摘要：基于Flash存儲器的特點，詳細(xì)介紹適合地車載MP3的Flash文件系統(tǒng)（包括Flash存儲管理系統(tǒng)和FAT文件系統(tǒng)）的具體設(shè)計。利用Flash文件系統(tǒng)實現(xiàn)對Flash存儲器的較好的操作管理功能。
引言
目前車載播放器基本上采用的是CD播放器、MD播放器以及磁帶播放器等。由于這類播放器內(nèi)部具有一些機(jī)械式傳動部件，再加上裝在汽車這個特定的環(huán)境中，經(jīng)常會由于機(jī)械傳動或者光頭、磁頭受震動發(fā)生跳音或絞帶現(xiàn)象，從而影響音質(zhì)。
Flash存儲器由于具有存儲容量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失、何種小以及可多次擦寫等許多優(yōu)點，正逐步取代其它半導(dǎo)體存儲器件而廣泛應(yīng)用于移動電話、PDA以及數(shù)碼相機(jī)等移動電子產(chǎn)品中。其作為存儲數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的存儲體，可以將大量數(shù)據(jù)方便、快捷地移動和交換。
基于上述兩點設(shè)計了一個車載MP3系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Flash作為外存儲器，并且由全固態(tài)器件組成，播放時不會出現(xiàn)跳音或絞帶現(xiàn)象，音質(zhì)也很好。由于Flash存儲器在應(yīng)用過程中可能會出現(xiàn)壞損單元，影響車載MP3播放器的性能，因此本文針對Flash存儲器自身的物理特性，設(shè)計了一個文件系統(tǒng)，對Flash存儲器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行基于文件名或者文件號的存儲管理以及應(yīng)用透明的壞損管理。該系統(tǒng)優(yōu)化了存儲速度和存儲空間，提高了車載MP3播放系統(tǒng)的可靠性。
1 Flash存儲器特點
Flash內(nèi)部分為多個存儲單元塊（block），每個存儲單元塊又由多個頁（page）組成。存儲單元塊是可擦除的最小單位，頁是寫入數(shù)據(jù)的最小單位。
Flash存儲器讀取數(shù)據(jù)與一般的存儲器類似，可以實現(xiàn)隨機(jī)讀取，讀出的速度也很快。而Flash存儲器的寫操作則和一般的存儲器有所不同，F(xiàn)lash的寫操作必須先按存儲塊擦除（寫入0xff到要擦除的存儲單元塊中），再按頁順序?qū)懭搿Ｓ捎贔lash存儲器擦除耗時較長，所以Flash存儲器寫入的時間主要在于Flash存儲器內(nèi)部的擦除操作等。
Flash存儲器第一塊一定是有效塊，而其它塊可能會在使用前就是壞塊或者在使用過程中變成壞塊（invalid block）。Flash存儲器對內(nèi)部壞塊的判定是，根據(jù)其每一個單元存儲塊中的第3區(qū)中的第6 Cloumn內(nèi)容是否為0xff來定。雖然Flash存儲器內(nèi)容會有壞塊，但是由于每一塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是相互獨立的，所以只要對其狀態(tài)加以識別，壞塊并不影響系統(tǒng)對有效塊的操作。
2 Flash文件系統(tǒng)設(shè)計
本文在Flash存儲的基礎(chǔ)上設(shè)計了一個Flash存儲管理系統(tǒng)來對Flash進(jìn)行物理管理。而在Flash存儲管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上又建立了一個FAT文件系統(tǒng)來對文件操作進(jìn)行管理，由Flash存儲管理系統(tǒng)和FAT文件系統(tǒng)共同組成了Flash文件系統(tǒng)。該文件系統(tǒng)完全支持文件名管理、自動壞損管理等通用文件系統(tǒng)所具有的功能；同時，針對車載MP3播放器系統(tǒng)特殊的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計改進(jìn)了該文件系統(tǒng)的可靠性，即使在惡劣的條件下也不會影響音質(zhì)。Flash文件系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 Flash存儲管理系統(tǒng)
Flash存儲器的操作是以塊為單位的，而FAT文件系統(tǒng)則是建立在以扇區(qū)（sector）為單位的磁盤操作基礎(chǔ)上（通常為512字節(jié)/扇區(qū)）。因此，本文設(shè)計了一個特殊的Flash存儲管理系統(tǒng)，來解決以塊為單位的Flash物理特性和以扇區(qū)為單位的文件系統(tǒng)接口之間的矛盾，以使得Flash的物理地址和FAT操作的邏輯地址之間能夠?qū)?yīng)。同時，由于Flash的其它特點，F(xiàn)lash存儲管理系統(tǒng)還實現(xiàn)了各塊之間的擦寫次數(shù)均衡和壞塊管理等工作。
（1）物理地址到邏輯地址的映射
為了在Flash物理地址和FAT操作的邏輯地址之間建立一個好的映射關(guān)系，對Flash的存儲空間在邏輯上進(jìn)行了重新定義。結(jié)合Flash特點，將每個存儲單元塊內(nèi)部分成若干物理扇區(qū)，每個物理扇區(qū)由512字節(jié)+16字節(jié)=528字節(jié)組成。其中Main Area的512字節(jié)為有效數(shù)據(jù)空間，而Spare Area的16字節(jié)用于存放其它信息。
由上述定義便可以確定Flash物理扇區(qū)和絕對地址之間的對應(yīng)關(guān)系：
絕對地址=Flash基地址+物理扇區(qū)號×528
在建立了物理地址和邏輯地址之間的映射關(guān)系之后，但可以很好地將車載系統(tǒng)對音頻文件的操作轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)直接Flash的編程或者擦除操作。例如，在該系統(tǒng)中要進(jìn)行ReadFile()操作，便可以根據(jù)其對應(yīng)關(guān)系，通過執(zhí)行Flash存儲管理系統(tǒng)中的sectorread()操作來實現(xiàn)。
（2）可靠性設(shè)計
由于該車載系統(tǒng)采用汽車供電，因此當(dāng)汽車處于不太平衡的環(huán)境中，可能會由于顛簸千萬播放系統(tǒng)的異常斷電，所以提高車載MP3播放系統(tǒng)的可靠性非常重要。本文通過將Spare Area的16字節(jié)定義為邏輯扇區(qū)號、扇區(qū)當(dāng)前狀態(tài)、壞塊信息等來提高播放系統(tǒng)的可靠性。其中Spare Area的具體定義如下：
| 邏輯扇區(qū)號 | 扇區(qū)當(dāng)前狀態(tài) | 壞塊信息 | 保留字節(jié) |
| 第1～3字節(jié) | 第4～5字節(jié) | 第6字節(jié) | 第7～16字節(jié) |
