CN100481025C - 一种nandflash文件系统实现方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及计算的nandflash文件系统实现方法采用如下步骤：A.对nandflash存储器进行格式化操作，以寻找到的第1个好物理块作为系统块，系统块中包括设定的文件系统标识字符串和nandflash各个物理块的好坏、使用情况、作用信息；在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块，物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息，B.根据系统块和物理文件块中的信息，完成逻辑文件的操作；所述的步骤A中，所述的系统块第0页第0个字节开始，前面的字节保存设定的nandflash文件系统标识字符串，后续的字节保存每个物理块的信息，本发明应用性能强，稳定性和可靠性高。

Description

一种nandflash文件系统实现方法

技术领域

本发明涉及计算，尤其涉及一种nandflash文件系统实现方法。

背景技术

nandflash是一种低廉高效的存储器件，其内部结构如图1所示，nandflash存储器分成若干物理块，每个物理块分成若干页，每页的大小固定为一个固定数值。在控制信号的配合下，它的数据口通过分时复用方式实现命令，地址，数据的传输，这样它的封装脚大大减小，价格低。在现有的应用中，针对nandflash的文件系统有很多，但是它们都是通用文件系统，属于操作系统的一个功能，nandflash的应用则对系统的要求很高，系统开销很大，无法应用于普通的CPU，这就对nandflash的应用产生了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用性能强的nandflash文件系统实现方法，以克服现有技术中对系统的要求高，开销大，无法应用于普通CPU的不足。

本发明所采用的nandflash文件系统实现方法采用如下步骤：

A、对nandflash存储器进行格式化操作，寻找至少两个有效物理块，以寻找到的第1个好物理块作为系统块，所述的系统块中包括设定的文件系统标识字符串和nandflash各个物理块的好坏、使用情况、作用信息；在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块，所述的物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息；

B、根据所述的系统块和物理文件块中的信息，完成逻辑文件的操作。

所述的步骤A中，所述的系统块第0页第0个字节开始，前面的字节保存设定的nandflash文件系统标识字符串，后续的字节保存每个物理块的信息。

所述的步骤A中，所述的物理文件块中，从第0页到最后一页，以字节数据为一个单位，依次保存字节数据；读取其中的物理文件信息时，从该物理文件块第0页到最后一页，按256字节为一个单位依次读取所有信息。

所述的步骤B中，所述的逻辑文件体现为高级函数，高级函数通过调用驱动函数实现对nandflash物理块数据访问，所述的系统块根据nandflash每物理块的使用情况和作用信息分配物理块保存逻辑文件数据。

