系統實現

　　結構定義

　　系統的存儲結構如圖1所示，在FLASH的Block0位置存放整個系統最重要的數據——系統記錄SR(System Record)。選擇Block0的原因是一般FLASH出廠時，都能保證Block0是完好的，因此可以避免壞塊問題帶來的不便。SR其實就是一個定義好的數據結構，它包括媒質信息和文件系統信息兩部分。媒質信息包括FLASH存儲器的類型、容量、塊類型的大小和數量(Block Info)、FLASH操作命令(CommandInfo)等。文件系統信息包括版本信息、各邏輯分區的起始地址(物理地址)和結束地址。FLASH設備可以被分成一個或多個邏輯分區，每個邏輯分區采用的操作方式可以互不相同，如圖1中Device0分區采用的是線性文件系統，Device1分區采用的是鏈式文件系統。如果采用的是線性文件系統，在分區信息后面加入文件索引表INDEX起始地址、大小等信息;如果采用的是鏈式文件系統，則加入文件系統頁大小、文件分配表FAT和文件登記表FRT所在的位置等信息。

　　文件登記表FRT位于FAT后的頁中，存放著邏輯分區中文件的信息，如文件總數、每個文件的文件代號、位置、長度以及校驗模式。其中，校驗模式用來標識文件讀寫時采用差錯校驗的級別。不同類型的文件采用不同級別的校驗方式。0級不進行校驗，1級ECC校驗，2級逐個字節比較。

　　對于線性文件系統分區，所有文件順序存儲，讀取數據時，直接通過INDEX索引得到某個文件的邏輯起始地址，然后從這個地址開始順序搜索，獲取某個偏移位置下的n個連續Byte。鏈式文件系統是將地址空間分成若干個等分，即Sector，它是操作的最小單位;一個大文件可以分布在不連續的多個Sector中，然后通過FAT表將它們連接起來;在FLASH介質上實現鏈式文件系統，Sector大小的選擇是一個關鍵，由于FLASH的寫操作，擦操作是以Page，Block為單位的，設小了使大塊結構的FLASH寫操作復雜，設多了又浪費空間，因此最好的選擇是將Sector大小設為擦操作的最小單位16K。

　　整個邏輯分區中，INDEX，FAT，FRT表中的內容非常重要，

　　一旦因為異常產生錯誤，可能會影響到所有文件;所以，這三個文件都做了備份處理，備份存放于不同的Block中。同時，在對他們處理時，改寫表中的更新狀態。0xff表示開始更新，0x00表示更新結束。在文件系統初始化時，讀取它們的更新狀態，如果表中的更新狀態為0xff，說明該表存在操作異常，可用備份表更正。

　　層次接口

　　整個存儲系統分成三層，如圖2所示。

　　(1)操作系統層

　　在整個存儲系統中，操作系統扮演的是使用者的角色。當需要數據時，它通過調用文件系統層提供的接口函數獲取數據，它不關心數據的來源和正確性。

　　(2)文件系統層

　　文件系統層的任務是實現它和操作系統層的函數接口。在實現方式上，線性文件系統和鏈式文件系統有較大區別。比如文件讀取mfread，線性文件系統直接讀取所要的字節，而鏈式文件系統是每次先把對應的整個頁讀到文件緩沖區，然

　　后再把所需數據拷貝到讀到指定內存。文件刪除mfdelete，線性文件系統需要重新整理，不然就會因為大量的數據空洞(由于空間太小，無法放入新文件的小塊區域)使得系統很快沒有可用空間。鏈式文件系統只需修改文件系統的FAT和FRT，而不用做其他任何處理，當下次寫入操作用到該塊時，自動完成擦除。

　　(3)驅動層

　　驅動層的任務是完成與FLASH之間的通訊協議，實現它和文件系統層的函數接口。接口函數包括頁面讀mPageRead，頁面寫mPageWrite，塊擦除mBlockErase，隨機讀取mRnRead，隨機寫入mRnWrite。mPageRead，mPageWrite，mBlockErase對整頁或塊進行操作，在鏈式文件系統中調用;mRnRead，mRnWrite對字節單位進行操作，在線性文件系統中調用。其中mRnWrite比較麻煩，以寫一個Byte為例，它的操作分三步，首先將目標塊中的所有數據讀到內存Buffer中，然后將要寫入的數據更新到Buffer，擦除目標塊，最后將已更新的Buffer寫回到目標塊，這里的Buffer大小是一個Block。由于嵌入式系統的內存資源比較緊張，系統采用了塊交換技術以降低成本，方法是在FLASH中搜索一個空閑塊，用它充當Buffer的角色。

　　結論

　　通過上面的設計，所實現的存儲系統具有以下的特點：

　　(1)使用通用模式設計，增強了系統對FLASH設備的兼容性;

　　(2)使用雙模式文件結構設計，使不同類型的數據處理效率同時達到最優;

　　(3)使用地址映射表，屏蔽了壞塊帶來的隱患，增強了系統的健壯性;

　　(4)對重要數據采用備份保護，保證不會因為斷電等異常導致系統的崩潰，增強了系統穩定性;

　　(5)采用塊交換技術，節約系統成本;

　　(6)進行分級差錯校驗，提高了系統的執行效率;

　　因此，本文所設計的FLASH存儲系統，非常適合于嵌入式系統的應用。