Flash存储管理在嵌入式系统中的实现

针对大容量存储管理问题,论述管理NAND Flash系统中直接寻址的算法实现,提出建立节点树、底层节点动态位宽等概念,实现对不同类型闪存进行灵活可变的直接寻址。通过建立页数组增大文件系统的直接寻址范围,根据区块数据不同的更新频率分别设计动态损耗均衡算法和静态损耗均衡算法,用于实现需求块回收和损耗均衡。     

基于地址映射的NAND Flash控制器设计

针对嵌入式数据采集系统对NAND Flash进行读写控制时出现的坏块问题和磨损失衡问题,对数据采集系统的工作特点进行分析,借鉴闪存转换层的思想,提出了一种基于地址映射的NAND Flash控制方法,通过建立、维护、查询NAND Flash存储块逻辑地址与物理地址之间的映射关系表,实现NAND Flash的坏块管理和磨损均衡功能,同时介绍了使用地址映射方法的NAND Flash控制器设计过程;仿真测试和实际应用结果表明,基于地址映射方法设计的NAND Flash控制器能够识别、管理出厂坏块和突发坏块,均衡存储块的磨损,提高嵌入式数据采集系统的可靠性;该方法实现过程简单,无需移植文件系统,硬件资源要求低,为嵌入式数据采集系统中NAND Flash的读写控制提供了新的思路。     

基于NAND Flash的嵌入式文件系统的改进与优化

以NAND Flash为介质的嵌入式文件系统主要存在两方面的不足：启动加载过长、对磨损平衡考虑不足。针对这两点不足，实现了一个新的NAND Flash文件系统，它通过改变数据节点的管理，将文件的控制信息和数据信息分开存储，缩短了启动加载时间；通过在垃圾回收时使擦除块交替存储冷热数据，实现了各擦除块间的磨损平衡。     

Yaffs2文件系统中对NAND Flash磨损均衡的改进

针对以NAND Flash为存储介质时Yaffs2文件系统存在磨损均衡的缺陷,通过改进回收块选择机制,并在数据更新中引入冷热数据分离策略,从而改善NAND Flash的磨损均衡性能.实验借助Qemu软件建立Linux嵌入式仿真平台,从总擦除次数、最大最小擦除次数差值和块擦除次数标准差等方面进行对比.实验结果表明,在改进后的Yaffs2文件系统下NAND Flash的磨损均衡效果有明显提升,这有益于延长NAND Flash的使用寿命.     

NAND Flash文件系统的研究与改进

NAND Flash因非易失、抗震、低功耗等特点被广泛应用于嵌入式系统的大容量数据存储中。虽然随着JFFS3文件系统的提出,理论上解决了初始化文件系统时需扫描整个闪存分区、挂载时间过长、占用内存过多的缺陷,但并未解决NAND Flash本身随机读写严重不均衡的问题。在对JFFS3文件系统研究的基础上提出采用FDTree索引结构的SFFS文件系统,以解决在数据频繁更新的环境里NAND Flash数据管理问题,给出了考虑损耗均衡兼顾回收效率的垃圾回收机制。     

一种嵌入式Flash文件系统的设计与实现

本文在分析了Flash存储器的特点的基础上,阐述了一种嵌入式Flash文件系统的设计与实现。该Flash文件系统提供了掉电安全机制、均衡磨损机制和垃圾回收机制,并且为上层的应用程序提供了标准的API接口。     

