嵌入式系統(tǒng)中的線性Flash文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者： WuYJ@263.net.cn

    摘要：設(shè)計(jì)一種能夠在典型嵌入式環(huán)境下應(yīng)用的線性文件系統(tǒng)，為嵌入式系統(tǒng)Flash空間的管理提供一種非常有效的手段。它包裝和通用文件系統(tǒng)類似的API接口，設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和具體的Flash典型，可方便移植到不同的嵌入式應(yīng)用中。

在嵌入式系統(tǒng)中，為了便于對(duì)閃存（Flash）空間進(jìn)行管理，會(huì)采用文件的形式來訪問Flash。目前，可以購買到的Flash文件系統(tǒng)一般都是兼容DOS的文件系統(tǒng)（Flash File System，F(xiàn)FS），這對(duì)需要一個(gè)具有復(fù)雜的目錄層次，并且DDS文件兼容的系統(tǒng)來說是必要的；但是對(duì)大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用來說，這種文件系統(tǒng)太過奢侈。筆者在參與嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目的時(shí)候，設(shè)計(jì)了一種線性文件系統(tǒng)，它適用于大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用對(duì)Flash文件系統(tǒng)的需求。

線性文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于三個(gè)目標(biāo)：一是提供給應(yīng)用程序通過文件名而不是物理地址訪問系統(tǒng)Flash的能力；二是文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)獨(dú)立于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），這樣可以很容易移植到不同的嵌入式應(yīng)用中；三是設(shè)計(jì)統(tǒng)一的底層接口，適應(yīng)不同的Flash類型。本文設(shè)計(jì)的線性文件系統(tǒng)為典型的嵌入式系統(tǒng)提供了所需的類文件系統(tǒng)能力。需要注意的是，本文件系統(tǒng)不支持復(fù)雜的Flash扇區(qū)擦寫次數(shù)均衡算法，沒有目錄層次，并且和其它的文件系統(tǒng)不兼容。

1 線性文件系統(tǒng)

線性文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是這樣的：文件分為文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)兩個(gè)部分，每個(gè)文件按照順序存放在Flash中，以單向鏈表來鏈接文件。文件的起始部分是文件頭，包含文件的屬性、指向下一個(gè)文件頭的指針、文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)的32位循環(huán)冗余校驗(yàn)和（CRC32）等。文件頭用一個(gè)32位的字來表示文件屬性，每位表示一種屬性，如數(shù)據(jù)文件或者是可執(zhí)行文件，是否已刪除的文件等，具體可以根據(jù)應(yīng)用的需要來定義文件的屬性；文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)維護(hù)獨(dú)立的CRC32校驗(yàn)，使文件系統(tǒng)能更精確檢測文件的完整性。文件的起始地址沒有特殊需求，分配給文件系統(tǒng)的Flash大小限制了文件的大小。另外，線性文件系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊，它為應(yīng)用程序提供與標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)類似的API接口，如：read()、write()、open（）、close()、stat()和seek（）等。對(duì)于同時(shí)在多片F(xiàn)lash的系統(tǒng)而言，每片F(xiàn)lash相當(dāng)于一個(gè)目標(biāo)，文件都可存儲(chǔ)在任何一片中（當(dāng)然受物理空間限制），但不能跨片存儲(chǔ)。

圖1 Flash文件系統(tǒng)空間

    在第一個(gè)文件創(chuàng)建之前，必須進(jìn)行初始化，將所有分配給文件系統(tǒng)的Flash空間擦除。當(dāng)創(chuàng)建第一個(gè)文件時(shí)，起

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