基于单片机和nandflash芯片的嵌入式文件系统.doc

回经验交流基于单片机和芯片的嵌入式文件系统邹锦坤陈星徐承深（大连理工大学机械学院）摘要：介绍了一个基于单片机（）和三星芯（）的嵌入式文件系统。系统设计了 存储块管理层，能够对所有存储块进行动态管理，从而实现对牲个文件系统所仃区域的保护。系统兼容文件系统，提供统一的接口函数，具有良好的稳定性和可维护性。关键词：嵌入式系统文件系统；单片机；引言前，市场上嵌入式设各的文件系统基本上都是为菜种应用特别设计的专用文件系统，它们与通用上的操作系统并不兼容。而通用计算机上虽有很多成熟的文件系统，如下的文件系统、的巨大存储容量和低成本更加有利于嵌入式文件系统的实现，已经成为嵌入式设备存储介质的主流。本项目在文件系统的基础上作了改进咀适应嵌入式设备的使用要求日，在文件系统的设计中充分考虑提高系统的可靠性、存储器的磨损均的及文件系统等，但它衡性、坏块的管理和文件系统的效率等问题。们并不适合直接用到工作环境恶劣的嵌入式设备上。市场上并没有种成熟稳定，既能兼容通用操作系统又能适应嵌入式设备工作环境的文件系统。本 嵌入式文件系统特点如下：（）使用大容量的芯片作为存储介质，型号是三星的，容量为字在一个手持式嵌入式设备的开发项目中，有这样节。芯片内部结构：芯片块，每块页，页个难题，该设备文件系统要求：在该手持式没备中存储大量采集到的信息，最大存储量大于字节。信息要以文件方来存储，并且可以把文件导入机中进行数据分析。该设备的使用环境比较恶劣，供电不稳定，容易出现突然断电的情况。基于大小为字节，其叶该字节为备用空间。（）文件存储系统采用改进的文件系统，使在嵌入式系统上建立的文件可由机读出使用，而机往嵌入式系统传输的文件也可被识别使用。（）嵌入式文件系统共分层：硬件电路层：述考虑，奉文针对移动式数据采集器设计了一个嵌存储块管理层；文件存储管理层。还入式文件系统。总体设计思路分析传统基于系列单片机的嵌入式设各一般都采用或 作为其信息的存储器提供文件系统的接口甬数，便于开发人员使用。硬件电路架构设计本项目硬件电路架构如图所示，其主要器件：公司的系列单片机；三星公司的 芯片；芯邦件。它们存在读写速度慢，容量小，价格高等缺点，且般都不带有文件存储管理系统。本设计选用公司主控芯片 。其中矩形方框部分为芯片作为信息的存储介质能够很好的如优盘大小的存储卡，比普通优盘多一个对单片机端的接【。当把存储卡连接到该嵌入式设备中时，采解决这个问题。的读取和写入速度快，复用口来传输地址信息和数据信息，较节省大量的管脚。另外，芯片万方数据用单片机的口直接连接芯片并行传输的办法存取数据，不使刖其他专用的协议接口芯片。这时存储卡相当于一个直接挂在单片机总线上的存储器件。而当把存储连接到机上时，存储卡内的芯通过土控芯片 作协议转换后与机通讯。这时存储相当于一个普通的优盘。使用时，先把竽储卡放到该手持嵌入设备中去记录采集到的数据，采集完成块数记录在配置表的相应位置（宁节）。每个表的最后个好块作为替换块使用。表在中的存储地址。表样本如表所示。表配置表详细定义后就可直接把存储卡接到机上导出数据。 击配置表的表头：除这个外所有数据的值当前配置表存放的地址的每个的物理数图硬件电路架构罔 每片的物理数存储块管理层， 该值加为表相列配置表的页偏移 一片可划分的数一个的总数-25传统的文件系统包括有表、表、表、表、区五个区域，其中前个表是重要的系统信息区域，一旦遭到破坏整个文什慨表 表样本个的“竺熬撬纂鸶童毖系统将会崩溃，系统通过表对存储夏动态分配邸 物理块 物理块来为区提供了保护，但并没有提供对系统信息区域保护。本项目设计了存储块管旧一理层，增加了配置表和表，对所有存储块进行动态管理，从而实现对整个文件系统所有区域的保护。