǒng)，有JFFS、JFFS2、YAFS等。JFFS采用高效的日志文件系統(tǒng)，具有掉電安全、臟塊回收、磨損均衡等特性，主要用于嵌入式Linux。Red Hat公司后來在JFFS基礎(chǔ)上進(jìn)行升級，發(fā)展出JSSF2。JSSF2采用哈希表的日志節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，加快了節(jié)點(diǎn)的操作速度。YAFFS也是基于日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，相比JFFS，YAFFS減少了一些功能，但降低了內(nèi)存占用率，提高了訪問速度。
商業(yè)Flash文件系統(tǒng)主要有TrueFFS和TransactionFFS。前者用于仿真硬盤驅(qū)動，利用冗余數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證可靠的數(shù)據(jù)操作，并能均勻使用Flash。后者使用事務(wù)記錄方案，運(yùn)用程序可通過FAL訪問文件系統(tǒng)。

2 嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺
基于BF537的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的框圖如圖1所示。

LAN8187用于對BF537的以太網(wǎng)控制器進(jìn)行擴(kuò)展，使其能夠通過以太網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通信。
BF537外掛了兩片Nor Flash芯片作為其異步外存。程序Nor Flash用于存儲運(yùn)行程序代碼，數(shù)據(jù)Flash主要用于存儲文件系統(tǒng)運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)，例如文件目錄表、地址映射表等。XC4VFX100用于處理數(shù)據(jù)流的速度、解析和轉(zhuǎn)發(fā)BF537的命令，配合BF537對存儲陣列進(jìn)行管理。

3 嵌入式文件系統(tǒng)設(shè)計
3．1 文件目錄表
考慮到存儲系統(tǒng)的存儲速度較快，且文件數(shù)目較少的特點(diǎn)，文件目錄表采用線性表的方式。格式如表1所示，其中的“更新次數(shù)”用于記錄存放文件目錄表數(shù)據(jù)Nor Flash的編程次數(shù)。

文件系統(tǒng)采用Nor Flash中的一個64 kB的數(shù)據(jù)塊實(shí)時記錄文件目錄表。出于磨損均衡的考慮，如果數(shù)據(jù)塊的編程次數(shù)超過規(guī)定的閾值，文件系統(tǒng)將自動跳到Nor Flash的下一個64 kB的數(shù)據(jù)塊記錄文件目錄表。