基于NOR FLASH存儲器的嵌入式文件系統(tǒng)的設計

引言

在便攜電子設備中，隨著系統(tǒng)復雜性的增加，存儲容量的擴大，嵌入文件系統(tǒng)成為一種必然趨勢。而Flash存儲器由于具有存儲容量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失、何種小以及可多次擦寫等許多優(yōu)點，正逐步取代其他半導體存儲器件而廣泛應用于便攜電子產(chǎn)品中。在Flash存儲器中使用文件系統(tǒng)，可將存儲空間當作直觀的名稱空間，不用在每次應用開發(fā)中都從頭使用存儲器，還可方便地利用標準接口同主系統(tǒng)通信。

本文中，我們將以嵌入式操作系統(tǒng)WINCE為背景，來討論嵌入式手持移動終端中文件系統(tǒng)的實現(xiàn)。

WINCE文件系統(tǒng)結構

WINCE文件系統(tǒng)采用了模塊化設計，允許自定義文件系統(tǒng)、篩選器和多種不同的塊設備類型。文件系統(tǒng)和所有與文件相關的API都是通過FileSys.exe進程來管理的。

FileSys.exe 由下列幾個組件組成：
ROM文件系統(tǒng)
存儲管理器
對象存儲

ROM文件系統(tǒng)是基于ROM的文件系統(tǒng)。用來固化系統(tǒng)信息。

存儲管理器 (Storage Manager)，負責管理系統(tǒng)中的存儲設備，以及用于訪問它們的文件系統(tǒng)。存儲管理器功能由系統(tǒng)中的fsdmgr.dll模塊實現(xiàn)。其主要的組成部分為塊設備驅(qū)動程序管理器、分區(qū)管理器、文件系統(tǒng)驅(qū)動程序管理器。存儲管理器組件之間的關系如圖1所示。

圖1 存儲管理器組件之間的關系

對象存儲是一個內(nèi)存堆，由FileSys.exe控制。對象存儲包含RAM系統(tǒng)注冊表、RAM文件系統(tǒng)和屬性數(shù)據(jù)庫。它們都是FileSys.exe模塊的可選組件。RAM文件系統(tǒng)和屬性數(shù)據(jù)庫是完全可選的，并且在某些系統(tǒng)中可以根本不存在。

FileSys.exe各組件之間的關系如圖2所示。

圖2 FileSys.exe各組件之間的關系圖

操作系統(tǒng)啟動時，NK.exe將直接從ROM文件系統(tǒng)加載FileSys.exe。然后，F(xiàn)ileSys.exe對ROM文件系統(tǒng)內(nèi)的默認注冊表進行初始化。接著，F(xiàn)ileSys.exe將讀取注冊表項，以便啟動各種應用程序。

我們在WINCE文件結構的基礎上構建自文件系統(tǒng)。

構建基于PXA272存儲器的嵌入式文件系統(tǒng)

嵌入式手持設備硬件結構如圖3所示。其主要由嵌入式微控制器PXA272，采集單元，顯示單元，存儲單元，通信模塊和電源單元構成。

圖3 手持設備終端硬件結構框圖

Intel PXA272處理器是Intel公司推出的32位，基于Xscale架構的高性能的嵌入式芯片。其工作頻率為512MHZ，內(nèi)部集成64Mb NOR Flash。我們在NOR Flash上基于WINCE的文件結構來構建我們自己的文件系統(tǒng)。

先將Flash劃分位三部分，第一部分存放EBOOT和512K配置文件，第二部分存放32M的NK.BIN，最后一部分劃為32M的文件系統(tǒng)，其具體劃分如圖4所示。

圖4 Flash的劃分

PSM(Peristent Storage Manage)是Inter公司獨有技術，是專門為WEINCE系統(tǒng)定制的，它為各種Flash存儲設備提供了統(tǒng)一的設備接口，支持Inter的CPU架構。我們利用PSM作為存儲管理器，用微軟提供的Flash驅(qū)動構建文件系統(tǒng)，支持FAT格式的文件。其系統(tǒng)結構圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)文件結構圖

最后，文件系統(tǒng)的配置文件是一組注冊表值，用于定義有關塊設備和應當如何在系統(tǒng)中使用它的信息。配置文件位于注冊表HKEY_LOCAL_MACHINE SystemStorageManagerProfiles下，每個配置文件都是位于基本配置文件項的下面，以此配置文件名稱標識的項。例如，我們利用了Inter的PSM文件系統(tǒng)，其配置文件位于注冊表HKEY_LOCAL _MACHINESystemStorageManager ProfilesPSMFSD下。Flash驅(qū)動的配置文件位于注冊表HKEY_LOCAL_ MACHINEDriversBuiltInStrataFMD下，在此文件系統(tǒng)中，我們使用了微軟自帶的Flash驅(qū)動。

結語

此文件系統(tǒng)已經(jīng)在手持移動終端上得到應用，和上層的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)對接。經(jīng)過多次測試，此文件系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效果良好。可以用來存儲大量數(shù)據(jù)而且又能滿足不同需求。相對于TrueFFS文件系統(tǒng)，在可靠性、系統(tǒng)資源開銷等方面的性能提高是可觀的，特別是和Inter的Flash相結合時。