基于虚拟扇区的flash存储管理技术_存储器论文

基于虚拟扇区的flash存储管理技术_存储器论文 基于虚拟扇区的Flash存储管理技术_存储器论文 存储器论文 摘要:首先，针对闪存Flash的存储编程特点，提出一种基于虚拟扇区的闪存管理技术，使系统对Flash的擦写次数大大降低，从而提高Flash的使用寿命和整个系统的性能。然后，通过嵌入式系统电子名片管理器，介绍这一技术的使用。随着闪存的广泛应用，对Flash的有效存储管理将有很大的实用意义和社会效益。 关键词:闪存Flash 虚拟扇区VSS 存储管理 扇区分配SAT引言随着嵌入式系统的迅速发展和广泛应用，大量需要一种能多次编程，容量大，读写、擦除快捷、方便、简单，外围器件少，价格低廉的非易挥发存储器件。闪存Flash存储介质就是在这种背景需求下应运而生的。它是一种基于半导体的存储器，具有系统掉电后仍可保留内部信息，及在线擦写等功能特点，是一种替代EEPR存储介质的新型存储器。因为它的读写速度比EEPR更快，在相同容量的情况下成本更低，因此闪存Flash将是嵌入式系统中的一个重要组成单元。然而，由于Flash读写存储的编程特点，有必要对其进行存储过程管理，以使整个系统性能得以改善。1 闪存Flash的存储编程特点Flash写:由1变为0，变为0后，不能通过写再变为1。Flash擦除:由0变为1，不能只某位单元进行擦除。Flash的擦除包括块擦除和芯片擦除。块擦除是把某一擦除块的内容都变为1，芯片擦除是把整个Flash的内容都变为1。通常一个Flash存储器芯片，分为若干个擦除blk，在进行Flash存储时，以擦除blk为单位。当在一个blk中进行存储时，一旦对某一blk中的某一位写0，再要改变成1，则必须先对整个blk进行擦除，然后才能修改。通常，对于容量小的blk操作过程是:先把整个blk读到RA中，在RA中修改其内容，再擦除整个blk，最后写入修改后的内容。显然，这样频繁复杂的读-擦除-写操作，对于Flash的使用寿命以及系统性能是很不好的，而且系统也常常没有这么大的RA空间资源。一种基于虚拟扇区的管理技术可以有效地控制Flash的擦写次数，提高Flash的使用寿命，从而提高系统性能。2 基本原理2.1概念VSS(Visual Sall Setr)，虚拟小扇区:以它为单位读写Flash内容。VSS ID(Visual Sall Setr Identity)，虚拟小扇区号:只通过虚拟扇区号进行存储，不用考虑它的真实物理地址。SI(Setr Identity)，分割号:一个擦写逻辑块中物理扇区的顺序分割号。BI(Blk Identity),块号:Flash芯片中按擦除进行划分的块号。SAT(Setr Allate Table)，扇区分配表:一个擦写逻辑块中的扇区分配表。一个SAT由许多SAT单元组成，一个SAT表对应一个Blk，一个SAT单元对应一个VSS。每个SAT单元最高两位为属性位，后面各位为VSS ID号。如果一个SAT单元由16位组成，则VSS ID最大可以达到16×1024;而如果SAT单元由8位组成，则VSS ID最大可以达到64，具体约定由应用情况而定。2.2 实现原理把每个blk分为更小的虚拟逻辑块(visual sall setr)，称为虚拟扇区，扇区大小根据应用而定。每个blk前面的一固定单元用于记录本blk中扇区分配的使用情况(即扇区分配表)，包括扇区属性及扇区逻辑号。图1为逻辑扇区划分示意图。在进行数据读写和修改时，以虚拟扇区块的大小为单位。要修改某一扇区的数据时，先读出这个扇区的内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入这个新扇区。然后，修改原来扇区的属性值为无效，修改这个新扇区的属性为有效，拷贝VSS ID号到新扇区对应的SAT单元中。这样，当某一个blk中的SAT属性都标为无效时，才对当前blk进行擦写。可见，以虚拟扇区大小为单位的存储管理，对Flash块的擦写次数可大大减少，从而提高了系统性能。 3 VSS管理实现要点3.1 常数部分#define BLKSIZE 128*1024 //可根据Flash型号修改#define SETRSIZE 512 //可根据Flash型号及应用情况修改#define AX_BLK 8 //可擦除块个数#define AX_SI_1B 255 //每个可擦除块中有效SI个数#define SATSIZE 510 //扇区分配表大小#define VSS_ASK 0X000 //VSS属性屏蔽值#define VSS_FREE 0X000 //VSS为未使用的属性值#define VSS_VALID 0X4000 //VSS为有效的属性值#define VSS_INVALID 0X0000 //VSS为无效的属性值 3.2 数据结构部分unsigned har VSS_Table[AX_BLK][AX_SI_1B/8];用于记录Flash中各个blk的使用情况。数组中的某位为1，表示相应setr为未使用;否则，为已经写过，系统通过这个表可以跟踪各个blk的使用情况。3.3 函数功能部分1) Flash_Frat()//擦除整块Flash存储介质。2) Flash_Init()//对VSS管理系统参数进行初始化，填充VSS_Table表，统计Flash的使用情况。在系统复位初始时调用。3) Blk_Erase(int blkID)//擦除块号为blk ID的块。4) Find_VSS(int vss)//查找VSS所在的blk ID及分割号SI。5) Get_Addr(int vss)//取得VSS所在的物理地址。6) San_SAT(int blkID)//整理块号为blk ID的SAT，填充VSS_Table[]。