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Tornado之TrueFFS编程者指南（一） seasoblue 按：这篇文章主要根据tornado2.0 for Arm的在线帮助写成，前面大部分是翻译过来的，后面将详细介绍MTD驱动的编写，并会给出实际的例子。TrueFFS对于作嵌入式系统来说非常有用，我希望这儿的每一个开发者都能掌握它。我对TrueFFS的研究还很浅薄，所以如果有信口开河的地方还请大方之家斧正。如果能对大家有所帮助，也就无枉此笔了。 一． 概述 1．简介 Tornado的TrueFFS是和vxworks兼容的一种M-Systems Flite实现方式，版本为2.0。它为种类繁多的flash存储设备提供了统一的块设备接口，并且具有可重入、线程安全的特点，支持大多数流行的CPU构架。 有了Tornado的TrueFFS，应用程序对flash存储设备的读写就好象它们对拥有MS-DOS文件系统的磁碟设备的操作一样。这样TrueFFS就屏蔽了下层存储介质的差异，为开发者提供了统一的接口方式。然而，当你设计一个嵌入式系统的时候，了解flash存储器和磁碟设备的不同之处还是很重要的。尽管flash存储器不可能适用于所有的嵌入式系统，但由于flash存储器具有体积小，耗电省，非易失存储的特性，在许多的环境下尤其在移动设备和手持设备领域里它成为了理想的选择。 Flash存储器在拥有众多优点的同时也有一些自身的缺点。首先，它在写之前必须要进行擦除操作，而且不能一个字节一个字节的擦，它只能以一个扇区、一个块或者整片的方式进行擦操作。它的写和擦操作都需要较复杂的步骤才能完成，这就降低了它的易使用性。另外，Flash存储器最大的一个缺点就是寿命有限，可擦除的次数因不同厂商而有所不同，一般都在1万到10万次左右。 一个运行在flash存储器上性能良好的块设备应该能针对可移动的媒体（如flash卡）处理各种复杂的情况。比如，完全有这样的可能：当驱动程序正在进行写操作时用户却把flash卡抽出来了。这有时会造成灾难性的后果。幸运的是，TrueFFS在设计时已经仔细考虑了flash存储器的各种特性，以及掉电和用户由于不耐烦或好奇的原因而猛地拔出flash卡想看看发生了什么事的情况。 2．TrueFFS和块数据 Flash存储器不能无限次重复使用。它的每个扇区的擦除次数虽然很大，但却有限。因此，随着使用次数的加长，它最终会变成只读状态。所以我们应该尽最大可能延长它的寿命。行之有效的方法就是平衡使用所有的存储单元，而不让某一单元过度使用。这种技术被称之为wear leveling。TrueFFS使用一种基于一张动态维护表的block-to-flash(块对应于flash)传输系统来实现wear leveling技术。当块数据被修改、移动，或碎片回收后，这张维护表会自动调整。 就象块设备驱动需要的那样，TrueFFS把flash存储空间映射到一个特殊的连续存储块队列中，以便文件系统可以对它进行数据的读写。这些块被从0开始连续编号。 从一个数据块中读取数据的操作非常直接。文件系统请求指定块的内容，TrueFFS响应后将块号传送到flash存储匹配器（flash memory coordinates）中，找到之上的数据，然后把数据返回给文件系统。向块写数据也一样的直接，只要这个块还没有被写过。TrueFFS要作的就是传送块号到flash存储匹配器（flash memory coordinates）中，并写数据到所指定的地址。 但如果写请求试图修改一个已经写过了的块设备内容，情况就复杂了。TrueFFS先是找到flash空间中一个已经可写的区域，然后把修改后的块数据写到那里。当数据安全地写完后，TrueFFS更新它的block-to-flash映射结构，以使块现在映射的区域为放置修改后数据的区域。这就保证了一定程度上的wear leveling。然而，如果存储在flash上的一些数据本质上是静态的，只有在修改时wear leveling才会产生一种被称为静态文件锁定的问题。 存储这些静态数据的区域根本不会被轮循使用，这将降低flash期望的生命值。TrueFFS通过强制转移静态区域的方法成功克服了静态文件锁定的问题。因为block-to-flash映射表是动态的，TrueFFS能够以对文件系统不可见的方式管理这些wear-leveling转移。由于绝对强制wear-leveling方式会对性能产生一些负面的影响，所以TrueFFS采取了一种非绝对wear-leveling的算法。它保证了所有空间的使用近似平等。 最后，TrueFFS的wear-leveling算法更增强了突破被称为死锁这种模式的性能。 所谓死锁就是一些简单的wear-leveling算法只是两个或多个单元长时间循环而忽略了其余的单元的现象。 3．碎片回收 块数据的修改使得flash的一些块区域不再包含合法的数据，并且这些区域在擦除之前变得不可写。如果没有机制来回收这些区域，flash很快就会变成只读的状态了。不幸的是由于这些块不可以单独擦除，回收这些块就有些复杂了。单次擦除被限制在一个叫作擦除单元（erase unit）的较大范围内。如对于Intel的flash器件来说是64k字节。 TrueFFS使用一种被称为碎片回收（garbage collection）的机制来回收那些不再包含有效数据的块。该机制从一个预擦除单元（source erase unit）内拷贝所有的有效数据块到另一个新的被称为转移单元（transfer unit）的擦除单元。TrueFFS然后更新block-to-flash映射表再擦除这个废旧的预擦除单元。 这样，原来的块出现在外界时仍然包含了原来的数据，虽然这些数据现在已经存放在flash存储器的其它空间。 怎样触发碎片回收功能呢？如果太频繁，则会降低wear-leveling的效果，并影响整个flash的性能。因此在TrueFFS内部，碎片回收只是在块分配算法需要的时候才会触发。块分配算法尽量保持在同一个擦除单元（erase unit）内有一段连续的自由块池。如果块池变得太小，块分配算法就会马上采用碎片回收算法进行碎片回收。然后碎片回收算法就会找到并回收和下面标准最吻合的擦除单元（erase unit）： l 废块最多 l 擦除周期数据最少 l 最静态的区域 另外，碎片回收算法也会采用随机选择的处理方法。这样可以保证回收处理能够均匀地覆盖整修存储空间，而不会由于应用程序使用数据的方式而偏差。 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 　　唉，好累！今天就到这儿吧。有时间我会继续写下去的。希望大家给我一点鼓励。 [em08][em08] [align=right][color=#000066][此贴子已经被作者于2002-10-30 17:37:58编辑过][/color][/align]