一种基于热数据识别技术的UBIFS优化方案

NAND Flash介质具有特殊的物理性质,传统文件系统不能直接对NAND Flash进行管理,容易造成NAND Flash设备性能下降、磨损不均衡等负面影响。闪存文件系统将FTL与文件系统功能有机地结合起来,可更好地发挥NAND Flash的高性能。无序区块镜像文件系统(Unsorted Block Image File System,UBIFS)是一种被广泛使用的闪存文件系统,但其存在着写放大和垃圾回收操作频繁触发等问题。针对UBIFS中存在的问题,提出利用多哈希函数的哈希表对热数据进行识别,以降低热数据识别开销,提高热数据识别的准确率;采用多日志技术,将不同热度的日志、数据分开存放,以减少垃圾回收触发频率;采用热数据日志延迟提交技术来减少UBIFS中日志提交带来的元数据修改,进而减少了写放大产生的次数。测试与分析表明, 与原UBIFS相比,优化后的UBIFS的系统内部写物理块的次数减少5%~10%,垃圾回收操作触发的次数减少了7%~13%,同时系统的IOPS提高了5%~18%,系统性能下降现象得到了有效缓解。     

磨损均衡算法在NAND Flash管理中的改进

由于Flash具有擦除次数有限、先擦后写的特点,会带来使用寿命有限的缺陷。为延长其预期使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各存储单元进行管理。该算法核心在每次写操作时将新数据写入到最少被使用的物理块中。本文对该算法在垃圾回收策略和对静态文件管理方式做出改进。垃圾回收时在遵照磨损均衡原则的前提下提高写入数据效率,同时增强该算法对不同类型的文件存储单元管理能力,从而达到更加有效的磨损均衡。     

机载数据加卸载卡的设计与实现

为满足飞机座舱飞行数据加卸载需要,设计了基于NAND Flash的USB2.0接口的机载数据加卸载卡.硬件设计上集成了紧急情况下毁钥功能以确保数据的安全性,软件设计中采用基于NAND Flash的FAT文件系统实现数据管理;通过地址重映射将NAND Flash出厂或使用过程中产生的坏块映射到预留的块中实现坏块管理;按时间标记转移静态信息实现损耗均衡.应用到某型飞机中,结果表明,该机载数据加卸载卡在Windows和VxWorks平台下运行良好,具有保密、便携、抗震性强、无噪声、低功耗等优点.     

NANDFlash在嵌入式文件系统中的一种动态管理方法

针对NANDFlash的使用特性,提出了一种适用于嵌入式文件系统的动态逻辑映射表及其管理算法.通过该表的动态滚动可以均衡NANDFlash中块的使用频率、延长器件使用寿命,同时给出了垃圾块的回收策略和脏数据的判别方法.该算法采用查表的方式解决动态滚动中出现的速度问题,使算法效率高、软件开销少,并得到了实际验证.     

JFFS文件系统及其在嵌入式Linux中的应用

首先对Flash和MTD技术作了简单的介绍,然后通过JFFSl与JFFS2两个不同版本的日志文件系统作对比,分析了JFFS2文件系统的基本特性及其数据压缩、碎片收集和平均磨损等关键性技术,最后,介绍了如何在MontaVista-Linux中实现JFFS2文件系统。     

Real-time emulation and analysis of multiple NAND flash channels in solid-state storage device

NAND Flash is the most prevalent memory technology used today in data storage systems covering a wide range of applications, from consumer devices to high-end enterprise systems. In this work, we present a modular and versatile FPGA-based platform that achieves accurate emulation of multiple NAND Flash channels. The NAND Flash emulator is based on an expandable and reconfigurable architecture that can be used for developing and testing new NAND Flash controllers and for analysing the behaviour of existing NAND Flash controllers and/or host device drivers. The presented NAND Flash emulator is based on PCIe-based FPGA boards attached to a high-end server, supports standard memory interfaces, responds to all memory commands in proper time and has the capability to emulate memory space in the range of a few TBs. The NAND Flash emulator has been prototyped and tested, and experimental results demonstrate that all timing requirements are satisfied under maximum read/write workloads. The NAND Flash emulator also includes a hardware tracer unit that records information of all commands exchanged at the NAND Flash interfaces along with high resolution timestamps. The recorded information can be used to analyse higher level functions, like wear leveling and garbage collection, and combined with other software tools for analysing cognitive functions. Experimental results demonstrate the advantage of using this emulator for analysing how host device drivers implement wear leveling and garbage collection functions.     

