基于NANDflash的高可靠性文件系统设计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法，1）NAND flash在生产中及使用过程中易产生坏块2）NAND flash采用先执行擦除后写入的原则更新存储内容，在此期间有可能发生设备断电/程序异常退出等情况，上述情况会造成存储内容丢失，针对这个问题，设计了高可靠文件系统。该文件系统是针对NAND flash物理存储介质和存储内容更新方式的特点，对重要数据保护的一种设计方法。该方法采用坏块跳过的方式进行坏块管理，采用主备存储块的方式进行冗余备份，每次更新数据时，跳过坏块，分别将数据依次写入对应主备存储块中，在读写这些数据时，文件系统会自动对主备存储块的内容进行校验，恢复不完整的数据，解决数据在NAND flash下的高可靠性存储和更新问题。flash下的高可靠性存储和更新问题。flash下的高可靠性存储和更新问题。

【技术实现步骤摘要】
基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法


[0001]本专利技术涉及计算机
，特别涉及基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法，设计了一种高可靠性虚拟文件系统，实现目标系统文件的可靠读写保护。

技术介绍

[0002]基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法。其技术组成：flash存储器：是一种电子可擦除存储器，允许在操作中被多次擦或写，是非易失性的存储器。
[0003]NAND flash：由多个块（block）组成，每个块由多个页（page）。NAND flash的擦除操作是以存储块为单元，读写操作是以页为单元，提供共用的地址和数据总线，是连续存储介质，读取数据的速度较慢，写入大批量数据的速度很快，适合于存放大量数据的存储环境。
[0004]主备存储块：是一个逻辑概念，由两个物理相邻的存储块组成，一个称为主存储块，另一个为备存储块，用于存储数据。主存储块内容与备存储块内容完全相同。
[0005]NAND flash坏块：是指在NAND flash中出现的某些区域，不能进行擦除/写操作。由于NAND flash中的读和写操作是以页为单位，擦除是以块为单位，且写操作之前必须要先进行擦除操作，因此最小的可操作单位即为一个块。如果块中产生任何不可修复的位错误，那么这个块是坏块。
[0006]NAND flash的坏块管理：由于NAND flash坏块是随机分布的，因此需要进行扫描并将坏块打上标记，与硬盘坏扇区的处理方式类似。由于坏块的存在，存储数据到NAND flash时，需要进行坏块管理。
[0007]NAND flash写操作异常：1）由于NAND flash坏块的存在，直接存储数据到此坏块，将产生写入数据失败，导致存储数据丢失；2）由于NAND flash对扇区的更新是先擦除再写入更新内容，会出现内容更新失败的情况，此技术点摘自“https://www.21ic.com/embed/hardware/storage/201807/67834.html”标题为“Nand
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Flash存储器的工作原理”。扇区内容更新过程中，由于掉电等异常情况出现，造成更新扇区内容失败，导致存储数据丢失。
[0008]FAT表：文件分配表(File Allocation Table)，本方法中是自定义的文件分配信息，用于描述本文件系统中文件对应的存储块信息；CRC：循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC)是一种根据网络数据包或电脑循环冗余校验码,是数据通信领域中最常用的一种查错校验码,其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。
[0009]用户应用程序：是指使用本系统访问NAND flash存储空间的应用程序。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法，可处理NAND flash的写操作异常情况，实现了文件的高可靠性更新和存储，存储内容不会损坏或丢失。
[0011]具体步骤如下：步骤a1：将NAND flash的存储空间以主备存储块为基本存储单位，存储文件内容和FAT表；步骤a2：用户应用程序使用本文件系统的系统加载、读取文件和更新文件接口，访问主备存储块的文件；步骤a3：本文件系统的系统加载接口，通过FAT表，加载主备存储块的文件内容到内存空间；步骤a4：本文件系统的读取文件接口，通过访问内存空间，返回文件内容到用户应用程序；步骤a5：本文件系统的更新文件接口，通过FAT表，存储内存空间的文件内容到主备存储块的存储空间。