所述的步骤B中，所述的逻辑文件所包含的基本信息包括：逻辑文件操作缓冲区，逻辑文件大小，逻辑文件操作逻辑位置，逻辑文件操作结果标识，逻辑文件对应的物理文件结构。

所述的步骤A包括如下步骤：

A1、对整个nandflash删除，根据nandflash控制时序要求，从第一物理块到最后一物理块依次发送删除命令删除；

A2、分配等于nandflash总块数字节的内存空间，每个字节标识每个nandflash物理块的好、坏，使用情况、作用信息；

A3、设置文件系统标识字符串；

A4、进一步判断整个nandflash存储器好、坏的物理块，并且在分配的内存空间中设置或刷新相应标志；

A5、在nandflash里寻找第1个好物理块作为系统块，设置物理块信息的结构；

A6、在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块；

A7、在系统块中保存所设置的文件系统标识符和内存空间所保存的nandflash每个物理块的好坏、使用情况、作用信息。

所述的步骤B包括如下步骤：

B1、读取系统块信息和所有物理文件块中的物理文件，并且创建物理文件链表；

B2、在物理文件链表里查找到需要读取的逻辑文件，并分配缓冲空间；

B3、获取逻辑文件对应的物理文件数据，并将其保存至缓冲空间；

B4、由缓冲空间输出数据；

B5、关闭逻辑文件操作。

所述的步骤B包括如下步骤：

b1、读取系统块信息和所有物理文件块中的物理文件，并且创建物理文件链表；

b2、打开需要写入的逻辑文件，并分配缓冲空间；

b3、把逻辑文件数据写到缓冲空间；

b4、由缓冲空间将逻辑文件数据保存到nandflash对应物理块；

b5、释放缓冲空间和逻辑文件空间，更新系统块数据和物理文件块数据，以保存新的逻辑文件输入。

本发明的有益效果为：在本发明中，在nandflash存储器中寻找至少两个有效物理块，分别作为系统块和物理文件块，系统块反映nandflash的所有物理块信息，物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息，由于nandflash在出厂是不能保证所有物理块是好的，也不能保证第1物理块一定是好的，另外，在使用过程中，也可能出现坏物理块，但不影响其他物理块的使用，物理坏与物理块之间是相对独立的，本发明中通过寻找至少两个有效物理块，极大程度地适应了这种物理块与物理块之间相对独立的特性，通过设定系统块和物理文件块，提高了nandflash的应用兼容性，其应用性能强，也使本发明获得了较高的稳定性和可靠性。

本发明通过nandflash驱动函数通过对nandflash信号时序以及有关数据口的控制，实现基本的删除，编程，读操作，逻辑文件(高级函数)则可以通过调用驱动函数实现对nandflash物理存储单元数据访问，nandflash驱动函数具有相当的透明性，极大地方便了用户对nandflash的应用，本发明根据系统块和物理文件块中的信息，完成逻辑文件的读取或写入操作，实现nandflash的动态应用，使本发明具有很强应用性能，并且文件存储、访问代码小，效率高，对系统要求不高，尤其适用于一般的CPU。

附图说明

图1为nandflash存储器件内部结构示意图；

图2为本发明整体系统结构示意图；

图3为本发明文件系统物理结构示意图；

图4为本发明格式化处理的具体控制流程示意图；

图5为本发明读取文件的具体控制流程示意图；

图6为本发明物理文件链表结构示意图；

图7为本发明写入文件具体控制流程示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

在本发明中，在nandflash存储器中寻找至少两个有效块，分别作为系统块和物理文件块，系统块反映nandflash的所有物理块信息，物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息。

如图2所示，本发明的整体系统结构分为三层：

a)器件层：nandflash存储设备。

b)文件物理层：nandflash驱动函数，通过对nandflash信号时序以及有关数据口的控制，实现基本的删除，编程，读操作，每个函数产生符合nandflash操作的控制时序。

c)文件逻辑层：文件操作函数，用户通过文件名调用高级函数实现文件读写等操作。高级函数调用驱动函数实现对nandflash物理存储单元数据访问，具有相当的透明性，方便了用户对nandflash的应用。

对于文件存储：分为物理文件和逻辑文件，物理文件和逻辑文件按nandflash的物理块大小进行分配。物理/逻辑文件按nandflash一物理块的大小申请nandflash存储空间；逻辑块容量等于物理块容量，这样可以简化整个文件系统设计。

本发明的基本基本控制方法如下：

1)对nandflash存储器进行格式化操作，以寻找到的第1个好物理块作为系统块，系统块中包括设定的文件系统标识字符串和nandflash各个物理块的好坏、使用情况、作用信息，以后根据这些信息知道nandflash每物理块的作用和使用情况，根据这些信息分配物理块保存逻辑文件数据。例如，如图3所示，系统块第0页第0个字节开始，前8字节保存nandflash文件系统标识字符串：“MALATAFS”，从第8字节开始保存每物理块的信息。每物理块的信息标识含义可如下表1所示：

表1

2)在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块，物理文件体现为nandflash驱动函数，每个驱动函数产生符合nandflash操作的控制时序，每个物理文件占用设定长度的字节，其数据结构如下表2所示，包括：文件名、文件扩展名、文件大小和文件数据所要分配的nandflash物理块信息。

表2

如图3所示，在物理文件块中，从第0页到最后一页，以FileNode数据为一个单位，依次保存FileNode数据；读取其中的物理信息时，从该物理文件块第0页到最后一页，按256字节为一个单位依次读取所有信息。不使用的物理文件信息区域值是OxFF，根据这一点可以判断物理文件信息的合法性。

一个物理文件占(FileNode)256字节，256字节的分配如上表2，文件名占89字节；文件扩展名占3字节；文件大小占4字节。文件分配物理块最大块数为80块，一块2个字节。256＝89+3+4+80×2。是2的8次方，非常适合计算机运算。256字节为一个物理文件信息(FileNode)。

