CN100419714C - 闪存存取方法、闪存文件***的块替换方法及其管理装置 - Google Patents

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Abstract

通过一种用于有效使用闪速存储器的文件***。该文件***包括用于存储不同文件信息的元块、其中真正存储数据的数据块、和用于在数据块上存储信息的信息块。不同于常规方法，将该文件***设计为不允许一个文件使用特定闪速存储器区域，并且因此可以防止特定块的损耗快于闪速存储器中的其它块。该文件***还提供通过均匀使用整个存储器区域使闪速存储器中的全部块的损耗均匀的作用。

Description

闪存存取方法、闪存文件***的块替换方法及其管理装置
技术领域
本发明涉及闪存文件***，并且尤其涉及用于根据闪存的特点利用存储器的整个块来更有效地使用闪存的文件***，其中存储器的整个块替换存储器的特定块。
背景技术
非易失性存储器是即使切断电源仍可保留信息的存储器。以下是不同类型的非易失性存储器：只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存和铁电(Ferro-electric)随机存储器(FRAM)。
从上述存储器中，由于其高稳定性、大容量、和成本效果，闪存通常用在嵌入式装置中。然而，闪存具有不同于诸如RAM的普通存储器的特点，并且在使用中受限。
普通闪存文件***包括：逻辑地址存储块，用于存储能够识别特定文件的逻辑地址；物理块，用于真正存储数据；以及映射表，用于存储块间的关系。如果应用程序收到用于文件操作的请求，那么文件***决定逻辑地址，并经映射表通向物理块。
然而，在如上配置的常规文件***中，基于擦除器，执行校正或更新文件中信息的操作。换句话说，闪存包含128KB的复合擦除器(multiple eraseunit)。如果在闪存的单元中执行写，那么需要首先删除单元所从属的整个擦除器，并在单元中再次执行写。非易失性存储器需要擦除周期以更新已经存储的信息。
闪存的损耗由擦除周期确定，并且闪存在单元中执行100,000个写和擦除周期之后到达使用寿命。因此，为了有效利用闪存，需要在整个闪存中平均地执行删除命令。
因此，当在常规文件***中分别读和写特定存储器单元中的信息时，特定单元的损耗使其比其它单元更快损坏，因此，闪存会变得不能使用。另外，如果在操作(删除和重写)中出现用于使用闪存的大多数嵌入式装置的电源掉电，它可能丢失信息。因此，为了保证存储器的每一单元的均匀损耗，需要用于将由一个文件占用的区域分配给整个闪存的方法。另外，需要用于在使用存储器的***中的掉电期间，更新损失的数据的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种文件***，所述文件***根据闪存的特点有效使用闪存。
本发明的另一目的是提供一种无用数据收集方法，其中将闪存分为三个逻辑单元，并且利用使闪存的全部块的损耗均匀化的块替换方法更新数据。
为了达到本发明的上述目的，提供一种用于在闪存中存储文件的方法，该方法包括：(a)接收文件名、将被存储在闪存中的文件的内容、和将被存储在闪存中的文件存储命令；(b)输出用于管理输入文件的文件管理信息，并且分配用于存储文件管理信息的元(meta)块；(c)将文件管理信息存储到分配的元块中，其中，文件管理信息包括存储的文件的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、和指示元块是否无效的信息；(d)分配对应于元块的信息块，所述信息块用于存储用于管理在其中存储文件的内容的数据块的数据块管理信息；以及(e)将文件的内容存储到对应于信息块的数据块中。为了达到本发明的上述目的，提供一种用于读闪存中的文件的方法，该方法包括：(a)接收包括要被从存储在闪存中的文件中读出的文件的文件名信息的文件管理信息；(b)搜索利用文件名记录关于所存储的文件的文件管理信息的元块和包含关于所存储的文件的文件管理信息连同关于存储数据的数据块的位置信息的信息块，，并且检测关于将被读的文件的文件管理信息，和关于存储将被读的文件的数据的数据块的位置信息；以及(c)输出将被从对应于位置信息的数据块中读出的文件的数据。