[0012]进一步，所述步骤a1中采用的FAT表，是一种文件访问表，存储于第一个主备存储块，FAT表由每个文件的属性信息组成，文件的属性信息由文件所处主备存储块的一个或多个地址、文件名称和文件大小等信息组成。
[0013]进一步，所述步骤a1中采用的主备存储块，是一种通过NAND flash的物理存储相邻的两个存储块，存储相同数据内容的存储方式。
[0014]进一步，所述步骤a3说明了本文件系统，对主备存储块的加载方法，在加载文件时，先通过FAT表找到对应的主备存储块，然后读取存储块的内容到内存空间。具体包括以下步骤：步骤b1：检测主存储块的坏块标识；步骤b2：如果主存储块不是坏块，那么读取主存储块的内容（一个存储块大小）到内存空间；步骤b3：如果主存储块是坏块，那么读取主备存储块的备存储块的内容到内存空间，获取空闲的新的主备存储块，使用备存储块的内容写入到新的主备存储块，使用新的主备存储块地址更新FAT中，加载文件所使用的存储块地址。
[0015]进一步，所述步骤b3说明了本文件系统对坏块的恢复方法，通过FAT表，获取坏块中文件所存储的存储块，以文件为单位恢复相关存储块的内容，具体包括以下步骤：步骤c1：查找FAT表，获取文件存储的主备存储块地址；步骤c2：如果坏块中的文件，存储于多个主备存储块（A1，A2
……
An等主备存储块）中，那么针对主备存储块A1，A2
……
An，执行步骤b3的流程，恢复文件到主备存储块。
[0016]进一步，所述步骤a5说明了本文件系统更新文件内容到主备存储块的方法，通过FAT表，获取更新文件所存储的主备存储块，获取可写入存储内容的主备存储块地址，将文件内容写入主备存储块，具体包括以下步骤：步骤d1：针对更新的文件，应用步骤c1和b1，获取主备存储设备的坏块标识；步骤d2：如果主备存储块中有一个存储块是坏块，那么首先获取两个相邻空闲的存储块作为主备存储块，然后按照先擦除再写入数据到存储块的原则，将内存中的文件内容，更新到主备存储块中，最后更新FAT表；步骤d3：如果主备存储块中均可写入数据到存储块中，那么按照先主后备的原则，将内存中的文件内容，更新到主备存储块中。
[0017]上述专利技术中的有益效果为：基于NAND flash存储数据时，如果NAND flash有坏块或者设备突然断电，存储数据到NAND flash时会产生数据不完整，造成信息的缺失，本文件系统解决了这个问题，能可靠地更新数据文件，不会出现写操作异常的情况。
附图说明
[0018]图1 本文件系统的主备存储块使用示意。
[0019]图2 本文件系统对存储块的描述。
[0020]图3 本文件系统中FAT与文件对应关系。
[0021]图4 本文件系统中文件存储示意。
[0022]图5 本文件系统中坏块处理示意。
具体实施方式
[0023]针对本专利技术实现的技术创新特征和目的功效便于理解，结合图示和列举实例，进行阐述本专利技术。
[0024]一、主备存储块的使用：本文件系统所使用的NAND flash主备存储块，由两个大小相同、存储位置相邻的存储块组成。本文件系统的主备存储块如图1所示。主存储块都是在前半部分，备存储块都是在后半部分，且主备一一对应。在图1示中，块1和块2的内容完全一致，块3和块4的内容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于NAND flash的高可靠性文件系统设计方法，其特征在于,包含以下步骤：步骤a1：将NAND flash的存储空间以主备存储块为基本存储单位，存储文件内容和FAT表，主备存储块由主存储块和备存储块组成，主存储块和备存储块是物理存储地址相邻的两个存储块，主存储块存储的数据内容与备存储块存储的数据内容相同；步骤a2：用户应用程序使用本文件系统的系统加载、读取文件和更新文件接口，访问主备存储块的文件；步骤a3：本文件系统的系统加载接口，通过FAT表，加载主备存储块的文件内容到内存空间；步骤a4：本文件系统的读取文件接口，通过访问内存空间，返回文件内容到用户应用程序；步骤a5：本文件系统的更新文件接口，通过FAT表，存储内存空间的文件内容到主备存储块的存储空间。2.根据权利要求1所述的高可靠性文件系统设计方法，其特征在于所述步骤a1采用的FAT表，是一种文件访问表，存储于第一个主备存储块，FAT表由每个文件的属性信息组成，文件的属性信息至少由文件所处的一个或多个主备存储块地址、文件名称和文件大小信息组成。3.根据权利要求1所述的高可靠性文件系统设计方法，其特征在于所述步骤a3说明了本文件系统，对主备存储块的加载方法，在加载文件时，先通过FAT表找到对应的主备存储块，然后读取主备存储块的内容到内存空间，具体包括以下步骤：步骤b1：检测主存储块的坏块标识；步骤b2：如果主存储块不是坏块，那么...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁宝刚，王瑞，曹春雨，
申请(专利权)人：北京天御云安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：