CN103258044B

CN103258044B - 一种面向dsp的二元组nandflash数据文件管理方法

Info

Publication number: CN103258044B
Application number: CN201310197110.7A
Authority: CN
Inventors: 刘秀娟; 王浩; 王健; 聂磊; 齐建宇
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Aerospace Automatic Control Research Institute
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Aerospace Automatic Control Research Institute
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103258044A

Abstract

一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法，首先进行文件表建立和更新，之后可以进行数据写入或者数据读取。以“条次”为单位管理数据文件，每条文件表信息只占6字节，比FAT16文件系统节约约26字，且文件表不需要频繁重写，便于延长Nandflash使用寿命；以“页”而不是“块”为单位管理存储器，提高存储器利于效率，减少存储空间浪费；数据存储直接实时写入，无延时。该方法简捷、可靠、实用，CPU资源消耗少，适合以DSP为核心处理器的嵌入式系统使用。

Description

一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法

技术领域

本发明涉及一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法。

背景技术

DSP是一种专门为实时、快速实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器，具有稳定、可大规模集成、可编程等优点，在雷达声纳、医用仪器、通信设备、电子对抗、武器制导等国民经济的各个领域应用广泛。

近年来，以DSP为核心构建的嵌入式系统功能日益增强，越来越多的应用场合需要实现数据记录存储功能，比如惯导、导引头、空间飞行器等系统，都需要自主、实时、可靠存储大量的关键信息，并保证即使整个系统掉电，所采集到的数据仍能长时间保持不丢失。

快速擦写存储器FLASH(闪存)是目前性能价格比和可靠性最高的可擦写、非易失存储器，成本低、体积小、承受冲击能力强、存储容量大，在嵌入式系统中已被广泛用作外存储部件。现在主流闪存分为NOR型和NAND型，NAND型闪存写入和擦除速度比NOR型快，单元存储容量大，且成本比NOR型低，因此NAND型闪存在大容量数据存储上比NOR型闪存更具有优势。

以DSP为核心的嵌入式系统中，DSP往往需要承担繁重的计算任务，复杂的文件管理系统不适合系统使用，因此迫切需要一种简捷、可靠、实用且CPU资源消耗少的Nandflash数据文件管理方法。

文件系统在整个系统中位于设备驱动程序和层应用程序之间，负责管理文件的创立、撤消、读写、修改、复制和存取控制等，并管理存放文件的各种资源，为上层引用程序提供统一的存储接口，透明具体的实现过程，为上层提供服务。它管理硬件上的数据存取方式和结构。以更好利用存储空间和提高存储效率。由于Windows操作系统的普及，微软公司的FAT文件系统被广泛采用。

然而Nand Flash存储器具有先擦除后写入的硬件特性，FAT文件系统是专门针对磁盘等存储介质而设计的，不适合直接应用于Nand Flash。主要问题有两点：一是文件系统工作时,需要频繁重写文件分配表,这就使得对文件分配表区的擦写明显多于其它区域，从而导致文件分配表区先于其它区域出现坏块。二是申请新簇时，文件系统总是按照从前到后的秩序查找FAT表，这就使得簇号小的较大的更频繁地被使用，从而导致簇号较小的簇更早磨损，出现坏块。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法。

本发明的技术解决方案是：

一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法，首先进行文件表建立和更新，之后可以进行数据写入或者数据读取。

文件表建立和更新过程如下：

(1)加电启动后，将二元组个数num置0，将读取的页编号j置0；

(2)读取一条二元组信息，二元组个数num＝num+1；

(3)如果该二元组的EndpageID不全是0xFF，则转第(2)步，否则转第(4)步；

(4)如果该二元组的StartpageId全是0xFF，将本二元组，即第num个二元组的StartpageId写为kstart，令StartpageId＝kstart，结束；如果该二元组的StartpageId不全是0xFF，则转第(5)步；所述kstart为NANDFLASH数据区第1个有效块的第1页的序号；

