一种基于NANDFlash存储芯片的文件系统设计与实现.docx

一种基于 NAND Flash 存储芯片的文件系统设计与实现研究 开发李晓涛，易红，贺建国（株洲南车时代电气股份有限公司 通信信号事业部，湖南 株洲 412007）作者简介：李晓涛（1980-），男，工程师 ，主要从事嵌入 式 软件 开 发工 作。 摘要 ：主要介绍一种采用 NAND Flash 存储芯片的基于预分配存储空间和冗余管理数据技术的文件系统设计，通过该文件系统实现对大批量数据的读写访问，满足系统对可用性和可恢复性的要求。关键词：预分配存储空间；冗余管理数据技术；NAND Flash；文件系统文章编号：1000-128X(2014)05-0027-03中图分类号：U260.4+2；TP333文献标识码 ：Adoi：10.13890/j.issn.1000-128x.2014.05.008Design and Realization of File System Based on NAND Flash ChipsLI Xiaotao，YI Hong，HE Jianguo(Signalling and Communication Business Unit, Zhuzhou CSR Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412007, China)Abstract: A file system design based on storage space pre-distributing and redundant data management using by NAND Flash chips was introduced, which could access large bulk of data and satisfied the data available and recoverable requirement.Keywords: storage space pre-distributing; redundant data management; NAND Flash; file system包含 8 192 个逻辑块。其数据组织如图 1。0引言随着列控技术的不断发展，列车运行状态数据记 录器对数据存储和管理的要求日益提高，其体积小、 功耗低、防振动等特点使得传统的存储介质如磁盘不 再适合使用，而 NAND Flash 存储芯片以其容量大、抗 振动、数据读写速度快等优点在工业控制领域得到广 泛应用。目前，在列车运行状态数据记录器产品领域， 多个厂家的不同系列产品中开始采用 NAND Flash 存储 芯片来存储数据。如何使用 NAND Flash 存储芯片来实 现数据的安全存储和保护是列车运行状态数据记录器 研制过程中需要解决的重要课题之一。图 1N a nd F l a sh 数据组织 示意图NAND Flash 以页为单位读写数据，以块为单位擦除数据，逻辑块在写新数据前需要先执行块擦除操作。相比另外一种广泛应用于嵌入式设备的 NOR Flash 存 储芯片，NAND Flash 的寿命更长、块擦除时间更短、存 储密度和容量更大；但 NAND Flash 发生位交换的概率 更高(NAND Flash 提供硬件ECC校验来防止位交换)。一 般来说，NAND Flash 芯片出厂时一般包含随机分布的 坏块 ，在使 用 前需 要对坏 块 进 行 特 殊处理；另外 对— 27 —1物理特性目前列车运行状态数据记录器中广泛使用的NAND Flash 存储芯片为三星公司生产的 K9KAG08U0M。该芯 片采用块页式数据组织，每页 4 22 4 B( 40 96 字节数据+128 字节ECC校验)，每64页组成1个块，每个物理芯片收稿日 期：2 0 14 - 06 - 19 机车电传动2 0 14 年NAND Flash 的访问需要专用的驱动接口。2设计思路目前针对 NAND Flash 存储芯片采取的数据记录方式主要有 2 种：①顺序循环记录。数据从编号最小的逻辑块开始顺序记录，当存储空间满时，擦除编号最小的逻辑块，然后将数据记录在擦除块中，顺序擦除后面的块用于 记录后继数据，最早的数据块最先被擦除。该方式实现简单，但不利于数据的有效管理。②采用嵌入式 文件系统。数据以文件方 式存储， 数据存储过 程中 动态分 配存储空间 ，在异常情况下 （突然掉电），易导致文件管理数据和文件内容的丢失，不适用于对安全性要求很高的嵌入式系统。针对以上数据记录方式的缺点，设计了一种基于 文件管理的、采用预分配文件存储空间和多份文件数据管理区冗余备份的文件系统，用于在异常方式下文件的恢复和内容保全，为记录软件提供接口友好、操 作简便、安全、可靠、高效的数据管理方法。图 4目 录 项 示