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大容量NAND闪存存储管理研究

作　者: 唐卫明
导　师: 刘衡竹
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 嵌入式系统闪速存储器文件系统存储管理超级块索引节点漫游树算法
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 113次
引　用: 4次
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内容摘要

数据存储设备是航天器的关键设备之一,为多种空间试验及探测设备的数据采集、存储以及在轨处理提供了重要的支撑平台。随着航天电子技术的发展,以闪存(Flash Memory)为基本存储介质的大容量固态存储器已经成为当前航天器数据存储的主流方案之一,因此建立一个大容量、高效率的闪存存储管理机制尤为重要。然而与此同时,针对闪存设备设计的存储管理机制相对落后,现有FlashMemory存储管理机制大多基于上个世纪九十年代和本世纪初的设计,无法满足NAND Flash存储容量飞速增长的要求。本文在“航天器嵌入式安全操作系统研究”基础软件研究项目和“921二期VxWorks源代码分析”研究项目的工作基础上,深入探讨了大容量NAND闪存的存储管理机制及其实现。本文首先分析了NAND闪存的特点和NAND闪存的存储管理现状；再在源代码级别上深入研究了Linux MTD和VxWorks TrueFFS两种存储管理方案的原理及其实现；以此为基础提出了一种新的NAND Flash存储管理方案VNFS。VNFS基于传统UNIX文件系统思想设计,针对NAND Flash的存储特性进行了改进。一是针对文件系统中访问频繁的文件系统关键数据进行冗余存储,建立了浮动的超级块及根目录；二是使用索引节点文件存储文件的索引节点,在存储介质上建立了动态的索引节点树；三是针对Flash存储介质的写入重定位特性采用了漫游树算法。VNFS大幅度的缩短了文件挂载时间,降低了内存消耗,能够满足大容量NAND Flash的管理需要。

全文目录

摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章绪论  13-17
  1.1 课题研究的背景和目的  13
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  13-15
  1.3 本文工作  15-16
  1.4 本文组织结构  16-17
第二章 NAND特点及存储管理概述  17-32
  2.1 NAND与NOR  18-19
  2.2 NAND Flash的存储特性  19-21
    2.2.1 NAND Flash芯片的构成  19-20
    2.2.2 NAND Flash的存储及操作特点  20-21
    2.2.3 大容量NAND Flash存储管理的挑战  21
  2.3 Flash日志文件系统  21-25
    2.3.1 JFFS/JFFS2文件系统  22-23
    2.3.2 YAFFS/YAFFS2文件系统  23-25
  2.4 FTL转换层  25-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章 Linux MTD存储管理方案分析与研究  32-42
  3.1 Linux MTD概述  32
  3.2 Linux MTD体系结构  32-33
  3.3 Linux MTD的实现分析  33-40
    3.3.1 NAND Flash硬件驱动的实现  34-36
    3.3.2 MTD原始设备层的实现  36-38
    3.3.3 MTD设备层的实现与应用  38-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 VxWorks TrueFFS存储管理方案分析与研究  42-49
  4.1 TrueFFS概述  42
  4.2 TrueFFS原理  42-44
  4.3 TrueFFS层次结构  44
  4.4 TrueFFS的实现分析  44-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章基于超级块的NAND文件系统VNFS设计  49-64
  5.1 主要设计思想  49-50
  5.2 VNFS体系结构  50-51
    5.2.1 VNFS层次结构  50-51
    5.2.2 VNFS物理布局  51
  5.3 主要数据结构设计  51-57
    5.3.1 超级块数据结构设计  51-53
    5.3.2 索引节点数据结构设计  53-54
    5.3.3 索引节点文件设计  54-56
    5.3.4 目录文件信息结构设计  56-57
  5.4 VNFS主要算法  57-62
    5.4.1 节点树漫游算法  57-58
    5.4.2 文件系统的初始化算法  58-59
    5.4.3 文件的读取  59-60
    5.4.4 文件的写入  60
    5.4.5 索引节点更新算法  60-61
    5.4.6 创建文件或目录  61-62
  5.5 AtomicWrite接口设计  62-63
  5.6 本章小结  63-64
第六章实验测试  64-68
  6.1 实验内容  64
  6.2 实验环境  64
  6.3 实验步骤  64-66
    6.3.1 配置交叉编译环境及设备终端  64-65
    6.3.2 搭建嵌入式目标平台  65-66
    6.3.3 性能测试  66
  6.4 实验数据与结果分析  66-68
第七章总结与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士期间发表的论文  73

大容量NAND闪存存储管理研究

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