(5)读取第StartpageId+j页的内容；

(6)如果第StartpageId+j页的内容不全是0xFF，则令j＝j+1，转第(5)步；否则转第(7)步；

(7)令p＝StartpageId+j；

(8)如果p>StartpageId，则将第num个二元组的EndpageID写为p-1，下一个二元组的StartpageId写为p，令StartpageId＝p；结束，否则直接结束。

数据写入方法流程如下：

(3.1)将待写入的页编号q置0；

(3.2)判断StartpageId是否大于等于预设的存储门限gate，如果StartpageId大于等于gate，转第(3.4)步，否则转第(3.3)步；

(3.3)判断二元组个数num是否大于等于num_total-1，如果num大于等于num_total-1，转第(3.4)步，否则转第(3.5)步；num_total为文件表信息区共可存放的二元组个数；

(3.4)逐块擦除整片nandflash，令StartpageId＝kstart，文件表中写入第1个二元组的StartpageId；

(3.5)向StartpageId+q页写入数据；

(3.6)如果此时要求停止继续写入，则结束，否则令q＝q+1，转第(3.7)步；

(3.7)判断第StartpageId+q页是不是最后一页，如果是，结束，否则转第(3.5)步。

数据读取方法流程如下：

(4.1)判断给出的二元组编号是否超限，即是否大于可存储的二元组总个数num_total，如果超限则结束，否则转第(4.2)步；

(4.2)从文件表区读取该二元组的StartpageId和EndpageID；

(4.3)判断该二元组的StartpageId和EndpageID是否超限，即是否大于m-1，m为总页数，如果StartpageId和EndpageID其中有一个超限则结束，否则转第(4.4)步；

(4.4)从数据区中，顺序读取StartpageId和EndpageID之间的数据页的内容。

所述文件表用于存放数据文件的信息，以二元组表示：{StartpageId，EndpageID}，其中，StartpageId和EndpageID为整数，分别表示起始页编号和结束页编号，可确定数据文件在Nandflash中的存储位置。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)以“条次”为单位管理数据文件，每个二元组文件表信息只占4～6字节，比FAT16文件系统节约约26字，节约了存储空间；

(2)只有写入操作会增加条次数，读取操作不增加条次数，文件表不需要频繁重写，数据文件从前到后顺序存放循环使用，便于延长Nandflash使用寿命；

(3)以“页”而不是“块”为单位管理存储器，提高存储器利于效率，减少存储空间浪费；

(4)数据存储直接实时写入，无延时。

(5)简捷、可靠、实用，便于实现，CPU资源消耗少，适合嵌入式系统使用。

附图说明

图1为nandflash存储区域划分示意图

图2为文件表区第一页存储示意图

图3为数据区存储示意图

图4为文件表建立和更新过程流程图

图5为数据写入方法流程图

图6为数据读取方法流程图

图7为三星公司生产的K9K8G08U0M结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明基于nandflash特点，提出了二元组数据文件管理方法，以“条次”为单位管理数据文件，每条文件表信息只占6字节，比FAT16文件系统节约约26字，且文件表不需要频繁重写，便于延长Nandflash使用寿命；以“页”而不是“块”为单位管理存储器，提高存储器利于效率，减少存储空间浪费；数据存储直接实时写入，无延时。该方法简捷、可靠、实用，CPU资源消耗少，适合以DSP为核心处理器的嵌入式系统使用，并可推广应用于大容量闪存器件与单片机、ARM及其他类型的嵌入式系统设计中。

Nandflash分为文件表区和数据内容区。为确保可靠，文件表区位于第1块，因为芯片厂商确保第1块可用，其余块为数据区。数据在数据区中按照先后顺序连续存放。不同数据文件不共用页，即如果前一个文件存储时时未占满的一个页，下一个文件存储时将跳过该页，从下一个全新的页开始存储。数据区的内容可由用户自定义设计，可以是图像、音频、采用值等任何数据，无统一规定。