为了达到本发明的上述目的，提供一种用于替换闪存文件***中的块的方法，该方法包括：(a)接收将被与用于校正文件的内容的命令一起校正的文件的名称和内容；(b)分配元块、用于存储将被真正存储的文件的内容的数据块、和存储关于数据块的位置信息的信息块，所述元块包括关于输入文件的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、关于元块是否正在使用的信息、以及指示元块是否无效的信息；(c)记录对应于接收的文件名的元块无效的信息，和用于对应于元块的数据块无效的信息；以及(d)在新分配的元块、数据块、和信息块中存储关于输入文件的内容和管理信息。为了达到本发明的上述目的，提供一种用于闪存文件***中的无用信息收集的方法，该方法包括：(a)如果不再存在将被分配的元块和数据块，那么读和存储临时存储位置中当前使用的元块和数据块的内容，同时元块用于存储将被存储的文件上的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、和元块无效的信息，并且在数据块中存储将被真正存储的文件的内容；(b)通过读具有信息的信息块，删除元块和数据块中的无效内容，所述信息是元块无效和数据块不再有效的信息；以及(c)读存储在临时存储位置中的数据，并且重写删除的元块和删除的数据块中的数据。
为了达到本发明的上述目的，提供一种闪存文件***管理装置，该装置包括：块搜索器，用于搜索元块和数据块，所述元块用于包含将被存储的文件上的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、和指示元块是否无效的信息，所述数据块用于真正存储文件的内容；块分配器，用于搜索和分配可以根据搜索器的搜索结果而被使用的元块和数据块，搜索的和分配的元块对应于用于存储搜索的数据块的信息的信息块；读功能执行器，用于搜索其中存储搜索器中将被读的文件名信息的元块，读对应于元块的信息块，并且从其中真正存储数据的数据块中读内容；写功能执行器，用于执行将被存储在元块中的文件的写操作，块分配器分配信息块和数据块；块替换功能执行器，用于在在写功能执行器中执行文件校正命令的情况下，将在其中写入将被校正的文件的内容的元块和数据块，与新元块和新数据块交换；以及无用信息收集执行器，用于如果当新元块、数据块、和信息块需要由块分配器分配时，新元块和数据块还未存在，那么删除元块、数据块、和信息块的全部无效内容。
附图说明
通过参照附图详细描其述优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，其中：
图1是普通闪存文件***的配置图；
图2是用于更新普通文件***中的文件的方法的流程图；
图3是本发明的闪存文件***的配置图；
图4是示出块分配的方法的图；
图5是示出读过程的图；
图6是示出写过程的图；
图7是示出块替换的过程的图；
图8是示出无用信息收集的过程的图；
图9是根据本发明的闪存文件***的管理装置的配置图。
具体实施方式
现在，将参照示出了本发明的优选实施例的附图充分描述本发明。
图1是普通闪存文件***的配置图。普通文件***包括逻辑地址存储块110，在其中存储用于识别特定文件的逻辑地址；物理块130，其中真正存储数据；以及映射表120，用于存储块之间的关系。如果应用程序接收用于文件操作的请求，文件***确定文件的逻辑地址，并经映射表120到达物理块130。用于文件操作的请求包括读、写、和更新。
闪存需要执行在普通硬盘驱动器的情况下的更新中不需要的操作。首先，因为仅需要在擦除器的单元中擦除闪存，所以读入存储特定文件的擦除器的全部内容。其次，更新特定文件，并且在重写将被更新的数据之前擦除整个擦除器。随后，在存储器中写入将被更新的数据。
图1中所示的逻辑地址包含诸如文件大小的元数据，所述元数据还被存储在闪存中，因此，应该以上述方法执行更新文件和元数据。
为了校正位于闪速存储器中特定位置的文件，需要擦除位于由特定文件占用的闪速存储器中的整个擦除器。因此，读入和存储包含在包括将被校正的单元的擦除器中的全部数据，并且随后整个擦除器需要被擦除并以校正的数据重写。
因此，在常规方法中，如果文件占用的单元被确定，那么单元不改变，并且只有单元的内容改变。如果在特定单元中重复校正文件，那么该单元的损耗将比其它单元的损耗增加的更快，并且在整个区域发生稳定性问题。另外，由于不可预见的电源掉电，文件中的信息可能丢失。
图2是用于在普通文件***中更新文件的方法的流程图。首先，如果在步骤210中接收用于文件更新的请求，那么在步骤220中，读其中存储文件的擦除器中的全部数据。其次，在步骤230中更新读入数据的校正部分。在写入该更新数据之前，在步骤240中，应该擦除擦除器的全部数据。最后，在步骤250中，将更新的数据存储到擦除器中。
