在C51系统上实现YAFFS文件系统

中国海洋大学 程凯 张俊刚 吴常玉

　　随着NAND Flash存储器作为大容量数据存储介质的普及，基于NAND闪存的文件系统YAFFS(Yet Another Flash File System)正逐渐被应用到各种嵌入式系统中。本文将详细阐述YAFFS文件系统在C51系统上的实现过程。

1 NAND Flash的特点

　　非易失性闪速存储器Flash具有速度快、成本低、密度大的特点，被广泛应用于嵌入式系统中。Flash存储器主要有NOR和NAND两种类型。NOR型比较适合存储程序代码;NAND型则可用作大容量数据存储。NAND闪存的存储单元为块和页。本文使用的Samsung公司的K9F5608包括2 048块，每一块又包括32页，一页大小为528字节，依次分为2个256字节的数据区，最后是16字节的备用空间。

　　K9F5608具有以下特点： 以页为单位进行读/写操作，而擦除操作以块为单位，读、写和擦除操作均通过命令完成；不能字节擦除，在每次改写操作之前需要先擦除一整块；出厂时有一定比例的坏块存在；每一块的擦除次数有限，为10万次左右[1]。

2 YAFFS文件系统简介

　　YAFFS是第一个专门为NAND Flash存储器设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备；并且是在GPL（General Public License）协议下发布的，可在其网站免费获得源代码。

　　YAFFS中，文件是以固定大小的数据块进行存储的，块的大小可以是512字节、1 024字节或者2 048字节。这种实现依赖于它能够将一个数据块头和每个数据块关联起来。每个文件（包括目录）都有一个数据块头与之相对应，数据块头中保存了ECC(Error Correction Code)和文件系统的组织信息，用于错误检测和坏块处理。充分考虑了NAND Flash的特点，YAFFS把这个数据块头存储在Flash的16字节备用空间中。当文件系统被挂载时，只须扫描存储器的备用空间就能将文件系统信息读入内存，并且驻留在内存中，不仅加快了文件系统的加载速度，也提高了文件的访问速度，但是增加了内存的消耗。

　　为了在节省内存的同时提高文件数据块的查找速度，YAFFS利用更高效的映射结构把文件位置映射到物理位置。文件的数据段被组织成树型结构，这个树型结构具有32字节的节点，每个内部节点都包括8个指向其他节点的指针，叶节点包括16个2字节的指向物理地址的指针。YAFFS在文件进行改写时总是先写入新的数据块，然后将旧的数据块从文件中删除。这样即使在修改文件时意外掉电，丢失的也只是这一次修改数据的最小写入单位，从而实现了掉电保护，保