文件表区用于存放数据文件的信息，以二元组表示：{StartpageId，EndpageID}。其中，StartpageId、EndpageID为整数，可确定数据文件在Nandflash中的存储位置，分别表示起始页编号和结束页编号。页编号从0开始，第1块的第1页编号为0，第1块的第2页编号为1，以此类推。设NANDFLASH共有n块，每块有k页，共有m页，由于数据内容从第2块开始，所以StartpageId，EndpageID的取值范围是[k，m-1]。

二元组的字节数i需根据Nandflash的容量确定。StartpageId、EndpageID为整数，存储用的字节数根据所用Nandflash的容量确定。以K9K8G08U0M为例，该Nandflash共有2¹⁹页，每块有64页，则StartpageId、EndpageID的取值范围为[64，2¹⁹-1]，因此StartpageId、EndpageID各用三个字节即可表示。所以，一条文件表信息(1个二元组)用6个字节即可，利于节约空间。如果是容量为128MB的Nandflash，共有65536页，则StartpageId、EndpageID各用2个字节即可表示。

文件表信息放在Nandflash的第1块，以二元组为单位顺序存放，前i个字节存放第1条次的文件信息即二元组，紧接着的i个字节存放第2条次的二元组，以此类推。当某一页剩余的字节数不足以存放一个二元组时，这些字节舍弃不用，下一个二元组从新的一页开始存放。仍以K9K8G08U0M为例，1个二元组是6字节，每页2048字节，可存储341个二元组，剩余2字节不用，下一个二元组从后续相邻页起始处开始存放。二元组的序号为正整数，从1开始编号。文件表信息区共可存放的二元组个数num_total等于floor(s/i)*k，其中floor()表示向下取整。仍以K9K8G08U0M为例，文件表信息区为1块，包含64页，每页2048字节，每个二元组6字节，则文件表信息区共可存放21824个二元组，因此可管理21824个数据文件。

设NANDFLASH分为n块(Block)，每块包含k页(page)，每页内包含s正常字节和少数空余备用字节，共有m页(m＝n×k)。页编号从0开始，第1块的第1页编号为0，第1块的第2页编号为1，以此类推。块编号从1开始，第1块的编号为1，第2块的2编号为2，以此类推。以三星公司生产的K9K8G08U0M为例，该芯片共分为8192个block(块)，每个Block包含64个page(页)，每个page包含2048个字节的有效数据空间以及64个空余字节。其组织结构如图7所示。

如图1所示，Nandflash分为文件表区和数据内容区。文件表区位于第1块，包含k页，其余n-1块为数据区，包含(n-1)*k页。

如图2所示，文件表区中，文件信息以二元组为单位依次顺序存放。数据文件的信息以二元组表示：{StartpageId，EndpageID}。其中，StartpageId、EndpageID为整数，分别表示起始页编号和结束页编号，字节数根据所用Nandflash的容量确定。当某一页剩余的字节数不足以存放一个二元组时，这些字节舍弃不用，下一个二元组从新的一页开始存放。文件表信息区共可存放的二元组个数num_total＝floor(s/i)*k，其中floor()表示向下取整。

以K9K8G08U0M为例，该Nandflash共有219页，每块有64页，则StartpageId、EndpageID的取值范围为[64，219-1]，因此StartpageId、EndpageID各用三个字节即可表示(因三个字节可表示的范围是[0，2²⁴-1])。所以，一条文件表信息(1个二元组)用6个字节即可，利于节约空间。1个二元组是6字节，每页2048字节，可存储341个二元组，剩余2字节不用，下一个二元组从后续相邻页起始处开始存放。二元组的序号为正整数，从1开始编号。文件表区包含64页，共可存放21824个二元组，因此可管理21824个数据文件。