文件系统在格式化时会对进行扫描，同时根据坏块信息建立记录逻辑和物理地址映射关系的表，并将配置表（字节）和表写入：。替换块替换块替换块替换块替换块替换块：替换块替换块替换块替换块：相应地址。配置表和表的内容为只读。甜替换块替换块，配置表的设计说明配置表记录了存储卡七芯片的配置信息，文件系统初始化时需从中读取相关信息及参数。文件系统格式化时先对的第块块进行扫描，配置表写入到的第块。块中第一个中的物理块为坏块，其物理地址不出现在表中，块作为替换块，的可用逻辑块数一；中无坏块，块为替换块，可用逻辑块数。好块，长度为字节，表头四字节为。配置表（内部结构详细定义如表所示。逻辑地址到物理地址的转换文件存储管理层访问物理层时都要通过存表设计说明储块管理层进行逻辑地址到物理地址的转换。输入参表是记录逻辑地址和物理地址映射关系的。文件系统在格式化时会对进行扫描，同时根据坏块信息建立记录逻辑和物理地址映射关系的表。每个物理块对应一个表（长度为），表中每一项用字节表示逻辑块对应的物理块块号，坏块的物理块号不出现，每个表中可用的逻辑数是（逻辑地址）和（：逻辑扇区长度），根据表和相关参数计算相应的物理地址，即（物理页地址）和（物理列地址）。和才是 芯片能够真正识别的物理地址，硬件驱动程序利用这两个参数找到读写地址。年第期自动化与信息工程万方数据一一一。“嗲：筋文件存储管理层 ：保留；：时阍文件存储管理层包括农、表、）；：期表、表、区五个区域，这是与；：开始簇号下的文件系统兼容的。这里管理的扇区都足逻辑扇区，要经过 存储块管理层转换为物理地址后才能访问硬件层文件分配嵌（是文件存储管理层的丰：要组成 ：文件度 文件系统的接口函数奉系统提供统一的接口函数，如表所不，部分。文件系统进行分配的最基本单位址簇，表表接口雨数表记录文件的簇号。文件第一个簇号（在目录表中）和的该文件的簇号串起来形成文件的“簇号链”，修复被破坏的文件就是根据这条链。表：每个簇号占个字节，其我项定义如表所示。接函数 （）， （）（ （）】功能描述文件系统的初始化文件系统的退出打开个存在的文件或创建新史件关闭一个已打的文件删除一个指定的文州读出文件中的一部分数据到内存中袁盯表项定义（）把内存中的指定数摧保存到史什中【表项硎币定义表示该簇可用系统保留表示该簇为坏簇表示该簇为文件最后一个簇表示文件下一个簇的簇号的指定位置结语本文件系统可靠性高、系统资源开销小、灵活方文件目录表（）分为：根目录，子目录。子目录每个目录项分配字节。文件目录表是记录所有文件，子目录名，扩展名属性，建立或删除最后修改日期，文件开始簇号及文件长度的登记表。便，兼容通用操作系统上的文件系统，并具有赵好的稳定性和可移植性。本文所设计的嵌入式文件系统己成功应用于手持式的移动数据采集器系统中，性能表现优良。参考文献录项定义如下：【】陈智育嵌入式系统中的文件系统单片机与嵌入武 ；：文件名；：扩展名系统应用，（）：嘲程冰英，等与串行存储器的接口电子；：文件属性工程师，（）：， （）： （） （）虹 ， ， ， ： ； ；作者简介邹锦坤男年生，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统设计。陈星，男，年生，副教授，硕士，丰要研究方向：嵌入式开发理论，实践及现场总线应用。按承深，男，年生，讲师，硕上，丰要研究方向：工领域嵌入式开发。万方数据：硼基于单片机和NANDFLASH芯片的嵌入式文件系统作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：邹锦坤， 陈星， 徐承深， Zou Jinkun， Chen Xing， Xu Chengshen大连理工大学机械学院自动化与信息工程AUTOMATION & INFORMATION ENGINEERING2007，28(3)1次参考文献(2条)1.