基于CC/CCS的Flash文件系统设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:在深入分析TI为开发DSP提供的RTS.LIB(RTS.SRC为源泉代码)的基础上,介绍对自定义的文件和设备的操作方法;设计一个简易的Flash文件系统,极大地方便了应用编程。 关键词:DSP CC/CCS Flash 文件系统 1 概述 在开发DSP的应用程序过程中,经常需要处理一些数据文件。这些数据文件可以是实际采集到的数据集合,也可以是用模拟仿真软件产生的数据集合,一般是以文件的形式存放在主机磁盘上的。一般的开发环境(如TI的CCS和CC)都提供了ANSI C标准操作文件格式,如打开一个文件fopen("盘符:路径文件名",“打开模式”)。嵌入式系统一般都外挂Flash。我们希望能够和读写主机磁盘文件一样操作Flash读写时序等问题,使应用编程人员可以把精力用在解决实际应用问题上,从而提供一个良好的编程接口。同时,在需要键盘、串口等设备的系统中,也希望提供一个简易的API接口,如从键盘得到一个键,只需作如下操作,在执行fopen("keyboard","读")后,就可以用fread函数读入一个字符。 结合TI公司提供的DSP开发环境CC/CCS(CC针对3X系列,CCS针对5X和6X系列)和实际开发经验,提供上述问题的解决方案,并成功应用到我们的产品中。 2 CC/CCS文件操作机制 TI公司为其TMS320C3X系列DSP提供了一个开发环境Code Composer,配套的C语言编译器提供了文件的标准操作。在调试(debug)环境下,对主机(host)硬盘文件的操作是通过标准的ANSI文件操作格式与主机的通信来完成的。ANSI C I/O操作分为三个等级—high level、low level和Device level。在High level中,标准接口是Fopen和Fwrite等函数;而Low level中是Open和Write等函数。这三个等级功能用三个表来实现—文件表、流表(实质就是内存缓冲区索引)和设备表。文件的打开和关闭等基本属性在文件表中反应。当打开一个文件时,文件表中便相应增加一个描述该文件的信息单元;同样,关闭一个文件时,该文件的信息单元从文件表中被删除。流表提供了对文件的缓冲操作处理,缓冲区位置和大小等均在流表中记录。一个文件对应一个流,即缓冲区。对文件的读写就是对缓冲区的读写。当缓冲区填满时,再一次性写入Flash等设备中,避免了对Flash的频繁操作,延长了Flash的使用寿命。设备包括Flash、硬盘、键盘等在设备表中体现。多个流可以对应一个设备,例如在Flash中可以打开多个文件,但是一个设备不能对应多个流。流操作和设备操作是紧密联系在一起的。当打开一个文件时,同时给出了该文件在什么设备上操作,再分配一个流。以后对该文件的操作通过流对应的具体设备的驱动函数来完成。主机的target任何外设都可被加入进去成为设备表的成员之一。 Code Composer对HOST磁盘文件的操作最终是通过与HOST集成开发环境通信的方式来进行。TI提供的RTS.LIB提供两个函数与主机通信,writemsg()函数发送数据和参数到主机。Readmsg()函数从主机读取数据到目标机。Code Composer再与主机进行交互,利用主机文件系统的支持,屏蔽了具体的物理地址读写问题。在调试阶段,当要在主机上建立文件、读取文件和存储数据时,只需用标准的ANSI C函数操作就可以,从而极大方便了编程调试。 3 Flash文件系统的实现 嵌入式文件系统一般有集中管理文件系统,存储空间的使用信息集中存在存储器的某个地方,如DOS的FAT,Unix的inode表。线性文件系统,又称为连续文件系统,每个文件相关的所有信息都连续存放在存储器中。与集中式文件系统相比,实现更简单,读写更快,特别是将文件的关键系统分布存放。日志文件系统顺序写入文件系统的修改,如同日志记录一样,可加速文件写入和崩溃修复。采用Log唯一结构,Log包含索引信息、名称和数据。嵌入式系统不可能带硬盘,一般都是基于Flash存储器的。 3.1 Flash特点及其相应处理 Flash的读操作与普通RAM时序一样,但是写和擦除操作则具有自身的特点。同一地址不能同时写入两次,必须进行费时的擦除操作。执行擦除的方式有三种:一是片擦除,即一次性全部擦除所有内容(这个相当于格式化功能,在第一次使用时可以执行这种操作);二是块擦除;三是扇区擦除。以SST39VF400A为例,块Block的大小是32KB,扇区的大小是2KB,块擦除一次擦除一个块内容;扇区类似。