基于NOR FLASH存儲器的嵌入式文件系統(tǒng)的設(shè)計
引言
在便攜電子設(shè)備中,隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,存儲容量的擴(kuò)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(diǎn),正逐步取代其他半導(dǎo)體存儲器件而廣泛應(yīng)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(dāng)作直觀的名稱空間,不用在每次應(yīng)用開發(fā)中都從頭使用存儲器,還可方便地利用標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)
WINCE文件系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計,允許自定義文件系統(tǒng)、篩選器和多種不同的塊設(shè)備類型。文件系統(tǒng)和所有與文件相關(guān)的API都是通過FileSys.exe進(jìn)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(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的存儲設(shè)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(shè)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(guān)系如圖1所示。
圖1 存儲管理器組件之間的關(guān)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(guān)系如圖2所示。
圖2 FileSys.exe各組件之間的關(guān)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(rèn)注冊表進(jìn)行初始化。接著,F(xiàn)ileSys.exe將讀取注冊表項,以便啟動各種應(yīng)用程序。
我們在WINCE文件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建自文件系統(tǒng)。
構(gòu)建基于PXA272存儲器的嵌入式文件系統(tǒng)
嵌入式手持設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)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(gòu)成。
圖3 手持設(shè)備終端硬件結(jié)構(gòu)框圖
Intel PXA272處理器是Intel公司推出的32位,基于Xscale架構(gòu)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(jié)構(gòu)來構(gòu)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(dú)有技術(shù),是專門為WEINCE系統(tǒng)定制的,它為各種Flash存儲設(shè)備提供了統(tǒng)一的設(shè)備接口,支持Inter的CPU架構(gòu)。我們利用PSM作為存儲管理器,用微軟提供的Flash驅(qū)動構(gòu)建文件系統(tǒng),支持FAT格式的文件。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)文件結(jié)構(gòu)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(guān)塊設(shè)備和應(yīng)當(dāng)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(biāo)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(jié)語
此文件系統(tǒng)已經(jīng)在手持移動終端上得到應(yīng)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??梢杂脕泶鎯Υ罅繑?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(jié)合時。