Flash文件系统的研究与设计

Flash文件系统(FFS)已经成为嵌入式系统中数据存储和数据管理的一个热点。对Flash文件系统结构和功能作了详细深入的研究分析,针对在无OS环境下的应用,提出了一个完整的设计方案。

一种基于差分进化的Flash文件系统垃圾回收算法

垃圾回收算法对于Flash文件系统具有十分重要的意义.本文针对已有垃圾回收算法在存储容量剩余较小时垃圾回收性能急剧下降进而影响写入速率的问题,采用最优化方法,提出并实现了一种基于差分进化的垃圾回收算法.该算法能够使得垃圾回收的代价均匀化,在保证性能和损耗均衡的前提下,减少擦除次数,延长Flash寿命.实验结果验证了该算法的有效性.

基于NAND Flash的FFS设计与实现

NANDFlash以其大容量低价格等优势迅速成为嵌入式系统存储的新宠,因此研究其上的文件系统也日益重要。本文先分析了NANDFlash上FFS的功能结构,然后给出了一个在无OS支持的嵌入式系统中,可与Windows文件系统完全兼容的FFS的设计和实现方案。

Yaffs2文件系统中NAND Flash块选择策略的改进

针对Yaffs2文件系统中块选择策略引起的Nand Flash磨损均衡方面的缺陷,引入文件更新和块回收热度计算,将不同热度的文件分离到对应热度的物理块中,来改进空闲块选择策略.同时引入分散度和磨损度判断机制,通过在不同情况下选择最有效的回收块选择策略进行垃圾回收,以提高磨损均衡效果.实验使用QEMU搭建嵌入式Linux仿真环境,从垃圾回收页拷贝次数、块总擦除次数、块最大擦除次数、块擦除次数最大差值、块擦除次数标准差等方面进行性能比较.仿真实验结果表明,改进策略能大大提高Yaffs2垃圾回收效率,并能有效提升磨损均衡效果,延长Nand Flash设备的使用寿命.

一种快速Nand Flash垃圾回收策略

为了解决垃圾块回收以及块重新融合再利用过程占用Nand Flash数据I/O操作中大量时间的问题,提出了FTL逻辑块数据流转图概念,并对垃圾回收触发条件、垃圾块选择方法、垃圾回收的过程进行了算法设计,实验表明算法可以提高Nand Flash的平均寿命,缩短IO运行时间。

基于NAND Flash的静态均衡损耗算法

介绍了损耗均衡算法的相关研究进展情况,对损耗均衡问题进行了分析.针对目前常用的NANDF lash存储器,利用阈值控制静态损耗均衡的触发条件,改进了传统的垃圾回收方案,提出了一种适用于嵌入式存储设备的静态负载均衡算法,避免了传统算法的复杂性.

Flash存储技术

Flash存储器具有非易失性、固态性、体积小、重量轻、抗震动、高性能、低能耗等特点.近年来,随着容量的提高和价格的降低,Flash存储器在通用计算环境中的应用技术迅速成为研究热点.研究的目的是对Flash存储技术研究现状进行分析、总结,以期为进一步的研究工作提供启发.首先介绍了Flash的存储特性,探讨了其在存储体系结构中地位,并讨论了管理Flash存储器的两种软件体系结构.然后重点分析、总结了Flash存储的各项关键技术的研究现状,包括地址映射机制、垃圾回收机制、磨损均衡策略、基于Flash的buffercache管理策略、基于Flash的索引数据结构以及基于Flash的事务处理技术.最后对Flash存储技术的研究现状进行总结,提出可能的未来研究方向.

Yaffs2文件系统中对NAND Flash磨损均衡的改进

针对以NAND Flash为存储介质时Yaffs2文件系统存在磨损均衡的缺陷,通过改进回收块选择机制,并在数据更新中引入冷热数据分离策略,从而改善NAND Flash的磨损均衡性能。实验借助Qemu软件建立Linux嵌入式仿真平台,从总擦除次数、最大最小擦除次数差值和块擦除次数标准差等方面进行对比。实验结果表明,在改进后的Yaffs2文件系统下NAND Flash的磨损均衡效果有明显提升,这有益于延长NAND Flash的使用寿命。

嵌入式Linux下大容量Nand FLASH的YAFFS2文件系统构建

YAFFS2文件系统支持页大小为2 kB的大容量Nand FLASH和一些具有严格写入时序如零重写要求的NandFLASH,是嵌入式系统中实现对Nand FLASH管理的理想方案。重点分析了YAFFS2相对于YAFFS1所做的两点重要改进,即垃圾回收策略和checkdata的引入,并介绍了Nand FLASH的硬件接口设计和MTD驱动编写方法,给出了Intel Xs-cale PXA255、Linux 2.4.19平台下,在页大小为2 kB的大容量Nand FLASH上构建YAFFS2的方法和过程。

磨损均衡算法在NAND Flash管理中的改进

由于Flash具有擦除次数有限、先擦后写的特点,会带来使用寿命有限的缺陷。为延长其预期使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各存储单元进行管理。该算法核心在每次写操作时将新数据写入到最少被使用的物理块中。本文对该算法在垃圾回收策略和对静态文件管理方式做出改进。垃圾回收时在遵照磨损均衡原则的前提下提高写入数据效率,同时增强该算法对不同类型的文件存储单元管理能力,从而达到更加有效的磨损均衡。