陈智育 嵌入式系统中的Flash文件系统期刊论文-单片机与嵌入式系统应用 2002(1)2.程水英.武传华 C8051F020与SPI串行Flash存储器的接口期刊论文-电子工程师 2004(7)相似文献(10条)1.期刊论文 冯世奎.刘玓.FENG Shi-kui.LIU Di Linux嵌入式系统根文件系统的选择与制作 -成都信息工程学院学报2006,21(4)Linux操作系统做为嵌入式系统近年应用越来越广泛,Linux根文件系的装载是Linux内核启动期间进行的最后操作之一,它是Linux嵌入式系统的一个重要组成部分,系统地分析了Linux嵌入式系统根文件系统的类型,内容选择以及制作方法.2.会议论文 向玢.赵宏图 嵌入式系统中的逻辑文件系统 2004本文给出了对逻辑文件系统的理解,并介绍了一个嵌入式系统中逻辑文件系统的构建方法.文章从一个普通Linux系统的启动过程入手引出了逻辑文件系统.分析了一个重要的配置文件inittab.并给出了一个简单的逻辑文件系统的制作流程,重点是/bin、/sbin、/dev、/etc等目录的构建.通过介绍busybox、tinylogin工具,介绍了/bin、/sbin目录的构建.根据实际情况介绍了/etc目录中的主要配置文件,注意到了与pc机的区别,并给出了一个简单的启动脚本.联系开发板的具体情况给出了/dev目录的构成.最后对文件系统进行了打包和烧写工作.3.学位论文 王正刚 T-Engine/Nios上的文件系统移植 2008T-Engine/Nios是Altima，PMC和Altera联合推出的一款开发板，广泛用于嵌入式系统的开发。T-Engine/Nios具有采用Nios软核嵌入式处理器、无MMU等特点，使其并不支持文件系统。为了更易于使用此开发板，需要移植现有的文件系统。 本文首先分析了T-Engine/Nios平台以及TFS和FAT两种文件系统工作原理。然后，本文详细介绍了TFS和FAT文件系统在T-Engine/Nios上的移植策略和实现工作。针对TFS和FAT文件系统的应用需要使用两套不同APIs的问题，本文设计并实现了一个通用的文件系统应用APIs:UniversalFileAPI。该文件系统应用APIs可提供一套通用的方法存取在不同硬件上的不同文件系统的文件，并可使用相同的开发过程，将其它种类的文件系统封装在这个统一的APIs下。 经过测试，TFS和FAT两种文件系统和Universal FileAPI已成功运行在T-Engine/Nios平台上。4.学位论文 郑桦 嵌入式Linux文件系统的设计与实现 2004文件系统是操作系统最基本的资源,它是一个计算机系统内文件和目录的集合.随着嵌入式系统硬件设备的广泛运用、其价格的不断降低以及嵌入式系统应用范围的不断扩大,嵌入式操作系统的重要性显得更加突出,嵌入式文件系统的开发也引起了更广泛的关注.由于系统的结构和应用要求的不同,嵌入式的文件系统在很多方面都与桌面文件系统有较大的区别,主要体现在实时响应、可移植性、可裁剪性和可配置性等方面.该文就是在一个标准Linux文件系统的体系结构的基础上,进行相应的裁剪和配置,并移植到一个手持式电脑产品的硬件平台中,从而实现了一个专用的嵌入式Linux的文件系统.该文首先对嵌入式系统、Linux系统进行了简单介绍,然后引出了二者结合的产物嵌入式Linux系统,并分析了其特点、优势和目前国内外的研究情况;而后介绍了Linux文件系统的布局和层次结构,对Linux系统中主要和重要的文件进行了说明,为后来的裁剪工作打下了基础;然后详细描述了该文作者所参与设计的一个可信移动终端产品上的嵌入式Linux文件系统的整个构造过程,仔细分析了在设计过程中如何选择和配置所需的系统文件,以及如何设置文件系统的用户和组的权限来使系统达到一定的安全性能;最后,该文概述了如何搭建嵌入式开发平台,以帮助其他开发人员能够在已构造好的基本文件系统之上进行进一步的开发.