基于MPC8315的U-Boot在Nand Flash上的移植

以MPC8315E搭建开发平台,介绍Freescale的32位微处理器MPC8315的特点及硬件平台结构,并给出U-Boot、内核以及文件系统的物理映射结构。Nand Flash比Nor Flash容量大,将U-Boot在Nand Flash中启动能够使Bootloader、内核以及文件系统都存储在Nand Flash中,从而从硬件上省略Nor Flash。本文重点阐述U-Boot在Nand Flash上的裁剪和移植过程,通过对U-Boot中硬件复位字的配置以及与Nand启动相关程序的分析与修改,最终实现U-Boot在Nand Flash上的移植。通过修改Makefile对软件实现选择性编译,并给出Linux下交叉编译链接的过程,对如何生成可执行文件做了详细的介绍。     

基于大容量闪存的嵌入式文件系统

采用以页为单位的文件节点存储形式和综合考虑数据时间局部性与均衡磨损要求的收益成本垃圾回收算法,设计了一种新的文件系统。分析和实验表明,相对于JFFS2,该文件系统在降低内存消耗和闪存磨损倾斜度的同时,提高了垃圾回收效率和系统性能。     

Android存储系统中NAND闪存性能的改进

针对Android存储系统在闪存管理上存在较差的磨损均衡效果和较高的垃圾回收额外开销的缺陷,引入冷热数据分离策略,将文件按照不同热度写入对应热度的物理存储单元,同时改进垃圾回收策略,以达到良好的磨损均衡效果并减少垃圾回收额外开销。基于Android平台的实验结果表明,改进后的策略在有效减少NAND闪存垃圾回收额外开销的同时,还能有效改善其磨损均衡效果。     

基于扇区映射的NOR flash磁盘模拟方法

针对异或门非易失性闪存(NOR flash)的特点,提出了一种扇区映射策略.通过在系统中建立一个转换层,将普通的NOR flash模拟成磁盘设备,从而可以在其上部署普通的磁盘文件系统.同时,描述了垃圾收集块选择算法,实现了对NORflash访问的损耗均衡.对该磁盘模拟方法的系统需求、性能和可靠性做了分析,提出了优化方法.     

基于逻辑区间热度的NAND闪存垃圾回收算法

针对现有的NAND闪存垃圾回收算法中回收性能不高,磨损均衡效果差,并且算法内存开销大的问题,提出了一种基于逻辑区间热度的垃圾回收算法。该算法重新定义了热度计算公式,把连续逻辑地址的NAND内存定义为一个热度区间,以逻辑区间的热度来代替逻辑页的热度,并将不同热度的数据分开存储到不同擦除次数的闪存块上,有效地实现了数据冷热分离,并且节约了内存空间。同时,算法还构造了一种新的回收代价函数来选择回收块,在考虑回收效率的同时,还兼顾了磨损均衡的问题。实验结果表明,该算法与性能优异的FaGC算法相比,总的擦除次数减少了11%,总的拷贝次数减少了13%,擦次数最大差值减少了42%,内存消耗能减少了75%。因此,该算法有利于增加闪存可用空间,改善闪存系统的读写性能,延长闪存使用寿命。     

面向Flash Memory的高性能数据存储引擎的研究

传统的数据存储引擎对Flash Memory数据的修改是通过页内更新技术实现的,这将导致FlashMemory的性能下降及其磨损加剧。针对该问题,文章提出了一种面向Flash Memory的采用页外更新技术的多版本数据存储引擎MV4Flash。该数据存储引擎采用多版本存储和垃圾回收机制,所有数据的更新和修改都通过文件追加的方式进行,适应了Flash Memory先擦除后写入的特点,延长了设备寿命。采用NDBBench对该数据存储引擎进行测试的结果表明,MV4Flash与传统的InnoDB相比,事物处理性能有较大的提升,更适合于数据规模大、实时性要求高的应用系统。