如果一个文件内容被改动,且改动的内容不足一个扇区的话,则更新文件时必须重写这个扇区的所有内容;在重写前必须擦除该扇区的所有内容。因此基于Flash的文件系统不能完全套用已有的文件系统,但可以在其基础上进行改动。Flash能够擦除的范围越小,对文件的改动就越小,所执行的I/O操作就越小,从而减少I/O时间,提供文件系统的实时性能。我们使用的SST39VF400A的扇区大小是2KB,也就是2048B(1K=1024)。用常数定义,#define FileUnit 2048。 3.2 Flash文件系统的层次性 与ANSI C标准相对应,我们将Flash文件系统分为3个层次。第一层次,API层。API层是文件系统与用户应用程序之间的接口,包含一个与文件函数相关的函数库,如FS_FOpen、FS_Fwrite等,也相当于High Level层。第二层次,文件系统层,即Low Level层。该层处理文件是否存在,打开,关闭和为文件分配相应的缓存等。该层调用底层驱动。第三层是Device Level层,就是设备驱动层。Flash的实际读写操作就是在该层进行的,特定的Flash存储器对应特定的读写程序。 3.3 Flash文件信息表的设计 该表保存Flash中已有文件的属性,Flash大小和文件的属性等都在该表中反映出来。该表与Flash中的内容保持同步更新,即一个文件最小块更新完毕时,写入Flash中。 Flash的空间分配: ①Flash空间,以簇为单位,读和写都是一簇,即一个扇区单位; ②0簇给文件分配表,不被应用文件占用; ③每次文件系统初始化时,把Flash内0簇的内容读取到内存中,保存在数组FAT16[]中。 常量定义 #define CLUSTER_BLOCK_SIZE 2048 //每一簇的字节数 #define NUMBER_OF_CLUSTER_IN_FAT16 25 //在文件分配表中,一共有多少个簇 #define NUMBER_OF_FILE_BUF 10 //一共有几个文件缓冲区 #define MODE_OPEN_FILE_READ 0x01 //读取(文件打开模式) #define MODE_OPEN_FILE_WRITE 0x02 //写入(文件打开模式) #define MAX_SIZE_OF_FIEL 2048 //文件的最大尺寸 文件结构体: typedef struct{ unsigned int IsLock:1;//文件是否被上锁,=0没打开;=1已被打开。此标志只在文件的第一簇使用 unsigned int status:7;//簇的状态,=0,此簇为色,没使用;=1,此簇是第一簇;=2,此簇不是第一簇 char FileName[8];//文件名,在第一簇有效 char FileExName[3]; //文件扩展名,在第一簇有效 unsigned int SizeOfFile;//文件的字节数,在第一簇有效 unsigned int NextCluster;//下一簇的簇号。当为0xffffffff时,说明这是当前文件的最后一簇 }FlashFAT; 文件句柄结构体: typedef struct{ unsigned int Buffer[CLUSTER_BLOCK_SIZE];//文件缓冲区 unsigned int fileblock;//文件当前簇的位置 unsigned int filemode;//打开支持的模式 unsigned int filebufnum;//文件缓冲区中已被/写的字节数 unsigned int fileCurpos;//文件读写的当前位置 unsigned int filesize;//文件的大小 }FlashFILE; 3.4 Device Level驱动函数 SST39VF400A标准设备级驱动函数如下: void Program_One_Word(WORD SrcWord,WORD far Dst){/*写入一个字*/ WORD far *Temp;WORD far*SourceBuf;WORD far*DestBuf; Int Index;DestBuf=Dst; Temp=(WORD far *)0xC0005555;/*设置地址为C000:555h*/ *Temp=0xAAAA; /*写数据0xAAAA到此地址*/ Temp=(WORD far *)0xC0002AAA;/*设置地址为C000:2AAAh*/ *Temp=0x5555;/*写数据0x5555到此地址*/ Temp=(WORD far*)0xC0005555;/*设置地址为C000:5555h*/ *Temp=0xA0A0;/*写数据0xA0A0到此地址*/ *DestBuf=SrcWord;/*传送字节到目的地址*/ Check_Toggle_Ready(DestBuf);/*等待TOGGLF位准备好*/ } 源代码见网站www.dpj.com.cn。 