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嵌入式设备中基于NANDFlash的文件系统设计和优化
概述
随着嵌入式设备（如智能手机，数码相机，车载导航系统）的不断普及，基于NANDFlash的文件系统的设计和优化也越来越受到重视。本文旨在介绍嵌入式系统中的文件系统，然后重点探讨基于NANDFlash的文件系统的设计和优化。
嵌入式系统的文件系统
嵌入式系统中的文件系统通常采用闪存文件系统（FlashFileSystem，以下简称FFS）或嵌入式文件系统（EmbeddedFileSystem，以下简称EFS）。FFS是基于闪存的文件系统，它将数据存储到闪存存储器中，并且具有闪存的特性。它有很好的读取和写入性能，但是有一定限制，例如不支持原地址更新和全局替换操作。EFS是一种轻量级嵌入式文件系统，通常用于资源受限的系统。它可以用于只读文件系统（ROMFS）和读写文件系统（JFFS2），可以紧凑地储存在RAM中。
设计和优化基于NANDFlash的文件系统
NANDFlash是使用的最常见的闪存类型，它在嵌入式系统中被广泛使用。严格地说，NANDFlash在物理上不是一个文件系统，它仅仅是一种支持Erasing和读写操作的存储设备。使用NANDFlash制作文件系统需要专门设计和优化。下面是一些设计和优化基于NANDFlash的文件系统的方法。
1.坏块管理
通常在使用NANDFlash的时候会出现坏块。采用逐块擦除方式的NANDFlash在擦除时需要整个块进行操作，因此当一个数据页坏了，整个块将不能使用。而且，一个NANDFlash芯片可能包含成百上千个数据块。忽略坏块会导致数据丢失和性能下降。因此，必须正确管理坏块，可以采用分类和映射方式来解决这个问题。
2.静态和动态垃圾回收
写入时需要进行缓存和擦除，擦除操作通常被认为是消耗时间最长的操作。每次向NANDFlash写入数据时都必须从未使用的块中分配新块，同时删除不再使用的块以释放空间。这个过程称为垃圾回收。由于访问时间长，因此可能造成性能下降。为了降低擦除操作的次数和时间消耗，可以使用静态和动态垃圾回收机制。静态垃圾回收用于初始化新闲置的块，并将整个块分配给可写入的数据页，而动态垃圾回收机制则用于管理当前使用的块。
3.数据页量化
NANDFlash不同于硬盘和其他闪存设备，其内部操作定义为写入单元（ProgramUnit）和擦除单元（EraseUnit）。Flash存储器是通过将数据块，一页一页地写入，并将页放入一个块中来操作的。在NANDFlash中，块大小为Kbytes（通常是128KB或256KB），页大小为Mbytes（通常为512或2048）。在写入操作中，通常必须先写入一页的数据，然后再写入下一页的数据。如果某个页面只存储了一部分数据，那么NANDFlash将不得不将整个页面擦除并重新写入整个页面，导致性能下降，因此需要对数据进行量化以减少空闲页的影响。
4.页合并
在某些情况下，可以将前几个写入操作的页合并为一个块以提高性能。这个过程可以通过将多个数据缓存到内存中并在页被写满后存储到NANDFlash中来实现。这有助于减少擦除次数，提高性能。
总结
本文介绍了嵌入式系统的文件系统和基于NANDFlash的文件系统的设计和优化。嵌入式系统的文件系统包括闪存文件系统（FFS）和嵌入式文件系统（EFS）。而基于NANDFlash的文件系统需要实现坏块管理，静态和动态垃圾回收，数据页量化和页合并等方面的优化措施。从设计者的角度出发，在满足需要的功能的情况下，还要考虑性能和可靠性。