CN104376099A - 一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，包括分块单元和写入单元；所述分块单元，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；所述写入单元，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。该基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，能够避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式系统的文件系统技术领域，尤其涉及一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置。
背景技术
电力系统发生故障时，二次设备会在短时间内产生大量的录波数据，这些录波数据需要实时、可靠地保存到设备的文件系统中，为进一步的故障分析提供基础。而实际上，在一次严重的电力系统故障之后，会导致设备失去供电，在故障结束后、设备恢复供电时，文件系统往往无法实时的恢复出录波数据，给故障分析带来困难。可见，电力系统使用的嵌入式系统必须具备高实时性和高可靠性的文件操作。
现有的嵌入式系统的文件系统主要有两类：一类是标准的磁盘文件系统、如Ext2、FAT，另一类是日志文件系统、如jffs2、jffs3。
标准的磁盘文件系统运行在FLASH上，需要将FLASH模拟成一个具有512字节扇区大小的标准块设备。当上层文件系统要对一个设备扇区进行写入操作时，其操作顺序是：
1、将这个扇区所在FLASH块文件数据读到内存(BUFFER)中；
2、将BUFFER中文件数据与写操作的文件数据合并形成新的文件数据放入BUFFER中；
3、将FLASH块进行擦除操作；
4、将BUFFER中的文件数据写回该FLASH块。
这种方式虽然能完成正常操作，但是存在以下几个明显缺点：
1、效率低。对一个扇区的更新需擦写整个FLASH块的文件数据，而且FLASH块擦除操作时间比较长，严重影响文件数据写入的实时性。
2、安全性低，容易引起文件数据丢失。如果在上面第3步骤与第4步骤间发生设备掉电，将会导致整个FLASH块文件数据丢失，可能造成文件系统处于不一致的状态，甚至文件系统整个崩溃。
日志文件系统如jffs2、jffs3通过详细记录文件系统中的每个操作及文件数据，来保证文件系统的安全性，但是还是存在以下缺点：
1、对每个文件需记录前面多个操作，这样不仅浪费空间(jffs2浪费内存空间、jffs3浪费FLASH空间)，而且在掉电或突发情况后，自恢复文件系统过程缓慢且可能出现文件系统崩溃无法恢复情况；
2、由于操作系统对写操作不是直接将文件数据写入到FLASH物理空间，日志式文件系统很难满足嵌入式系统中对读写文件的实时性要求。
由此可见，目前这两种常用的文件系统很难满足电力系统的嵌入式系统对文件系统高实时性和高可靠性的功能要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，能够避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供一种基于闪存的文件系统的实现方法，包括：
将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
其中，所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，包括：
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识；
根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息；
当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
其中，所述任意一页为首页。
其中，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
其中，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
第二方面，提供一种基于闪存的文件系统的实现装置，包括：
分块单元，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
写入单元，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
其中，所述写入单元，具体用于：
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识；
根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息；
当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
其中，所述任意一页为首页。
其中，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
其中，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
本发明的有益效果在于：一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，包括分块单元和写入单元；所述分块单元，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；所述写入单元，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。该基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，以FLASH块为单位写入文件数据，每个文件数据必须占有一个FLASH块且不允许多个文件数据共享一个FLASH块，每个文件数据写入后不允许修改，这样最大限度的减少了文件数据的搬运和擦除工作。通过减少文件数据读写中间环节来实时写入文件数据，避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法第一个实施例的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法第二个实施例的方法流程图。
