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基于NAND闪存的文件系统YAFFS在嵌入式系统中的应用

发布时间:2020-06-30 20:47:10 阅读: 来源:表面厂家

目前,针对NOR Flash设计的文件系统JFFS/JFFS2在嵌入式系统中已得到广泛的应用;随着NAND作为大容量存储介质的普及,基于NAND闪存的文件系统YAFFS(Yet Another Flash File System)正逐渐被应用到嵌入式系统中。

本文引用地址:闪存介绍

NOR 和NAND是现在市场上两种主要的非易失性闪存技术。NOR比较适合存储程序代码,其容量一般小于16MB;NAND则是高密度数据存储的理想解决方案,其容量可达1GB以上。NAND闪存的存储单元为页和块。一般来说,128MB以下容量芯片的一页大小为528字节,依次分为2个256字节的主数据区,最后是16字节的备用空间;一个块由若干页组成,通常为32页;一个存储设备又由若干块组成。与其他存储器相比,NAND闪存具有以下特点:不是完全可靠的,每块芯片出厂时都有一定比例的坏块存在;各个存储单元是不可直接改写的,在每次改写操作之前需要先擦除;擦除操作以块为单位进行,而读写操作通常以页为单位进行;各块的擦除次数有限,一般为10万100万次;使用复杂的I/O口串行存取数据。

YAFFS文件系统简介

YAFFS类似于JFFS/JFFS2,是专门为NAND闪存设计的嵌入式文件系统,适用于大容量的存储设备。它是日志结构的文件系统,提供了损耗平衡和掉电保护,可以有效地避免意外掉电对文件系统一致性和完整性的影响。YAFFS文件系统是按层次结构设计的,分为文件系统管理层接口、YAFFS内部实现层和NAND接口层,这样就简化了其与系统的接口设计,可以方便地集成到系统中去。与JFFS相比,它减少了一些功能,因此速度更快,占用内存更少。

YAFFS充分考虑了NAND闪存的特点,根据NAND闪存以页面为单位存取的特点,将文件组织成固定大小的数据段。利用NAND闪存提供的每个页面16字节的备用空间来存放ECC(Error Correction Code)和文件系统的组织信息,不仅能够实现错误检测和坏块处理,也能够提高文件系统的加载速度。YAFFS采用一种多策略混合的垃圾回收算法,结合了贪心策略的高效性和随机选择的平均性,达到了兼顾损耗平均和系统开销的目的。

YAFFS文件组织结构

YAFFS将文件组织成固定大小(512字节)的数据段。每个文件都有一个页面专门存放文件头,文件头保存了文件的模式、所有者id、组id、长度、文件名等信息。为了提高文件数据块的查找速度,文件的数据段被组织成树形结构。YAFFS在文件进行改写时总是先写入新的数据块,然后将旧的数据块从文件中删除。YAFFS使用存放在页面备用空间中的ECC进行错误检测,出现错误后会进行一定次数的重试,多次重试失败后,该页面就被停止使用。

YAFFS物理数据组织

YAFFS充分利用了NAND闪存提供的每个页面16字节的备用空间,参考了SmartMedia的设定,备用空间中6个字节被用作页面数据的ECC,2个字节分别用作块状态字和数据状态字,其余的8字节(64位)用来存放文件系统的组织信息,即元数据。由于文件系统的基本组织信息保存在页面的备份空间中,因此,在文件系统加载时只需要扫描各个页面的备份空间,即可建立起整个文件系统的结构,而不需要像JFFS 那样扫描整个介质,从而大大加快了文件系统的加载速度。

YAFFS擦除块和页面分配

YAFFS中用数据结构来描述每个擦除块的状态。该数据结构记录了块状态,并用一个32位的位图表示块内各个页面的使用情况。在YAFFS中,有且仅有一个块处于“当前分配”状态。新页面从当前进行分配的块中顺序进行分配,若当前块已满,则顺序寻找下一个空闲块。

YAFFS垃圾收集机制

YAFFS使用一种多策略混合的算法来进行垃圾回收,将贪心策略和随机选择策略按一定比例混合使用:当满足特定的小概率条件时,垃圾回收器会试图随机选择一个可回收的页面;而在其他情况下,则使用贪心策略回收最“脏”的块。通过使用多策略混合的方法,YAFFS能够有效地改善贪心策略造成的不平均;通过不同的混合比例,则可以控制损耗平均和系统开销之间的平衡。考虑到NAND的擦除很快(和NOR相比可忽略不计),YAFFS将垃圾收集的检查放在写入新页面时进行,而不是采用JFFS那样的后台线程方式,从而简化了设计。

YAFFS实现开发环境简介

本文采用的是宿主机+目标板的开发模式。宿主机为PC+REDHAT9.0,目标板为三星公司的S3C2410+嵌入式Linux,版本为2.6.11.12。NAND闪存是三星公司64MB的K9F5608U0C。YAFFS的源码可以从网站下载。

YAFFS移植:

1)在内核中建立YAFFS目录fs/yaffs,并把下载的YAFFS代码复制到该目录下面。

2)修改fs/Kconfig,使得可以配置YAFFS。

3)修改fs/makefile,添加如下内容:obj-$(CONFIG_YAFFS_FS) += yaffs/

4)在生成的YAFFS目录中生成Makefile 和Kconfig文件。

5)修改NAND分区。此分区要结合vivi里的分区进行设置,如下: linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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