基于大容量NAND閃存文件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、閃存(Flash Memory)是嵌入式系統(tǒng)中一種常用的存儲介質(zhì),具有體積小、容量大、成本低等一系列優(yōu)點。它最早為人所知是通過U盤的普及?，F(xiàn)在,隨著手機、數(shù)碼相機、PDA、便攜式游戲機等消費電子產(chǎn)品的日漸普及,閃存在我們?nèi)粘Ｉ钪械氖褂靡苍絹碓綇V泛。閃存主要分為NOR型和NAND型兩類。NOR型閃存擁有獨立的數(shù)據(jù)總線和地址總線,讀取速度快,適合存儲程序代碼,NAND型閃存的數(shù)據(jù)、地址采用同一總線,讀取速度較慢,但擦寫速度快,適合大容量文

2、件和數(shù)據(jù)的存儲。隨著閃存容量的加大,閃存文件系統(tǒng)的要求也越來越高,它對閃存的存儲管理直接影響閃存的性能和工作效率。目前可用于NAND型閃存的文件系統(tǒng)包括集中索引的文件系統(tǒng)和專門針對NAND閃存設計的文件系統(tǒng)?，F(xiàn)在已出現(xiàn)多種基于閃存的文件系統(tǒng),如JFFS/JFFS2、YAFFS、LFM、UBIFS等。閃存文件系統(tǒng)的研究包括以下幾個方面的關(guān)鍵技術(shù):(1)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。(2)文件管理機制。(3)文件系統(tǒng)加載。(4)垃圾回收機制與磨損均衡處理。

3、
　　 本文研究工作建立在閃存文件系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)上,首先對新興發(fā)展的閃存文件系統(tǒng)UBIFS進行深入的研究和分析,詳細介紹UBIFS的層次結(jié)構(gòu),文件日志管理與垃圾回收機制等一些關(guān)鍵技術(shù)。并著重分析了UBI子系統(tǒng)的磨損均衡機制。然后從內(nèi)部結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)存儲方面分析比較UBIFS與已有的常用閃存文件系統(tǒng)JFFS2之間的性能差異,分析UBIFS性能的優(yōu)越性。但是通過分析UBIFS文件系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵技術(shù),還發(fā)現(xiàn)了UBIFS中的UBI子系統(tǒng)

4、在管理磨損均衡方面的存在著兩大局限性:一是在實際操作中不能很好的適應由擦除塊中數(shù)據(jù)頻繁更新造成的部分擦除塊磨損次數(shù)過多的問題。二是不能有效實現(xiàn)擦除塊中冷熱數(shù)據(jù)的搬移。針對上述問題,本文提出了一種基于邏輯擦除塊溫度和物理擦除塊年齡的新的磨損均衡算法,即LTPA(leb temperature peb age)算法。LTPA算法實現(xiàn)把高溫的邏輯塊映射到青年的物理塊中,把低溫的邏輯塊映射到老年的物理塊中。其中邏輯塊溫度的高低由數(shù)據(jù)寫頻率的高低

5、來判斷,物理塊年齡的大小由擦除次數(shù)來決定。在邏輯塊層,通過局部操作時間的方法來預測邏輯塊的溫度。同時用循環(huán)隊列的方式來管理空閑物理塊的分配策略,循環(huán)隊列中使用二分查找的搜索策略,并實現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,從而更好的達到了磨損均衡的效果。通過實驗仿真比較了LTPA算法與UBI現(xiàn)有的磨損均衡算法性能上的差異。進一步證明了LTPA算法在磨損均衡應用中的優(yōu)越性。
　　 最后針對UBIFS中垃圾回收策略的不足,提出了一種更加合理的垃圾回收改造