该文所构造的嵌入式Linux文件系统秉承了标准Linux文件系统的树型目录结构,但根据实际的硬件限制和产品要求,进行了很大程度的精简,只保留了系统启动运行所需的最基本的一些文件,并对所选取的每一个文件的内容也尽量简化,以保证嵌入式系统精小的要求.另外优化了文件系统的物理布局,将常修改的文件定位在SDRAM中,不常修改的文件定位在Flash中;同时简化了系统文件的配置和文件属性、访问模式的设置,以便达到系统安全管理的特性.该文所构造的嵌入式Linux文件系统已经在上海维豪信息技术有限公司的电子政务项目的一个可信移动终端设备安全个人计算中心sPCC中的安全模组里的Linux操作系统中得到了应用,并取得了比较好的效果.5.学位论文 王娟 EXT2文件系统微型化改造 2007EXT2（第二代扩展文件系统）是早期GNU/Linux操作系统标准文件系统,是一个功能强大、易扩展的、性能上进行了全面优化的、支持长文件名的文件系统。它是Linux文件系统类型中使用最多的格式，在速度和CPU利用率上都有较为突出的优点。它很好地继承了Unix文件系统的主要特色，如普通文件的三级索引结构、目录文件的树型结构和把设备作为特别文件等。目前最新的Linux版本支持EXT3文件系统，它和EXT2文件系统在硬盘布局上是一样的，其差别仅是EXT3文件系统在硬盘上多出了一个特殊的索引节点(可以理解为一个特殊文件)，用来记录文件系统的日志。 目前，Linux的应用已经从以个人用户为主体，迅猛地向产业化方向发展。随着成熟的内核2.6版本的推出，Linux这一通用操作系统集成了大量的应用程序和硬件配置，系统变得越来越庞大。但Linux的微内核结构使其应用不仅仅限于桌面和服务器，在嵌入式系统中更具潜力。嵌入式系统是用来控制或监视机器、装置或工厂等的大规模系统的设备，它是面向用户、面向产品、面向特定应用的。然而文件系统是操作系统一个重要的组成部分，因此我们首先对文件系统进行微型化改造。 随着嵌入式系统技术的飞速发展，在Linux的内核裁减方面已经取得了令人注目的成绩，但在文件系统微型化方面的研究还仍然停留在做一些功能的删除，没有深入到内部的结构。 本文首先介绍了EXT2文件系统的发展历史，并且阐述了文件系统对操作系统的重要性；其次对Linux操作系统的VFS文件系统和EXT2文件系统进行详细分析，着重介绍了EXT2文件系统的数据结构，以及对文件/目录基本操作的实现。 最后，根据EXT2文件系统的原理，编写了一个类EXT2文件系统在实现文件系统基本功能的前提下，最大限度的压缩和裁减，使其容量尽可能小，完成了对EXT2文件系统的微型化，完善了Linux操作系统原理文件系统部分实验平台，也为文件系统的安全性研究提供一个精巧的运行平台，同时为实时系统和嵌入式系统的研究做准备。6.会议论文 陈文华.郭培源.陈岩 S3C44B0X嵌入式系统中Flash文件系统的设计与实现 2006介绍了针时S3C44B0X处理器构架的嵌入式系统中,一种Flash文件系统的设计方案及其工作过程;时Flash读写速度慢和擦除次数有限的问题进行重点解决;通过在K9F2808U0C中的具体实现,证明其可行性。7.学位论文 肖尧 嵌入式存储设备上文件系统的设计与实现 2009嵌入式产品正以不可思议的速度闯入人们的日常生活，MP3、MP4、智能家电、智能手机等电子产品到处可见，这些现象表明预示着嵌入式时代已经来临。目前，嵌入式系统也逐渐成为当前最热门的研究方向之一。