该文件系统文件最大容量是＝80×NandFlash块容量。

在nandflash中，nandflash容量＝物理块总数*每物理块页总数*每页大小。

nandflash有几种操作：删除，编程和读数据，读状态，读器件ID号基本操作。在控制信号时序控制下，通过数据口发不同的命令字实现不同的操作。删除只能对整个物理块操作删除，启动删除某物理块命令，把整个物理块删除，不管物理块的其他地方是否用到同样删除；编程只能对整个页操作；数据的读取可以整页读取，也可以页内任意数据读取。

nandflash线性物理地址由块号，页号，和页内地址得到。其计算式如下：

nandflash物理地址＝((Block Address<<N))|((PageAddress in block)<<M)|Page Offset Address

其中，N＝log2(每物理块页总数+页大小)，M＝Log2(页大小)。

对于nandflash，可以根据这个物理地址实现对nandflash物理存储单元的访问。nandflash物理地址分几个字节发送，由高字节依次到低字节发送。

3)根据系统块和物理文件块中的信息，完成逻辑文件的读取或写入操作，逻辑文件体现为高级函数，高级函数通过调用驱动函数实现对nandflash物理存储单元数据访问，系统块根据nandflash每物理块的作用和使用信息分配物理块保存逻辑文件数据，

逻辑文件所需要的存储块为：

(逻辑文件容量+逻辑文件块容量—1)/NandFlash物理块容量。

对于逻辑文件。文件按nandflash一物理块的大小申请nandflash存储空间。逻辑块容量等于物理块容量，这样可以简化整个文件系统设计。如下表3所示，逻辑文件所包含的基本信息包括：逻辑文件操作缓冲区，逻辑文件大小，文件操作逻辑位置，逻辑文件操作结果标识，逻辑文件对应的物理文件FileNode。

内容	文件操作缓冲区	文件大小	文件操作逻辑位置	文件操作结果标识	物理文件结构FileNode
						大小	128K	4字节	4字节	1字节

表3

●逻辑文件操作缓冲区：本文件系统是通过缓冲区实现对逻辑文件的操作，通过缓冲区可以提高文件的访问速度，提高效率。对文件读时，如果要读取的数据在缓冲区里，则直接从缓冲区输出数据，这时不用访问nandfash，速度非常快.如果要读取的数据不在缓冲区里，根据文件访问位置，计算出对应物理文件物理块，立即从nandflash的物理块读取该物理块数据到缓冲区。再从缓冲区输出数据。写时。先把数据写到缓冲区，缓冲区满，分配nandflash物理块把数据写进该物理块。通过缓冲区实现nandFlash和用户的传输。

●逻辑文件大小FileSize：是逻辑文件的大小。文件占用字节数。等于物理文件大小.

●文件操作逻辑位置：就是逻辑文件现在的操作位置，该值在[0，FilsSize-1]之间。对文件读写操作N个字节数据后，该值自动增加N个数字。该值记下文件最后操作的位置。用它实现逻辑文件任意数据操作。本文件系统也增加了动态改变文件访问位置的高级函数.极大方便用户.

●逻辑文件操作结果标识：逻辑文件操作过程中出现错误，则置1。正常置0。

●物理文件结构FileNode：如下表4所示，与物理文件的数据结构相同。

表4

如图4所示，本发明的格式化处理的具体控制流程如下：

1.根据nandflash控制时序要求，对整个nandflash删除，如步骤S601至步骤S604，从第一物理块到最后一物理块依次发送删除命令删除。进行删除后，一般而言，nandflash全是0xFF。

2.如步骤S605，分配等于nandflash总块数字节的内存空间，每个字节标识每nandflash物理块的好、坏，使用情况、作用信息，至于每个物理块的作用，可参看上述表1得知。

3.如步骤S606，设置文件系统标识字符串，例如，将文件系统标识字符串“MALATAFS”写入一个系统变量中。该文件系统标识字符串应该保存在系统块的第0页的第0到第7地址处，对于任意nandflash，如果某物理块的第0页的第0到第7地址保存的是该字符串，则该nandflash为万利达文件系统，否则就不是。