数据在数据区中按照“条次”顺序连续存放。不同“条次”数据文件不共用页，即如果前一个文件存储时时未占满的一个页，下一个文件存储时将跳过该页，从下一个全新的页开始存储。数据区的内容可由用户自定义设计，可以是图像、音频、采用值等任何数据，无统一规定。如图3所示，假设第1条次的数据占了半页，存放在第kstart页，第2条次的数据占了3页，则存放在第kstart+1、kstart+2和kstart+3页。

本发明提出的一种二元组NANDFLASH数据文件管理方法，主要包括文件表建立和更新、数据写入、数据读取三个部分，首先进行文件表建立和更新，之后可以进行数据写入或者读取。

如图4所示，文件表建立和更新过程如下：

(1)系统加电启动后，将二元组个数num置0，将读取的页编号j置0；

(2)读取一条二元组信息，二元组个数num＝num+1；

(4)如果该二元组的StartpageId全是0xFF，将本二元组(即第num个二元组的StartpageId写为kstart，令StartpageId＝kstart，结束；如果该二元组的StartpageId不全是0xFF，则转第(5)步；

(5)读取第StartpageId+j页的内容；

(7)令p＝StartpageId+j；

在执行完上述文件表建立和更新过程后，可以执行数据写入。如图5所示，数据写入方法流程如下：

(1)将待写入的页编号q置0；

(2)判断StartpageId是否大于等于存储门限gate，如果StartpageId大于等于gate，转第(4)步，否则转第(3)步；

(3)判断二元组个数num是否大于等于num_total-1，如果num大于等于num_total-1，转第(4)步，否则转第(5)步；

(4)逐块擦除整片nandflash，令StartpageId＝kstart，文件表中写入第1个二元组的StartpageId；

(5)向StartpageId+q页写入数据；

(6)判断系统是否要求停止写，如果要求停止写，结束，否则转第(7)步；

(7)令q＝q+1；

(8)判断第StartpageId+q页是不是最后一页，如果是，结束，否则转第(5)步。

在执行完上述文件表建立和更新过程后，可以执行数据读取。如图6所示，数据读取方法流程如下：

(1)判断系统给出的二元组编号是否超限，即是否大于可存储的二元组总个数num_total，如果超限则结束，否则转第(2)步；从文件表区读取该二元组的StartpageId和EndpageID；

(2)从文件表区读取该二元组的StartpageId和EndpageID；

(3)判断该二元组的StartpageId和EndpageID是否超限，即是否大于m-1(m为总页数)，如果StartpageId和EndpageID其中有一个超限则结束，否则转第(4)步；

(4)从数据区中，顺序读取StartpageId和EndpageID之间的数据页的内容。

Claims

1.一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法，其特征在于首先进行文件表建立和更新，之后可以进行数据写入或者数据读取；

文件表建立和更新过程如下：

(1)加电启动后，将二元组个数num置0，将读取的页编号j置0；

(2)读取一条二元组信息，二元组个数num＝num+1；

(5)读取第StartpageId+j页的内容；

(7)令p＝StartpageId+j；

(8)如果p>StartpageId，则将第num个二元组的EndpageID写为p-1，下一个二元组的StartpageId写为p，令StartpageId＝p；结束，否则直接结束；

数据写入方法流程如下：

(3.1)将待写入的页编号q置0；

(3.5)向StartpageId+q页写入数据；

(3.7)判断第StartpageId+q页是不是最后一页，如果是，结束，否则转第(3.5)步；

数据读取方法流程如下：

(4.2)从文件表区读取该二元组的StartpageId和EndpageID；

2.根据权利要求1所述的一种面向DSP的二元组NANDFLASH数据文件管理方法，其特征在于：所述文件表用于存放数据文件的信息，以二元组表示：{StartpageId，EndpageID}，其中，StartpageId和EndpageID为整数，分别表示起始页编号和结束页编号，可确定数据文件在Nandflash中的存储位置。