图3是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现装置第一个实施例的结构方框图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，其是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法第一个实施例的方法流程图。本发明实施例的基于闪存的文件系统的实现方法，可应用于各种使用闪存作为存储信息介质的嵌入式系统，该潜入式系统适用于电力系统。
该基于闪存的文件系统的实现方法，包括：
步骤S101、将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据。
步骤S102、所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
本发明提供的基于闪存的文件系统的实现方法，适用于使用闪存作为存储信息介质的嵌入式系统，通过减少文件数据读写中间环节来实时写入文件数据，从而避免发生突发情况时对文件数据的破坏。
本发明提供的基于闪存的文件系统的实现方法，以FLASH块为单位写入文件数据，每个文件数据必须占有一个FLASH块且不允许多个文件数据共享一个FLASH块，每个文件数据写入后不允许修改，这样最大限度的减少了文件数据的搬运和擦除工作。通过减少文件数据读写中间环节来实时写入文件数据，避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
请参考图2，其是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法第二个实施例的方法流程图。本发明实施例与基于闪存的文件系统的实现方法第一个实施例的主要区别在于，增加了基于闪存的文件系统的恢复方法的具体步骤。
该基于闪存的文件系统的实现方法，包括：
步骤S201、将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据。
步骤S202、所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识。
步骤S203、根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息。
步骤S204、当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
其中，所述任意一页为首页。
当然，所述任意一页也可以是尾页，或者任意一页。
其中，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
其中，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法，以FLASH块为单位写入文件数据，每个文件数据必须占有一个FLASH块且不允许多个文件数据共享一个FLASH块。文件数据按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区，并加入标识。文件数据写入后不允许修改，只允许增添，这样最大限度的减少了文件数据的搬运和擦除工作。根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，每个文件数据的特征信息分散记录在存储文件数据的每个FLASH块的首页，即第一页，确保设备重新启动时文件系统的高可靠性自恢复。
基于闪存的文件系统的实现方法，将文件数据的特征信息记录在存储文件数据的每个FLASH块的第一页，特征信息记录页都带有有效性标识，在设备重新上电时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统，并校验特征信息记录页的有效性，确保文件系统的高可靠性自恢复。
每个文件数据的特征信息在内存中形成一张文件检索表，以便于加速文件操作。该基于闪存的文件系统的实现方法，直接操作FLASH的物理块，加快了文件数据读写的实时性。
记录文件数据的特征信息的关键数据定义如下：
本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法优势在于：
1.提高了读写操作速度。由于FLASH块擦除的时间较长，如果在写入文件数据的过程中进行多个BLOCK擦除，则会严重影响文件操作的实时性。本发明避免了由于文件数据块搬运引发的读写和擦除工作，提高了读写操作的实时性，和标准的文件系统相比，写入文件数据的速度可提高20-30％。
2.文件数据写入过程中一旦发生设备故障，也能够保存写入的文件数据，并能够在设备重新上电后正确恢复已有的文件数据，包括故障前已经写入的部分。这一点对电力系统二次设备非常重要，特别是故障录波数据在写入时系统掉电，应用本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法能够写入关键数据，并在重新上电时恢复出来，为电力系统故障分析提供宝贵资料。
3.使用灵活方便，能够方便的移植到多种嵌入式操作系统，也可不依赖操作系统单独使用。
本发明提供的基于闪存的文件系统的实现方法，通过减少文件数据读写中间环节来实时存储数据，并通过将文件数据的特征信息分散存储来自行恢复文件系统，避免发生突发情况时对文件系统或文件数据的破坏，满足电力系统对文件系统的高实时性和高性能自恢复的要求。
本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现方法的功能主要包括两部分，分别为FLASH存储管理功能和文件管理及操作功能。
FLASH存储管理功能包括四部分，分别为：
1、FLASH块管理，使用单向链表分布管理闪存中空闲FLASH块、已使用FLASH块、擦除FLASH块、坏FLASH块。
2、FLASH块更新，用来擦除文件系统释放使用过的FLASH块，并将擦除完成的FLASH块插入到空闲FLASH块链中。
3、地址映射，完成将文件系统中使用的FLASH块地址及FLASH块内偏移转换成对FLASH物理地址。其转换公式为：
物理地址＝FLASH基地址+FLASH块地址*FLASH块长度+FLASH块内偏移
4、FLASH操作接口，包括实际操作FLASH物理介质的接口函数，主要提供
给上层的模块提供直接访问FLASH的接口。
文件管理及操作功能包括三部分，分别为：
1、文件系统自恢复，在设备重新上电时，通过扫描所有FLASH块第一页存储的文件数据的特征信息，重新在内存中构建一张文件索引表，从而自行恢复文件系统。
