车载MP3中Flash文件系统的设计与应用

系统开启后能够判断出上次系统中存在的问题并作出相应的处理。

（3）坏块管理

由于Flash内部会有坏块，因此Flash存储管理系统需要对Flash进行坏块管理。本文对坏块的管理分以下两种情况：

①初始坏块处理。Flash存储器在使用前可能会有坏块，而且这些坏块是随机分布的。所以，Flash文件管理系统在系统执行读写操作之前先建立一个坏块表，然后对Flash存储器进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用，加入到坏块表中。

②操作过程中坏块处理。在擦除或者编程过程中发生错误时，Flash文件管理系统将该块中其它页的数据重新拷贝到一个新的空块中，然后再将该块标记为坏块，加入到坏块表中。在这个处理过程中，由于对Flash的擦除或者编程操作都会使得Flash存储单元块的内容改变，所以Flash文件管理系统一旦发现Flash存储器的存储单元块成为坏块后便不再对该块进行擦除或编程操作，以免将坏块标志位数据清除掉，而是将该块标记为坏块，并将其加入坏块表中。

Flash文件管理系统在进行上述坏块管理后，坏块单元对用户应用是完全透明的。这大大方便了用户的使用，也达到了车载MP3播放系统的目的。

（4）均衡擦写次数

由于Flash有一定的使用寿命，一般可擦除的次数为10～100万次，所以随着使用次数的增加，会有一些单元逐渐变得不稳定或失败。因此，要尽量避免频繁地对同一块地址操作，以免造成局部单元提前损坏；同时，由于擦除操作耗时较多，也应减少擦除操作，应该尽量达到擦写次数均衡。为此，本文设计了Flash更新算法和磨损程度检测算法。

Flash更新算法是将Flash中要更新的数据直接写入一个空块中，降低由于Flash先擦除后写入的特性带来的对块的频繁擦除；同时，也提高了Flash的使用效率，加快了操作速度。磨损程度检测算法是在对Flash进行写入前必须先对Flash进行坏块扫描，以确保不会将数据写入坏块从而此起数据的丢失。这样设计也是为了提高车载MP3播放系统的可靠性。

2.2 FAT设计

在Flash文件管理系统的基础上，还建立了FAT文件系统来对文件操作进行管理。将FAT文件系统具体分为以下四部分：

（1）FAT的引导区

该引导区存放代码所需的信息及最重要的文件系统信息。这些信息包括了Flash存储器的类型、容量以及划分成多少个簇；每个簇包含多少扇区、FAT表数目、保留扇区数、根目录的首簇号及根目录入口数、版本信息等等。引导扇区是在格式化Flash时生成的。

（2）FAT的文件分配表

文件分配表存放文件所占用的存储空间族链以及Flash存储器的占用和空闲空间的情况，非常重要。为了防止文件分配表损坏而引起文件的丢失，该系统中保存了两个相同的文件分配表FAT1和FAT2，以改善其安全性。在文件系统的操作中，程序对FAT表结构的两个备份进行顺次修改，以此确保Flash存储器上总是存有一整套完好的文件分配表。

系统对FAT表的访问原理如下：访问文件时先从要目录中找到该文件的目录项，从中读出首簇号。然后，目录中找到该文件的目录项，从中读出首簇号。然后在FAT中找到从该首簇号开始的簇链，簇链上的簇号即为文件在逻辑扇区中占用的扇区号链，这样便可以进行数据读写了。

（3）FAT的根目录区

FAT的根目录区是固定大小的紧跟在FAT表后的区域。本文将从FAT区之后紧跟的32个扇区作为根目录区，可以保存512个目录项。每个目录项记录了该文件的文件名、文件属性、文件大小、文件创建的日期和时间以及文件在数据区中所占的首簇号，即该文件在FAT表中的入口等数据。

（4）FAT的数据区

数据区存在文件的数据内容。文件系统对数据区的存储空间是按簇进行划分和管理的。该系统中，定义1Cluster=32sector，一个文件总是占用若干个整簇，文件所使用的最后一簇剩余空间就不再使用。

由图1可以看出，该FAT文件系统提供文件的格式化，文件的打开、删除、关闭，文件的读写、查找等基本的功能。通过Flash文件系统对文件的操作进行管理后，该车载播放系统便可以实现选曲、添加删除歌曲、下载歌曲、音量调节等一系列功能了。

3 应用

通过这样的设计，Flash的存储性能有了较大的改善，而且系统的可靠性也很好。即使在Flash写操作异常终止频发的最恶劣工作条件下，也不会丢失数据，更不会损坏非常重要的文件分配表结构而造成系统的崩溃；因此，本文所设计的Flash文件系统能很好地适合于车载MP3播放系统的应用。

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