基于扇区映射的NOR flash磁盘模拟方法

针对异或门非易失性闪存(NOR flash)的特点,提出了一种扇区映射策略。通过在系统中建立一个转换层,将普通的NOR flash模拟成磁盘设备,从而可以在其上部署普通的磁盘文件系统。同时,描述了垃圾收集块选择算法,实现了对NOR flash访问的损耗均衡。对该磁盘模拟方法的系统需求、性能和可靠性做了分析,提出了优化方法。

NAND Flash文件系统的研究与改进

NAND Flash因非易失、抗震、低功耗等特点被广泛应用于嵌入式系统的大容量数据存储中。虽然随着JFFS3文件系统的提出,理论上解决了初始化文件系统时需扫描整个闪存分区、挂载时间过长、占用内存过多的缺陷,但并未解决NAND Flash本身随机读写严重不均衡的问题。在对JFFS3文件系统研究的基础上提出采用FD-Tree索引结构的SFFS文件系统,以解决在数据频繁更新的环境里NAND Flash数据管理问题,给出了考虑损耗均衡兼顾回收效率的垃圾回收机制。

一种基于Flash设备的文件系统优化设计

轻量级FAT文件系统的兼容性强,但面向Flash存储器时存在容量利用率低与可用寿命缩短的问题。提出了FAT文件系统的优化设计:创建空闲队列、有效队列以及无效队列,分类管理FAT表中各个簇的使用情况,以高效执行垃圾回收操作;每次从随机簇号开始查找空闲簇,从而实现簇对应的Flash物理块之间磨损均衡。

减轻读干扰的垃圾回收算法

NAND闪存凭借许多特点让其在各种应用场景中得到广泛的应用,例如手机、平板电脑等,但是闪存也有两个受关注的特性:使用寿命和数据的可靠性。在闪存的使用过程中,读干扰对数据准确性的影响会随着时间的增长变大,因此,通过对读干扰造成的影响进行研究,提出了一种减轻读干扰的垃圾回收算法FRT-GC,该算法通过对每个闪存块的使用次数和使用频率进行统计计算,在合适的时机启动垃圾回收,最大限度地减轻读干扰造成的影响。实验验证该算法在减轻读干扰方面有很好的效果。

基于自适应块分配策略的NAND闪存垃圾回收算法

在NAND闪存垃圾回收算法中,冷热分离可以提高垃圾回收效率。但是,现有算法将数据分为固定数量的类,没有考虑数据写入过程中热度的聚类变化。为了解决这一问题,对基于自适应块分配策略的垃圾回收算法进行研究。通过监督受害块的有效页比例和分配块的写入频率来调节块分配池大小,避免数据热度分类不准确带来的块闲置问题,实现更高效的冷热分离。实验结果表明,该算法在降低垃圾回收开销以及提高磨损均衡程度上均有所提升。

基于FPGA和USB的64路数据采集系统设计

提出了一种基于FPGA和USB的高速数据传输、存储及显示系统的设计及实现,并对其中的FPGA功能模块以及USB传输模块等进行了介绍.该系统不但可以快速方便地传输、存储及显示数据,还具有判断防止数据错位的功能.

数据采集及处理在火焰闪烁频率研究中的应用

本文在理论分析的基础上,设计出测量火焰闪烁频率的实验方法和电路,在火灾科学国家重点实验室的大空间火灾实验厅进行实验,测量了不同燃烧物质火焰辐射频率特征,该测量分析对相关的火灾探测技术研究、设计提供了基础理论数据。

基于页面写相关的闪存转换层策略

针对固态硬盘(SSD)的闪存转换层(FTL)策略诸如BAST、FAST增加了垃圾回收的成本,带来了固态硬盘性能的下降等缺点,提出了一种基于页面"写相关"的FTL策略PWRST。PWRST的基本思想是分析I/O请求的访问历史并找出"写相关"的页面,将"写相关"的页面存储到同一数据块。从而减少垃圾回收开销和I/O请求的平均响应时间。实验结果表明PWRST在Postmark和IOzone负载下的响应时间比BAST减少了35%,比FAST减少了26%。在TPC-C负载下的响应时间比BAST减少了12%,比FAST减少了10%。

基于STM32的数据采集存储系统设计

为了得到实验过程中的各个状态变量,提出了一种数据采集存储系统。利用STM32主控制芯片,以三星K9F1G08U0B NAND Flash作为存储单元,采用USB接口方式实现与PC上位机进行通信。该系统可以对多个通道进行数据采集,将采集到的数据存放在Flash中,利用USB发送数据给PC机,最后用上位机分析所采集的数据。结果表明本系统能够达到采集和存储并显示状态变量的目的。

基于队列计数的固态存储器热数据识别方法

目前较常用的热数据识别方法主要关注于数据的访问频繁度,却没有有效地体现出访问次数随时间的变化关系,从而造成了较高的错误识别率。针对这种不足,设计了基于队列计数的热数据识别方法,通过使用先进先出规则淘汰过时的数据,并赋予队列中每个位置所存放元素不同的权值来表示不同时刻各数据的热状态;同时结合Flash读写等特性,引入了热区域概念,使其所需存储空间大大降低。通过理论分析以及实验证明,此方法在热数据识别和均衡效果方面达到了较好的性能,从而提高了垃圾回收的效率以及延长了存储器的使用寿命。