基于VDK的嵌入式文件系統實現

摘要 針對實驗室開發的基于Nand Flash的高速、大容量存儲系統，闡述了利用BF537及其集成開發環境Visual DSP++的內核VDK，實現嵌入式文件系統的具體方案。同時簡要介紹了通過虛擬地址映射和壞塊標記的方法，來管理Nand Flash芯片中的壞塊，以此實現文件系統的地址傳輸。
關鍵詞 VDK；BF537；嵌入式文件系統；Nand Flash

Blackfin(BF)系列DSP是ADI公司和Intel公司共同開發的DSP，采用了一種新型結構MSA。BF系列中的BF537具有較塊的運算速度和豐富的接口資源，長于控制和視頻圖像處理，且其帶有符合IEEE 802．3規范的以太網控制器，如果在BF537中移植帶有LwIP協議棧的VDK工程，并利用網絡芯片對537進行擴展，就能便捷地實現嵌入式系統與因特網的通信。
由于低功耗、數據非易失、存儲速度快、存儲密度大等優點，Nand Flash在閃存行列中脫穎而出，常被用作大容量數據的存儲媒質。隨著存儲系統容量和存取速度的不斷提升，構建嵌入式文件系統來實現存儲系統中數據的管理。

1 VDK與嵌入式文件系統
1．1 VDK簡介
VDK(Visual DSP Kernel)是ADI公司針對Blackfin系列DSP處理器特別開發的“小而健壯”的輕量級內核，特別適合編寫需要精確控制的代碼，是一個提供了豐富的API函數庫，同時支持輕量級IP協議棧(LwIP)的RTOS。
VDK功能全面，具有線程、信號量、事件與事件位、消息、關鍵域與禁止調度域等特征。內核通過協同多任務和時間片輪轉的方式來管理和協調線程，這種方式稱為“調度”。VDK運用程序可分為兩部分：線程域和中斷域。線程域中的調度稱為“軟件調度”，由內核完成；中斷域中的調度稱為“硬件調度”，由中斷控制器完成。后者的優先級高于前者，而設備驅動是兩者溝通的橋梁。
然而VDK只是一個“裸核”，不提供文件系統的支持，如果需要基于VDK實現文件系統，用戶必須自己編寫各種接口函數的代碼。
1．2 基于Nand Flash的嵌入式文件系統簡介
Flash文件系統主要有開源的和商業的兩類。開源的Flash文件系統，有JFFS、JFFS2、YAFS等。JFFS采用高效的日志文件系統，具有掉電安全、臟塊回收、磨損均衡等特性，主要用于嵌入式Linux。Red Hat公司后來在JFFS基礎上進行升級，發展出JSSF2。JSSF2采用哈希表的日志節點結構，加快了節點的操作速度。YAFFS也是基于日志結構的文件系統，相比JFFS，YAFFS減少了一些功能，但降低了內存占用率，提高了訪問速度。
商業Flash文件系統主要有TrueFFS和TransactionFFS。前者用于仿真硬盤驅動，利用冗余數據結構保證可靠的數據操作，并能均勻使用Flash。后者使用事務記錄方案，運用程序可通過FAL訪問文件系統。

2 嵌入式系統的硬件平臺
基于BF537的嵌入式系統硬件平臺的框圖如圖1所示。

LAN8187用于對BF537的以太網控制器進行擴展，使其能夠通過以太網絡與上位機進行通信。
BF537外掛了兩片Nor Flash芯片作為其異步外存。程序Nor Flash用于存儲運行程序代碼，數據Flash主要用于存儲文件系統運行所需的數據，例如文件目錄表、地址映射表等。XC4VFX100用于處理數據流的速度、解析和轉發BF537的命令，配合BF537對存儲陣列進行管理。

3 嵌入式文件系統設計
3．1 文件目錄表
考慮到存儲系統的存儲速度較快，且文件數目較少的特點，文件目錄表采用線性表的方式。格式如表1所示，其中的“更新次數”用于記錄存放文件目錄表數據Nor Flash的編程次數。

文件系統采用Nor Flash中的一個64 kB的數據塊實時記錄文件目錄表。出于磨損均衡的考慮，如果數據塊的編程次數超過規定的閾值，文件系統將自動跳到Nor Flash的下一個64 kB的數據塊記錄文件目錄表。