嵌入式存储设备上文件系统的设计与实现

论文摘要

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。嵌入式系统也逐渐成为当前最热门的研究方向之一。这些现象表明,嵌入式时代已经在不知不觉中来临。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μC/OS-II系统为运行平台的嵌入式文件系统。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。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。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,运行实践证明该系统是成功的,系统运行是可靠的。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题简述
• 1.2 课题的背景、内容和意义
• 1.2.1 课题的来源和背景
• 1.2.2 课题的研究内容
• 1.2.3 课题的意义
• 1.3 本文的组织结构
• 本章小结
• 第二章 μC/OS-II 系统原理概述
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统的特点
• 2.1.2 嵌入式系统应用
• 2.2 嵌入式操作系统概述
• 2.2.1 嵌入式实时操作系统
• 2.2.2 常用实时操作系统
• 2.3 嵌入式系统存储设备概述
• 2.3.1 嵌入式存储器概念和特点
• 2.3.2 Flash 存储器
• 2.4 μC/OS 系统概述
• 2.4.1 μC/OS 系统简介
• 2.4.2 μC/OS 系统的工作原理
• 本章小结
• 第三章 文件系统原理概述
• 3.1 文件系统概述
• 3.2 嵌入式文件系统概述
• 3.2.1 嵌入式文件系统的引入
• 3.2.2 嵌入式文件系统的特点
• 3.2.3 常用嵌入式文件系统
• 3.3 日志文件系统原理概述
• 3.3.1 日志文件系统概述
• 3.3.2 日志文件系统工作原理
• 3.4 μjfs 文件系统的提出
• 本章小结
• 第四章 μjfs 文件系统的设计与实现
• 4.1 总体设计
• 4.1.1 功能模块划分
• 4.1.2 功能模块图
• 4.2 μjfs 文件系统重要结构设计
• 4.2.1 系统控制模块数据结构设计
• 4.2.2 系统特性结构设计
• 4.2.3 系统中链表设计
• 4.3 μjfs 系统中文件相关设计
• 4.3.1 系统目录设计
• 4.3.2 系统中文件组织形式B+树概述
• 4.3.3 文件系统中文件摘要区的设计
• 4.4 μjfs 文件系统核心层设计
• 4.4.1 系统初始化模块设计
• 4.4.2 系统异常终止恢复设计
• 4.4.3 文件系统缓冲区设计
• 4.4.4 文件操作模块设计
• 4.4.5 闪存管理模块设计
• 4.4.6 垃圾回收模块设计
• 4.5 μjfs 文件系统接口的封装设计
• 4.5.1 μjfs 文件系统封装操作系统接口
• 4.5.2 μjfs 文件系统提供用户编程接口
• 4.6 闪存转换层FTL 设计
• 4.6.1 FTL 层设计简单介绍
• 4.6.2 FTL 层功能模块设计
• 本章小结
• 第五章 Flash 驱动程序设计与实现
• 5.1 Flash 硬件数据
• 5.2 Flash CUI 命令
• 5.3 Flash 主要操作
• 5.3.1 状态寄存器及操作流程
• 5.3.2 Byte/Word 编程模式操作流程
• 5.3.3 擦除编程模式操作流程
• 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 硬件平台的介绍
• 6.2 μjfs 运行和测试
• 6.2.1 μC/OS 移植的条件
• 6.2.2 μC/OS 的移植
• 6.2.3 μjfs 系统测试
• 本章小结
• 结论
• 课题总结
• 以后工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