4.如步骤S607至步骤S614，进一步判断整个nandflash存储器好、坏物理块，并且在分配的内存空间中设置或刷新相应标志。由于nandflash在出厂是不能保证所有物理块是好的，也不能保证第1物理块一定是好的，另外，在使用过程中，也可能出现坏物理块，在这里，首先根据Nandflash的数据规格书datasheet读取判断nandflash好坏的地址数据，再对于初步确定为坏物理块的，重新进行一次删除以进一步确定。对于坏物理块，在内存空间中设置或刷新BLOCK_BAT标志，表示不能使用；对于好物理块，在内存空间中设置或刷新BLOCK_GOOD NOTUSE标志。

5.如步骤S615至步骤S619，在nandflash里寻找第1个好物理块作为系统块，设置物理块信息的结构BLOCK_INFO。

6.如步骤S620至步骤S624，在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块，该物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息，物理文件结构参照表2。

7.如步骤S625，在系统块中保存所设置的文件系统标识符(即“MALATAFS”)和内存空间所保存的nandflash每个物理块的好坏、使用情况、作用信息。

8.如步骤S626，由于格式化后nandflash是没有文件的，所以把物理文件双向链表，头，尾指针置空。

9.显然，在步骤S627中，表示该nandflash好快的数量不足2个(好快为0个或仅仅1个)，不能创建文件系统。

通过步述步骤1至步骤8完成本发明的格式化处理，确定了系统块和物理文件块，创建了文件系统。

如图5所示，本发明的读取文件具体控制流程如下：

I.如步骤S701，初始化文件系统，如步骤S702，判断该nandflash是否是本实施例中和“MALATAFS”(万利达)文件系统，进行如下操作：

I1、若是，则继续如下步骤II。

I2、若不是，继续如下步骤VII。

II.读取系统块信息和所有物理文件，并且创建物理文件链表保存于内存中，如图6所示，该链表为一双向链表，把整个nandflash物理文件FileNode连接起来。在读，写，删除某逻辑文件时，在链表里查找文件，得到逻辑文件对应的物理文件数据，以提高速度。

III.如步骤S703，打开需要读取的逻辑文件，在物理文件链表里查找该逻辑文件，如步骤S704，根据打开是否成功进行如下操作：

III1、若成功，则继续如下步骤IV。

III2、若不成功，则继续如下步骤VII。

IV.分配缓冲空间，其大小等于nandflash一个物理块的大小，获取逻辑文件对应的物理文件数据，并将其保存至缓冲空间。

V.如步骤S705，用户读取缓冲空间的数据，由缓冲空间输出数据，此时用户调用高级函数读取数据，刚打开文件时已把文件第一物理块数据读进缓冲空间，逻辑文件位置0，如果高级函数读取的数据在该缓冲空间，则从缓冲区里直接输出数据给用户；如步骤706，如果高级函数读取的数据不在缓冲区，则根据文件位置，计算访问位置所在物理块，把新的一物理块数据读进缓冲空间，再从缓冲空间输出数据给用户。如步骤707，直至所有数据输出给用户。

VI.读取完毕后，如步骤708，进行关闭逻辑文件操作，释放缓冲空间内存和逻辑文件指针。

VII.结束流程。

如图7所示，本发明的写入文件具体控制流程如下：

i.如步骤S801，初始化文件系统，如步骤S802，判断该nandflash是否是本实施例中和“MALATAFS”(万利达)文件系统，进行如下操作：

i1、若是，则继续如下步骤ii。

i2、若不是，继续如下步骤xi。

ii.读取系统块信息和所有物理文件，并且创建物理文件链表。

iii.如步骤S803，在物理文件链表里查找是否存在该逻辑文件，进行如下操作：

iii1、若存在，则继续如下步骤xi。

iii2、若不存在，则继续如下步骤iv。

iv.如步骤S804，打开需要写入的逻辑文件，并分配缓冲空间，其大小等于nandflash一个物理块的大小，如步骤S805，根据打开是否成功进行如下操作：

iv1、若成功，则继续如下步骤v。

iv2、若不成功，则继续如下步骤xi。

v.如步骤S806把逻辑文件第一物理块数据写到缓冲空间。

vi.如步骤S807，在缓冲空间中保存数据。

vii.如步骤S808，若缓冲空间已满，继续如下步骤viii，否则，返回步骤vi。

viii.如步骤S809，从系统块里分配一可使用的物理块保存缓冲区数据，分配成功则同时把该物理块信息保存在(如表2的)物理文件信息分配表中，如步骤S810，调用底层函数把该物理块数据保存在nandflash里，继续如下步骤ix；分配不成功则继续如下步骤x。

