基于单片机和nandflash芯片的嵌入式文件系统.docVIP

回经验交流 基于单片机和ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片的嵌入式文件系统 邹锦坤陈星徐承深 （大连理工大学机械学院） 摘要：介绍了一个基于单片机（ＳＳＴ８９Ｅ５６４ＲＤ）和三星ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯Ｈ（Ｋ９Ｆ１Ｇ０８ＵＯＭ）的嵌入式文件系统。 系统设计了ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ存储块管理层，能够对所有存储块进行动态管理，从而实现对牲个文件系统所仃区域 的保护。系统兼容ＦＡＴｌ６文件系统，提供统一的ＡＰＩ接口函数，具有良好的稳定性和可维护性。 关键词：嵌入式系统ｉ文件系统；单片机；ＦＬＡＳＨ  １引言 １４前，市场上嵌入式设各的文件系统基本上都是 为菜种应用特别设计的专用文件系统，它们与通用 ＰＣ上的操作系统并不兼容。而通用计算机上虽有很 多成熟的文件系统，如ＤＯＳ下的ＦＡＴ文件系统、  的巨大存储容量和低成本更加有利于嵌入式文件系 统的实现，已经成为嵌入式设备存储介质的主流。 本项目在ＦＡＴｌ６文件系统的基础上作了改进咀 适应嵌入式设备的使用要求．日，在文件系统的设计中 充分考虑提高系统的可靠性、Ｆｌａｓｈ存储器的磨损均 Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ Ｆ的ＮＴＦＳ及ＵＮＩＸ文件系统等，但它 衡性、坏块的管理和文件系统的效率等问题。 们并不适合直接用到工作环境恶劣的嵌入式设备上。 市场上并没有种成熟稳定，既能兼容通用ＰＣ操作 系统又能适应嵌入式设备工作环境的文件系统。 本ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ嵌入式文件系统特点如下： （１）使用大容量的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片作为存储 介质，型号是三星的Ｋ９ＦＩＧ０８ＵＯＭ，容量为１２８Ｍ字 在一个手持式嵌入式设备的开发项目中，有这样 节。芯片内部结构：芯片２０４８块，每块６４页， 页 个难题，该设备文件系统要求： 中存储大量采集到的信息，最大存储量大于ｌＯＯＭ字 节。 入ＰＣ机中进行数据分析。 恶劣，供电不稳定，容易出现突然断电的情况。基于 大小为２０４８＋６４字节，其叶１该６４字节为备用空间。 （２）文件存储系统采用改进的ＦＡＴｌ６文件系统， 使在嵌入式系统上建立的文件可由ＰＣ机读出使用， 而ＰＣ机往嵌入式系统传输的文件也可被识别使用。 （３）嵌入式文件系统共分■层：硬件电路层： Ｉ：述考虑，奉文针对移动式数据采集器设计了一个嵌 ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ存储块管理层；文件存储管理层。还 入式Ｆｌａｓｈ文件系统。 ２总体设计思路分析 传统基于ｍｃｓ５１系列单片机的嵌入式设各一般都 采用ＥＥＰＲＯＭ或ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ作为其信息的存储器 提供文件系统的ＡＰＩ接口甬数，便于开发人员使用。 ３硬件电路架构设计 本项目硬件电路架构如图１所示，其主要器件： 星公司的ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ芯片Ｋ９ＦＩＧ０８ＵＯＭ； 件。它们存在读写速度慢，容量小，价格高等缺点， 且 般都不带有文件存储管理系统。本设计选用 公司ＵＳＢ主控芯片ＣＢＭｌ １８０。其中矩形方框部分为 ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片作为信息的存储介质能够很好的 如优盘大小的存储卡，比普通优盘多ｒ一个对单片机 端的接【＿１。当把存储卡连接到该嵌入式设备中时，采 解决这个问题。ＮＡＮＤＦＬＡＳＩＩ的读取和写入速度快， 复用Ｉ／０口来传输地址信息和数据信息，较ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ节省大量的管脚。另外，ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片 　万方数据 用单片机的Ｐｏ口直接连接ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片并行传 输的办法存取数据，不使刖其他专用的ＵＳＢ协议接 口芯片。这时存储卡相当于一个直接挂在８０５１单片 机总线上的存储器件。而当把存储｝连接到ＰＣ机上 时，存储卡内的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯Ｊ｛通过ＵＳＢ土控芯 片ＣＢＭＩ １８０作协议转换后与ＰＣ机通讯。这时存储 ｋ相当于一个普通的优盘。使用时，先把１竽储卡放到 该手持嵌入Ｊ＝Ｉ＝设备中去记录采集到的数据，采集完成  块数记录在配置表的相应位置ｗＺｏｎｅＸＬｏｇＢｌｋＭａｘ（２ 宁节）。每个Ｚｏｎｅ表的最后６个好块作为替换块使 用。Ｚｏｎｅ表在Ｆｌａｓｈ中的存储地址＝ｗＣｆｇＴｂｌＡｄｄｒ＋ ｂＺｏｎｅＴｂｌＰａｇｅＯｆｆｓｅｔ＋１。Ｚｏｎｅ表样本如表２所示。 表１配置表详细定义 后就可直接把存储卡接到ＰＣ机上导出数据。 Ｎａｍｅ ＣＦＧ Ｓｔａｒｔ Ｆｌａｇ Ｃ＆Ｔｂｌｘｏｒｖａｌｕｅ Ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｗＣｆｇＴｂＩＡｄ击 ｗＰｈｙＰａｇｅｓＰｅｒＢｌｏｃｋ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ 配置表的表头：０ｘ５Ａ５Ａ５Ａ５Ａ 除这４个Ｂｙｔｅ外所有数据的ＸＯＲ值 当前配置表ＣｆｇＴｂｌ存放的地址 Ｆｌａｓｈ的每个Ｂｌｏｃｋ的物理Ｐａｇｅ数 图１硬件电路架构罔 ｗＰｈｙＢｌｏｃｋｓＰｅｒＣｈｉｐ 每片Ｆｌａｓｈ的物理Ｂｌｏｃｋ数  ４  ＮＡＮＤ  ＦＬＡＳＨ存储块管理层 ｂＺｍｎｅＴｂｌＰａｇｅＯ