随着硬件技术的飞速发展，设备存储容量也越来越大，这满足了人们对嵌入式产品数据存储方面的需求，但同时也给嵌入式系统数据管理带来了诸多问题。若继续沿用传统的数据管理模式，不但会影响系统的性能，而且也无法对嵌入式存储设备进行合理的管理。因此，为嵌入式系统设计一套文件管理系统，对大量的复杂的数据资源进行有效的管理是十分必要的。 论文针对嵌入式流行存储设备Flash的特点，设计并实现了以Flash为存储设备和C/OS-系统为运行平台的嵌入式文件系统。首先系统采用日志文件系统设计思想，使Flash存储设备得到更加合理的利用。其次文件系统采用模块化分层设计的原则，分为四层结构，在传统的闪存转换层基础上进行了大规模的设计，让其能够兼容多种设备，将文件系统和设备驱动程序分离开来，使得文件系统具有了支持多种设备的性能；最后该系统为应用程序开发提供统一的、标准的API函数，具有良好的可维护性和移植性。文件系统树组织形式上选择了以文件索引节点号为关键字的B+树形式。针对日志型文件系统加载速度慢的特点，设计了文件摘要区的结构，用来保存该块上的文件索引信息，从而大大加速了文件系统的初始化速度。 本文件系统已经在HHARM9-EDU开发平台上进行了实际测试，在此基础上还对文件系统写操作中出现的异常终止进行了检证。所有测试结果表明，该系统是可行的、系统运行是可靠的，具有重要的应用价值。8.学位论文 王全利 基于MC68EZ328和Linux的嵌入式系统的研究移植，驱动程序，文件系统 2003嵌入式系统在现今社会的许多领域都中有着广泛的应用.作为嵌入式系统的一个分支,基于MC68EZ328和uCLinux的嵌入式系统以其稳定的性能、较高的性价比和源代码的开放性而广泛应用于手持设备、工程设备等低功耗嵌入式系统中.该论文详细分析了基于MC68EZ328和uCLinux的嵌入式系统的特点,性能.在此基础上,给出了一个以MC68EZ328和uCLinux为基础构建的嵌入式系统.然后,着重分析了该系统所涉及到的三个内容:系统移植问题、驱动程序开发和文件系统支持.9.期刊论文 刘金梅.张振东.路全.杨建华.LIU Jin-mei.ZHANG Zhen-dong.LU Quan.YANG Jian-hua 嵌入式文件系统及jffs2文件系统在Flash上的实现 -河北工业大学学报2006,35(1)目前嵌入式系统中大多教使用Flash作为主存,本文介绍嵌入式系统中的文件系统、存储器Flash和可读写的jffs2文件系统,通过在嵌入式操作系统uclinux上实现可读写的jffs2文件系统的实例介绍了在嵌入式系统中添加可读写文件系统的方法.10.学位论文 潘光晖 嵌入式文件系统的设计与实现 2003嵌入式文件系统CEFS是基于实时嵌入式操作系统CRTOSII内核,采用IMFS和FAT位图文件系统格式实现的.CEFS文件系统分为三个实现层次,自底向上分别是:设备驱动程序、高速缓存管理和文件系统核,并向用户提供了基于POSIX的文件系统API接口.为了使系统透明的支持不同的文件系统,将对各种不同的文件系统的操作和管理纳入统一的接口.文件系统核实现分两个层次:虚拟文件系统和IMFS、FAT文件系统.虚拟文件系统将对各种不同的文件系统的操作和管理纳入到一个统一的框架之中,即同一组系统调用,对各种不同的文件系统进行操作.这样就为用户程序提供了一个统一的、抽象的、虚拟的文件系统接口.IMFS文件系统是基于内存后个类UNIX的文件系统;FAT文件系统基flash memory.该论文详细讨论了CEFS嵌入式系统的体系结构主要特性,及其总体设计方案和具体实现技术.引证文献(1条)1.李享元.朱学慧 嵌入式系统教学过程中的几个重要概念期刊论文-湖北第二师范学院学报 2008(2)本文链接：下载时间：2010年1月4日