ix.如步骤S811，继续逻辑文件下一物理块数据的操作，如步骤S812，重复上述步骤vi至步骤viii，直至将所有逻辑文件数据保存到nandflash对应物理块。

x.如步骤S813，关闭逻辑文件，释放缓冲空间和逻辑文件空间，更新系统块数据和物理文件块数据，以保存新的逻辑文件输入。

xi.结束流程。

综上所述，尽管本发明的基本结构、原理、方法通过上述实施例予以具体阐述，在不脱离本实用新型要旨的前提下，根据以上所述的启发，本领域普通技术人员可以不需要付出创造性劳动即可实施多种变换/替代形式或组合，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种nandflash文件系统实现方法，其特征在于：它采用如下步骤：

A、对nandflash存储器进行格式化操作，寻找至少两个有效物理块，以寻找到的第1个好物理块作为系统块，所述的系统块中包括设定的文件系统标识字符串和nandflash各个物理块的好坏、使用情况、作用信息；在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块，所述的物理文件块保存该nandflash所有物理文件信息；

B、根据所述的系统块和物理文件块中的信息，完成逻辑文件的操作。

2.根据权利要求1所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤A中，所述的系统块第0页第0个字节开始，前面的字节保存设定的nandflash文件系统标识字符串，后续的字节保存每个物理块的信息。

3.根据权利要求1所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤A中，所述的物理文件块中，从第0页到最后一页，以字节数据为一个单位，依次保存字节数据；读取其中的物理文件信息时，从该物理文件块第0页到最后一页，按256字节为一个单位依次读取所有信息。

4.根据权利要求1所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤B中，所述的逻辑文件体现为高级函数，高级函数通过调用驱动函数实现对nandflash物理块数据访问，所述的系统块根据nandflash每物理块的使用情况和作用信息分配物理块保存逻辑文件数据。

5.根据权利要求1所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤B中，所述的逻辑文件所包含的基本信息包括：逻辑文件操作缓冲区，逻辑文件大小，逻辑文件操作逻辑位置，逻辑文件操作结果标识，逻辑文件对应的物理文件结构。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤A包括如下步骤：

A1、对整个nandflash删除，根据nandflash控制时序要求，从第一物理块到最后一物理块依次发送删除命令删除；

A2、分配等于nandflash总块数字节的内存空间，每个字节标识每个nandflash物理块的好、坏，使用情况、作用信息；

A3、设置文件系统标识字符串；

A4、进一步判断整个nandflash存储器好、坏的物理块，并且在分配的内存空间中设置或刷新相应标志；

A5、在nandflash里寻找第1个好物理块作为系统块，设置物理块信息的结构；

A6、在nandflash里寻找第2个好物理块作为物理文件块；

A7、在系统块中保存所设置的文件系统标识符和内存空间所保存的nandflash每个物理块的好坏、使用情况、作用信息。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤B包括如下步骤：

B1、读取系统块信息和所有物理文件块中的物理文件，并且创建物理文件链表；

B2、在物理文件链表里查找到需要读取的逻辑文件，并分配缓冲空间；

B3、获取逻辑文件对应的物理文件数据，并将其保存至缓冲空间；

B4、由缓冲空间输出数据；

B5、关闭逻辑文件操作。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的nandflash文件系统实现方法，其特征在于：所述的步骤B包括如下步骤：

b1、读取系统块信息和所有物理文件块中的物理文件，并且创建物理文件链表；

b2、打开需要写入的逻辑文件，并分配缓冲空间；

b3、把逻辑文件数据写到缓冲空间；

b4、由缓冲空间将逻辑文件数据保存到nandflash对应物理块；

b5、释放缓冲空间和逻辑文件空间，更新系统块数据和物理文件块数据，以保存新的逻辑文件输入。

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