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基于μC/OS II的嵌入式文件系统的研究与实现

作　者: 余东东
导　师: 夏雨人；方安平
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机技术
关键词: 嵌入式实时操作系统 μC/OS-II 文件管理
分类号: TP316
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 323次
引　用: 3次
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内容摘要


随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升,新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件提出了更加严格的要求。在新需求的推动下,嵌入式操作系统是否性能稳定,实时性强,源码开放,价格低廉,功能完善,成为选择操作系统时考虑的重要因素。嵌入式操作系统μC/OS-II具有以上优点,因而获得广泛应用。但μC/OS-II只是实时内核,不具备系统时钟管理、文件管理、图形用户接口(GUI)等功能。要想实现一个相对完整、实用的嵌入式实时多任务操作系统,还必须进行功能扩展。然而由于嵌入式系统产品的硬件资源,运行环境和应用需求的客制性,这些功能扩展常常需要量身定做。本文在μC/OS-II良好的扩展性基础之上,对μC/OS-II的文件管理功能进行了扩展,设计实现了一个相对可靠、高效、灵活的文件管理模块。此文件管理功能的扩展既丰富和强化了嵌入式操作系统的功能,也大大增强了嵌入式系统的数据管理和处理能力,同时还可以对其他应用软件的开发起支撑和促进的作用,具有很高的现实意义。本文首先分析了嵌入式系统的应用需求,论述了在嵌入式操作系统中引入文件管理功能的必要性;之后对通用桌面文件系统和当前主流的嵌入式文件系统的特点、性能、使用领域等进行了分析与对比,提出了嵌入式文件系统的设计目标;同时通过重点研究嵌入式文件系统的实现技术,阐述了嵌入式文件系统常见的体系结构、组织方法和实现方式;最后在基于S3C2410和μC/OS-II的平台上,借鉴Minix文件系统设计实现了一个具备创建、删除、读写以及文件和目录管理等功能的基于NAND FLASH的文件管理模块。该文件管理模块是在μC/OS-II任务级上实现的一个独立的自包含的整体。它使用了清晰的分层结构设计,使每一层的实现相对独立,并且通过符合POSIX标准的API接口来实现文件和目录的管理功能,进而便于该文件管理模块进一步的改进和移植。同时它使用了设备驱动表来自动选择驱动,使文件系统与设备无关,进而能适用于不同的系统资源。另外它还采用了块高速缓存来减少对存储介质的访问次数,从而提高了文件系统效率。该文件管理模块在智能电表、汽轮机保护仪表等系统中的应用实践证明其满足嵌入式系统多任务和实时性的要求,具有一定的通用性和推广价值。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 研究的内容、目的和意义  14-15
  1.3 本文的组织方式  15-16
第二章 嵌入式操作系统  16-25
  2.1 嵌入式操作系统的概念和特点  16-18
  2.2 主流嵌入式操作系统  18-21
  2.3 嵌入式操作系统的选型原则  21-22
  2.4 选择μC/OS-II  22-25
    2.4.1 μC/OS-II 的特点  22-23
    2.4.2 基于μC/OS-II 的扩展  23-25
第三章 文件系统概述  25-38
  3.1 文件系统的概念及类型  25-26
    3.1.1 文件系统的概念  25
    3.1.2 文件系统的类型  25-26
  3.2 通用桌面系统的文件系统  26-31
    3.2.1 DOS/Windows 操作系统的文件系统  26-28
    3.2.2 Linux 操作系统的文件系统  28-31
  3.3 嵌入式文件系统的特点  31-32
  3.4 引入嵌入式文件系统的必要性  32-33
  3.5 主流嵌入式文件系统概况  33-36
  3.6 嵌入式文件系统的设计目标  36-38
第四章 嵌入式文件系统的设计  38-63
  4.1 文件处理流程  38-39
  4.2 文件系统体系结构设计  39-42
    4.2.1 文件系统的传统结构模型  39-40
    4.2.2 常见嵌入式文件系统的体系结构  40-42
    4.2.3 嵌入式文件系统的体系结构设计特点  42
  4.3 文件和目录的实现  42-50
    4.3.1 用户观点的文件和目录  42-44
    4.3.2 文件的实现  44-48
    4.3.3 目录的实现  48-50
  4.4 存储介质的选择  50-53
    4.4.1 NOR FLASH 和NAND FLASH 的特点  51-52
    4.4.2 NAND FLASH 的底层操作接口  52-53
  4.5 存储介质管理  53-55
    4.5.1 块大小  53-54
    4.5.2 记录空闲块  54-55
    4.5.3 碎片回收  55
  4.6 文件系统的可靠性  55-58
    4.6.1 坏块管理  55-57
    4.6.2 磨损控制  57
    4.6.3 一致性问题  57-58
  4.7 文件系统的性能  58-59
    4.7.1 块高速缓存  58-59
    4.7.2 块群技术  59
  4.8 文件的保护机制  59-63
第五章 CFFS 文件系统的具体实现  63-75
  5.1 CFFS 的体系结构设计  63-65
  5.2 驱动接口  65
  5.3 块管理层  65-70
    5.3.1 文件系统布局  65-67
    5.3.2 超级块管理  67
    5.3.3 块管理  67-68
    5.3.4 块高速缓存  68-70
  5.4 文件管理层  70-73
    5.4.1 I-节点管理  70-72
    5.4.2 文件描述符管理  72-73
  5.5 应用接口层  73-75
第六章 CFFS 文件系统的硬件平台及其测试验证  75-84
  6.1 CFFS 文件系统的硬件平台  75-77
    6.1.1 ARM 微处理器的特点  75-76
    6.1.2 试验板简介  76-77
    6.1.3 选择Boot Loader  77
  6.2 μC/OS-II 的移植  77-82
    6.2.1 OS_CPU.H 的移植  78-79
    6.2.2 OS_CPU_C.C 的移植  79
    6.2.3 OS_CPU_A.S 的移植  79-82
  6.3 CFFS 文件系统的测试验证  82-84
    6.3.1 测试准备工作  82
    6.3.2 CFFS 测试验证  82-84
第七章 结束语  84-86
  7.1 工作回顾  84-85
  7.2 不足与展望  85-86
参考文献  86-88
附录1 μC/OS-II 在S3C2410 上的移植代码  88-94
致谢  94-95
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  95

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 操作系统
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