7) Flash_Read(lng addr,har *pdata,int len)//从物理地址为addr的Flash处读取len个字节到pdata。8) Flash_rite(lng addr,har *pdata,int len)//写pdata中长度为len的数据到指定地址为addr的Flash中。9) Read_Sat(int bi)//读取块号为blkID的SAT。10) IsValid(vat)//检查本SAT单元属性是否有效。11) IsFree(vat)//检查本SAT单元属性是否未使用。12) IsInvalid(vat)// 检查本SAT单元属性是否无效。13) Read_VSS(addr)//从地址为addr处读一个VSS。14) rite_VSS(addr,*pData)//把pData中的内容写到从地址addr开始的一个VSS中。4 计算VSS ID的物理地址要对某个VSS ID进行读写操作，必须先找到其物理地址。定位某个VSS ID物理地址的过程如下。? 查找这个VSS ID所在的块号(BI)以及在这个块中所处的分割号(SI)。从第一个blk开始，搜索这个块的SAT表。首先搜索属性，只有属性为有效的才比较VSS ID号。如果条件满足，记录所在的块号BI及SAT的位置，即扇区分割号SI;否则，blk号增加，继续按照上面步骤查找。bFund=0;fr(int i=0;iAX_blk;i++){//读取对应blk的SAT表psat=ReadSat(i)fr(j=0;jAX_SI_1B;j++){//分析每个SAT单元sat=*psat++;if(IsValid(sat))//比较属性是否有效{//比较逻辑号是否相等，相等设置标志退出 if(Equal(sat,VSSID)){bFund=1;break;}}}if(bFund){bi=i;si=j;break;}//找到后记录块号和分割号退出}?找到VSS ID所在的块号及分割号(SI)后，这个VSS ID的物理地址为:ADDR=整个Flash的偏地址+BLKID*BLKSIZE+SATSIZE+SI*SE,,,,，,,。, 应用应用于名片记录管理系统:由于名片记录很大，而且记录很多，存在常常修改的情况，因此可以使用Flash作存储介质。名片记录结构为:strut ARD{har nae[10]; //姓名:,,字节har psitin[15]; //出职务:,,字节har panynae[40]; //公司名称:,,字节har bilephne[11]; //手机号码:,,字节har hephne[15]; //家庭电话:,,字节har ffiephne[15]; //办公电话:,,字节har Eail[30]; //邮件地址:,,字节har hepage[30]; //公司主页:,,字节har reark[40]; //备注:,,字节,ard_rerd;每个名片记录大小为:,,,字节。对于,,,的Flash，分为,个blk，每个blk为,,,,,(,,,,,,字节)。针对以上情况，作如下分配:每个扇区大小为,,,字节;,,,大小为,,,,字节，每个,,,单元用,,位(,字节);分为,,,个扇区，也相当于,个blk能存,,,条名片记录，则,,,,,,,,,,,,,,,×,,,,,,字节为空闲。常数定义部分修改如下:#define blkSIZE 128*1024 //每个blk大小#define SETRSIZE 181 //每个扇区大小,define AX_SI_1B 716 //每个可擦除块中有,，个数,define SATSIZE 1432 ,,扇区分配表大小#define VSS_ASK 0X000 //,,,属性屏蔽值#define VSS_FREE 0X000 //VSS为未使用的属性值,define VSS_VALID 0X4000 //VSS为有效的属性值,define VSS_INVALID 0X0000 //VSS为无效的属性值约定:首先对名片进行编号，且约定名片的编号对应于,,, ，,逻辑号。a) 记录增加。增加一个记录时，根据提供的,,, ，,号，首先查找这个记录号是否在使用。如果还没有使用，首先查找这个记录号是否在使用。如果还没有使用，则申请一个未使用的,,,，把相在内容写入这个,,,，修改其对应的,,,单元，写入有效属性值和,,,，,号;否则，进入记录修改过程。b) 记录删除。要删除一个记录时，根据提供的,,, ，,号，查找,,,表。如果找到，修改其对应的,,,属性为无效;否则，说明这个记录不存在。) 记录查找。?由,,, ，,号进行的查找:根据提供的,,, ，,号，查找所有的,,,表中属性为有效的,,, ，,，返回相应的,，及,，。?根据名片的用户名查找:检测所有的,,,表中属性为有效的,,, ，,，得到相应的,，及,，，由,，及,，定位到指定Flash物理地址读入用户各到,,,中，比较是否相等。如果相等，读取并返回,,,单元的,,, ，,;否则，继续查找。d) 记录修改。当要修改一名片记录时，由,,, ，,先把这个记录读入到,,,中，然后修改其内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入到这个新扇区中，并拷贝其,,, ，,号到这个新扇区对应的,,,单元，修改其属性为高，修改原来的扇区属性为无效。结语本文提出的Flash存储管理技术原理简单实用。它是对那些复杂的,lash文件管理系统的一种剪裁、简化和定制。对于那些不需要复杂的文件管理系统，而又使用了,lash作为存储介质的嵌入式系统有很好的借鉴意义和使用价值，如手机电话号码簿管理、短信管理等都可以利用这种技术进行管理。 下载此论文:基于虚拟扇区的Flash存储管理技术.dx(rd 文档)