3.5 Flash文件系统的工作流程 在使用Flash文件系统前,先将FlashROM设备加入设备表中(最开始假设Flash中没有任何文件),读入Flash文件表。下面简述系统工作流程。 (1)加入FlashROM设备 add_device("FlashROM",_MSA,flash_open,flash_close,flash_read,flash_write,flash_lseek, flash_unlink,flash_rename); 其中flash_open、flash_close、flash_read、flsh_write、flash_lseek、flash_unlink、flash_rename是最底层的 flash驱动函数名称。针对不同的Flash,需要不同的驱动函数。 int flash_open(char *path,unsigned flags,int fno); int flash_close(int fno); int flash_read(int fno,char *buffer,unsigned count); int flash_write(int fno,char *buffer,unsigned count); (2)初始化文件系统 在使用Flash前,必须初始化。初始化临时文件缓冲区,将Flash的各种信息读入到系统中,如Flash的大小,存在的文件的名称、大小、建立日期等,这样系统才能正确使用Flash. Init_eFS();/*初始化文件系统函数*/ (3)执行各种文件操作 如果要在Flash上打开一个文件,执行fopen("FlashROM:路径文件名",“打开模式”)就可以了。当打开文件时,先检查文件表中是否存在该文件。如果没有,则在Flash文件表中查找是否存在该文件。如果存在,则打开;如果没有,则新建这样一个文件,同时打开该文件。随后就可以进行文件的读写、追加、属性修改等操作。 该Flash文件系统的几个技术关键点: ①利用RTS.LIB(TI附带有源代码RTS.SRC)的高级层文件操作功能。该库已经按照ANSI C标准处理了高层文件应用问题。我们可以如同在上位机上编程一样使用各种文件操作函数,不同的是将盘符改为FlashROM盘符。例如,将fopen("C:read.txt","r")改为fopen("FlashROM:read.txt","r")。用这种模式操作Flash,的繁琐时序处理和扇区擦除等重复性问题,可以将精力集中到应用编程上来。 ②用自设计的Low Level级代码接管了RTS.LIB的低层处理。前述的Flash文件信息表是核心,只有通过该表才能知道Flash中究竟有什么,在哪里操作。当在API层操作文件时,高层函数将调用相应的底层处理属数,在Low Level判断文件是否打开,是否可读写等属性。同时为该文件分配一个内缓冲区,所有对该文件的操作先操作缓冲区,即流操作。当缓冲区满时,调用的操作先操作缓冲区,即流操作。当缓冲区满时,调用Device Level级函数,将数据写入Flash中。同样,读取的时候,是先读取一个扇区内容,处理完毕后再读取下一扇区内容。 操作键盘等其它外设相对Flash要简单得多,不用设计文件信息表。执行两个步骤就可以使用。一是加入设备,调用add_device(……)函数,填入设备名;二是编写设备驱动函数,将对应的函数名作为参数传入add_device()中。在这里要说明的是,不同设备、同样的操作名其实际含义是不同的。如对键盘打开一个字符,则意味着读入一个字符,因此在实际中应用灵活处理。 结语 该Flash文件系统实现了基本的文件读写功能,但是还有些不足地方:文件共享问题没有解决,在掉电的情况下可能导致文件丢失。由于我们研制这个Flash系统的目的在于方便编程、调试;同时在我们的应用领域(电力系统继电保护)中,掉电的几率非常低,存储的文件主要是整定值、控制字(修改不多)和故障滤波记录。这些数据即使丢失也不会造成灾难性的后果,故该系统在整体上满足我们的应用需求。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200703/10597.html
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