2、文件表管理，使用一张线性文件索引表来管理FLASH中所有文件，文件索引表可以保存1024个文件项(包括目录)，每个文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
3、文件操作接口，提供文件数据及文件目录的打开、删除、关闭，文件数据的读写、查找等基本的功能。通过该文件系统对文件的操作进行管理后，应用程序使用该文件系统接口与使用其它文件系统的接口完全一致。为了保证文件操作的实时性，该文件系统提供的文件系统操作接口都是直接调用FLASH操作接口来操作FLASH物理介质，加快了文件数据访问速度。
以下为本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现装置的实施例。基于闪存的文件系统的实现装置的实施例与上述的基于闪存的文件系统的实现方法的实施例属于同一构思，基于闪存的文件系统的实现装置的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述基于闪存的文件系统的实现方法的实施例。
请参考图3，其是本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现装置第一个实施例的结构方框图。
该基于闪存的文件系统的实现装置，包括：
分块单元10，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
写入单元20，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
本发明提供的基于闪存的文件系统的实现装置，以FLASH块为单位写入文件数据，每个文件数据必须占有一个FLASH块且不允许多个文件数据共享一个FLASH块，每个文件数据写入后不允许修改，这样最大限度的减少了文件数据的搬运和擦除工作。通过减少文件数据读写中间环节来实时写入文件数据，避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
本发明实施例提供的基于闪存的文件系统的实现装置第二个实施例。
该基于闪存的文件系统的实现装置，包括：
分块单元10，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
写入单元20，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
其中，所述写入单元20，具体用于：
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识；
根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息；
当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
其中，所述任意一页为首页。
其中，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
其中，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
本发明提供的基于闪存的文件系统的实现装置，通过减少文件数据读写中间环节来实时存储数据，并通过将文件数据的特征信息分散存储来自行恢复文件系统，避免发生突发情况时对文件系统或文件数据的破坏，满足电力系统对文件系统的高实时性和高性能自恢复的要求。
一种基于闪存的文件系统的实现方法和实现装置，能够避免发生突发情况时对文件数据的破坏，为录波数据存储提供一个较好的解决方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于闪存的文件系统的实现方法，其特征在于，包括：
将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
2.根据权利要求1所述的基于闪存的文件系统的实现方法，其特征在于，所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，包括：
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识；
根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息；
当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
3.根据权利要求2所述的基于闪存的文件系统的实现方法，其特征在于，所述任意一页为首页。
4.根据权利要求2所述的基于闪存的文件系统的实现方法，其特征在于，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
5.根据权利要求1所述的基于闪存的文件系统的实现方法，其特征在于，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
6.一种基于闪存的文件系统的实现装置，其特征在于，包括：
分块单元，用于将闪存划分为若干个用于写入文件数据的FLASH块，所述FLASH块的写入状态为只能在已写入文件数据的基础上增加文件数据、不能修改已写入的文件数据；
写入单元，用于所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据。
7.根据权利要求6所述的基于闪存的文件系统的实现装置，其特征在于，所述写入单元，具体用于：
所述FLASH块在写入文件数据的过程中，按FLASH块对应的FLASH页的自然数顺序写入FLASH物理存储区；每个FLASH块只写入一个文件数据，写入的所述文件数据被加入标识；
根据所述标识获得对应文件数据的特征信息，任意一页所述FLASH页记录写入的每个所述文件数据对应的特征信息；
当所述文件系统启动时，所述文件系统以FLASH块为单位扫描闪存，根据FLASH块中记录的特征信息恢复所述文件系统。
8.根据权利要求7所述的基于闪存的文件系统的实现装置，其特征在于，所述任意一页为首页。
9.根据权利要求7所述的基于闪存的文件系统的实现装置，其特征在于，所述特征信息组成一张文件检索表，所述文件检索表包括:文件数据名称、文件数据属性、文件数据所属目录，文件数据大小、文件数据创建日期、文件数据最近修改日期、文件数据所占的起始FLASH块号和当前FLASH块号。
10.根据权利要求6所述的基于闪存的文件系统的实现装置，其特征在于，所述FLASH块采用单向链表结构进行关联。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150225 |