基于VDK的嵌入式文件系統(tǒng)實現

文件存儲時，主線程遍歷文件目錄表的節(jié)點信息，計算出當前存儲的起始塊地址，然后向存儲陣列發(fā)出開始存儲的命令，隨后將控制權交給中斷域。一旦接收到存儲陣列的地址請求信號，運用程序進入中斷，在中斷域中向文件存儲子線程發(fā)出信號，以發(fā)送當前地址信息，如此反復。如果主線程接收到用戶停止存儲的命令，將立即關閉中斷，取得控制權，接著將最新的文件信息更新到文件目錄表的最后位置，作為最新的節(jié)點。
文件下載時，主線程遍歷文件目錄表，找到相應的文件索引信息，然后發(fā)送消息給文件下載子線程，開始對指定文件進行下載。如果需要刪除某個文件，在遍歷目錄表找到指定文件的信息后，先發(fā)送地址將存儲陣列相應數據塊的信息擦除，然后將該文件索引信息的“文件標記”置為“刪除”標記。
3．2 地址映射表
地址映射是文件系統(tǒng)的核心。文件系統(tǒng)將整個存儲陣列作為一個獨立的地址空間，統(tǒng)一編址。通過定義一個地址緩沖區(qū)，將其相應的偏移地址作為Nand Flash的物理地址，并根據壞塊信息對緩沖區(qū)相應偏移地址的單元做壞塊或有效塊的標記。文件系統(tǒng)在實際操作中，可“查詢”地址緩沖區(qū)，如果地址緩沖區(qū)某偏移地址為壞塊標記，則拋棄，繼續(xù)查詢下一個偏移地址的標記，如為有效塊標記，則將此偏移地址作為存儲陣列的有效物理塊地址。
為提高存儲效率和方便管理，地址緩沖區(qū)的內容會被記錄在數據Nor Flash中，作為一個“地址映射表”。地址映射表體積不大，燒寫到Nor Flash時，可將燒寫代碼推入到VDK的“關鍵域”中，因為燒寫時間小于兩次中斷間隔，這樣既不會照成中斷延時，又能保證燒寫工作一次完成。
硬件平臺上電后，系統(tǒng)啟動線程首先讀取Nor Flash中的地址映射表到地址緩沖區(qū)，隨后基于地址緩沖區(qū)進行文件管理；如需更新壞塊信息，首先更新地址緩沖區(qū)，然后將地址緩沖區(qū)內容記錄到Nor Flash中。故而名為“映射”，實質是一種“標記”的方法。地址映射機制如圖2所示。

3．3 壞塊回收
Nand Flash芯片在出廠時就存在隨機壞塊，同時隨著使用時間的推移，一些有效塊也會因為編程的原因成為新的壞塊，故而存儲陣列在使用一段時間后，應當更新壞塊信息?？紤]到陣列中文件的安全性和完整性，系統(tǒng)設置為存儲陣列為空時方能更新壞塊信息。
格式化整個陣列后，存儲陣列中的FPGA芯片依次讀取每個數據塊的第一頁數據，如果發(fā)現非0xFF數據的個數超過設定閾值，就認為此數據塊為壞塊。之所以設定閾值而不是一有非0xFF數據就視為壞塊，是為了克服數據讀取的不穩(wěn)定性。
BF537讀取存儲陣列傳送來最新壞塊信息后，按照圖2中地址映射表設置的辦法，首先更新地址映射緩沖區(qū)，隨即將地址映射緩沖區(qū)的內容實時更新到數據Nor Flash中，保持兩者的同步。
由于壞塊信息更新的時間可能較長，更新工作放在主線程中可能造成較大時延，影響主線程對用戶命令的響應，所以壞塊回收與標記可放在子線程中。
3．4 磨損均衡
Nand Flash芯片的編程次數有限，如果對某個數據塊操作過于頻繁，將迅速縮短其使用壽命，最終成為壞塊，乃至影響整個芯片的使用。如果均衡地使用Flash芯片的每個數據塊，對其操作的概率在較長時間內大體相當，這樣不僅能減少芯片壞塊的比例，也能延長存儲陣列的使用壽命。
開源和商業(yè)的文件系統(tǒng)，都有較為完備的臟塊回收和磨損均衡的機制，但是其算法往往較復雜，同時需要將運行信息實時更新到Flash芯片中。在存儲速率要求很高的情況下，復雜的機制對存儲速率將不可避免地造成影響。
文件系統(tǒng)關于磨損均衡的解決方案主要是順序存儲和陣列整理。文件存儲時，并不使用“鏈式存儲”，填充文件刪除所留下的“空洞”，而采用“連續(xù)存儲”的方式，將最新的文件存儲到當前所有文件的末尾。這樣不僅編程簡單，而且存儲陣列在一段時間后可能會被耗盡，此時如果刪除尾部的某些文件，那么下個的文件可以存儲在這些空余出來的位置；如果利用陣列整理功能將當前文件“壓縮”為連續(xù)緊湊的文件序列，去除文件刪除時留下的空洞，這樣整理出來的空間也可以繼續(xù)用于下次存儲。
3．5 掉電保護
嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的工作環(huán)境一般較為惡劣，電源模塊隨時會有停止供電的可能。故而掉電保護是嵌入式文件系統(tǒng)設計的重點和難點。
微軟的FNT文件系統(tǒng)的掉電保護主要針對FAT表，本文件系統(tǒng)也是基于這個理念。開始文件存儲時，子線程對發(fā)送的塊地址數目做一個計數，當計數量達到設定的閾值N后，將新文件的信息更新到文件目錄表緩沖區(qū)中，并立即將文件目錄表更新到Nor Flash中，兩個更新的操作不能被中斷，故而將這段代碼推入到關鍵域中。隨后將計數值清零，重新開始前一過程。如果在存儲過程中掉電，重新上電啟動后，開始新的存儲，系統(tǒng)會自動查詢存儲陣列最后一個文件的狀態(tài)標記，如果標記為暫存，則判定最后一個文件在存儲時遇到了掉電的情況，那么系統(tǒng)自動擦除該文件接下來N個數據塊的信息，然后最后一個文件開始新的存儲。
文件刪除操作是在刪除動作完成后才更新文件目錄表，如果在刪除過程中掉電，那么上電后，用戶可以對該文件重新刪除。文件的拷貝和剪切是在操作前更新文件目錄表，如果在操作過程中出現斷電，重新上電后，用戶可先刪除拷貝后的新的文件，去除殘塊，然后開始新的操作。

4 結束語
介紹的嵌入式文件系統(tǒng)已在項目中成功投入使用，當然仍有許多方面需要改進。例如文件目錄表如果較長，線性遍歷耗時也會相對較長；文件目錄表沒有備份，如果更新文件列表時存儲系統(tǒng)出現掉電，該如何應對等。VDK是ADI公司為自己的集成開發(fā)環(huán)境量身打造的內核，相對于Linux等開源系統(tǒng)來說，使用范圍可能較窄，但基于ADI的DSP使用自然有其得天獨厚的優(yōu)勢。