适宜于嵌入式多媒体应用的Flash文件系统

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    （1）系统记录（SR，System Record）存放媒质信息和最重要的文件系统信息。媒质信息诸如Flash存储器的类型、容量，划分成多少个区块，每区块包含多少个页面等。文件系统信息包括版本信息、保留区块的数目和位置、文件分配表和文件登记表所在的位置和大小、数据区域的位置和大小等。

（2）文件分配表（FAT，File Allocation Table）存放着Flash存储器上所有区块的占用与空闲情况以及每个文件的存储连接结构。MS-DOS FAT文件系统中有12位、16位、32位三种不同的FAT格式。考虑到在微处理器上实现的方便性并权衡Flash文件系统应用的规模，选择将文件分配表固定为16位的格式。

（3）文件登记表（FRT，File Register Table）存放着Flash文件系统中每一个文件的文件代号、文件长度、文件属性以及该文件的存储链在文件分配表中的入口。考虑到嵌入式系统的应用范围，本Flash文件系统不支持子目标结构。

（4）数据区域（Data Area）用于存放文件的数据内容。本Flash文件系统中，数据分配的最小单位是Flash存储器的一个基本擦除单元，即一个物理区块（Block）。

本Flash文件系统提供：文件系统的格式化（Format）、文件的创建（Create）、删除（Delete）、打开（Open）、关闭（Close）、读（Read）、写（Write）、文件指针的移动（Seek）、位置读取（Tell）等基本的功能。程序主体代码ANSI C语言写成，使用一个非常小的Flash存储器设备驱动接口，扩展及移植的能力都比较好。

3 提高Flash文件系统的可靠性

在MS-DOS的FAT文件系统中，仅仅对数据区域提供坏损管理，而对于它的主引导记录、文件分配表和根目录这三个极重要的文件系统数据结构却未做任何保护（虽然MS-DOS的FAT文件系统中存在着两张FAT表，但是DOS只是简单地复写第二张FAT表而从不使用它）。一旦这三个区域的内容出现一点失效，将必然导致文件数据的大量损失。另外，如果这些数据结构的存储区域发生物理性损坏，更会导致整张磁盘的报废。这在由Flash存储器占据很大成本比重的嵌入式应用中，是非常不希望的。

归结起来，嵌入式系统中的Flash存储器主要面临两大类不稳定因素：一是Flash存储器本身可能出现物理性的损坏；二是嵌入式系统面对较多的突发掉电与重启动，造成Flash存储器写操作的异常终止。

针对Flash存储器的物理损霈问题，除对文件数据区域提供坏损管理外，还将系统记录、文件分配表和文件登记表这三个文件系统重要数据结构采用浮动位置的方法存储。即不仅对文件数据存储进行动态的分配管理，对于Flash文件系统中这三个重要数据结构也不固定其存储位置。这样可以避免因它们的存储区域发生物理损坏造成整个文件系统失效。具体做法是：对于系统记录定义一个系统记录保留区，将系统记录存在这个区域内，确切的位置在文件系统初始的时候通过标识幻数（Magic Number）的方法扫描找到；而文件分配表和文件登记表则存放在文件数据区域内，通过系统记录中的索引项找到。

针对Flash存储器的写操作异常终止问题，将6系统记录、文件分配表和文件登记表这三个对Flash文件系统最重要的数据结构均进行双份的存储改善其安全性。在文件系统的操作中，程序对每一个表结构的两个备份进行顺次修改，以此确保Flash存储器上总是存有一整套完好的系统记录表、文件分配表和文件登记表。在系统被启动运行时，文件系统会首先进行自检，通过这三个表结构中的标识幻数，以及最开关和最末尾的更新序列号可以确定每一张表备份的合法性和时效性，判断出前次系统关闭中存在着的操作异常终止并及时更正。通过这样的设计，即使文件系统大使用中出现了写操作异常终止的情况，错误将只涉及当时被操作的文件数据，不会扩散给Flash文件系统中的其它文件，更不会因此损坏三个文件系统表结构，造成整个文件系统的彻底瘫痪。

通过以上两个方面的改进，本Flash文件系统的可靠性比于MS-DOS FAT文件系统有了很大的提高。从实验1和实验2的仿真结构可以看到，即使在Flash极不可靠和写操作异常防止频发的最恶劣工作条件下，本Flash文件系统也能够保持可靠工作，从而使之能够适合于嵌入式系统的应用。

实验1 高坏损率状况下本Flash文件系统的可靠工作

实验条件

Flash存储器规格：16 KB/Block×1024Block，设定Flash页面的写入坏损概率为1%，对单一文件重复进行（打开文件，写入1KB数据，关闭文件）10000次操作。 　

实验结果 《适宜于嵌入式多媒体应用的Flash文件系统(第2页)》