图3是本发明的闪速存储器文件***的配置图。该文件***包括元块310，用于存储文件中的不同信息；数据块320，用于存储数据；以及信息块330，用于存储数据块上的信息。
数据块320被分为特定的子块，并且每一块上的信息存储在信息块330的相应的子块中。数据块320包括被分为具有特定尺寸的逻辑部分的闪速存储器。元块310包含文件名、文件尺寸、逻辑地址、元块正在使用的信息、或元块无效的信息。
信息块330包含被分为一个尺寸的每一数据块上的信息。该信息包括位置上的信息、数据块正在使用的信息、或数据块无效的信息。
图4是示出块分配的方法的图。如下执行块分配。该文件***具有连接文件的作用，所述文件是具有物理材料的逻辑客体。如果在步骤410接收块分配命令，那么在步骤420分配其中存储在文件上的信息的元块。元块310存储文件名、文件尺寸、逻辑地址、元块正在使用的信息、或元块无效的信息中的信息。因此，如果读正在使用元块的信息，那么可以确定是否可以使用特定元块。因此，可以分配元块。
其次，分配其中将存储文件的内容的数据块430。因为在信息块中管理数据块上的信息，所以通过顺序地扫描信息块搜索可用的数据块。因为数据块包含数据块位置上的信息，数据块是否正在使用的信息，所以可以通过读相应的信息来指示是否正在使用特定数据块。
在分配了元块和数据块之后，在步骤440中，分别在数据块和信息块中记录元块和数据块正在被使用的信息。
图5是示出读过程的图。当在步骤510中从应用程序接收用于读操作的请求时，在元块520中搜索文件名。如果元块中不存在文件名，那么在步骤550中出现错误。如果文件名存在，那么利用元块中的信息在步骤530读关于数据块位置的信息块上的信息，其中在数据块中存储将被读的文件，并且在步骤540中读其中文件真正存在的数据块的内容。
图6是示出写过程的图。当在步骤610中从应用程序接收用于写过程的请求时，那么首先在步骤610中确定是否存在可用的元块或数据块。如果可用的元块和数据块存在，那么在步骤630中执行上述块分配。如果可用的元块和数据块不存在，那么在步骤660中执行无用信息收集。这里，将元块和数据块分配用于请求文件，执行写操作。
写操作并不直接在闪速存储器中执行。在步骤640中在外部SDRAM中执行写操作，并且在其完成后，在步骤650中在闪速存储器中执行写操作。如果将被写的文件的尺寸大于一个数据块的尺寸，那么在一个块的闪速存储器中执行写操作，并且在SDRAM中写入保留部分。在SDRAM中完成写操作之后，在闪速存储器中再次执行写操作。
如果接收用于已存在文件而非新文件的写操作的请求，换句话说，需要重写操作，那么执行如下块替换。
图7是示出用于块替换的过程的图。如果接收用于已存在文件的写操作的请求，那么根据写操作仅是诸如重写的文件交换，还是写操作仅是将信息附加于存在的文件，来执行块替换。
在步骤710中重写的情况下，用新元块和新数据块替换已存在的元块和数据块。在步骤720中利用上述块分配方法分配新元块和新数据块。在步骤730中使包含将被重写的文件的现有元块和数据块无效。最后，在步骤740中存储输入到新分配的元块、数据块、和信息块中的文件内容和文件管理信息。
在常规方法中，由于闪速存储器的特点，需要删除其中放置特定数据的整个擦除器，以便校正已有数据。当校正已有信息时，由于每次独立的擦除和写周期，这引起闪速存储器具有根据单元的不同损耗。但是，本发明分配新元块和新数据块。因此，新分配块的使用允许将在闪速存储器的全部单元中均匀执行的删除命令。
图8是示出用于数据无用信息收集的过程的图。如果分配新元块和新数据块，并且剩下不可用的元块和数据块，那么执行数据无用信息收集。当在步骤810中接收无用信息收集命令时，在步骤820中首先将正在用的元块和数据块中的内容移到临时存储位置，在步骤830中擦除在存储器中不再有效的元块和数据块的内容，并且在步骤840在闪速存储器中写入存储在临时存储位置中的可用数据。
如果执行无用信息收集，那么应该交换元块和信息块中的内容以反映交换的数据块值。
图9是用于管理根据本发明的闪速存储器文件***的装置的配置图。块搜索器910搜索元块和数据块，所述元块包含将被存储的文件的文件名信息、文件逻辑地址信息、文件是否正在使用的信息、以及指示元块是否无效的信息，和真正存储文件的内容的数据块。
块分配器920搜索可以根据块搜索器910中的搜索结果使用的元块，分配可以进一步使用的元块，并且通过读对应于元块的数据块上的位置信息分配数据块。
在元块的搜索之后，其中在块搜索器910中存储将被读的文件名信息，读功能执行器930读其中真正存储数据的数据块的内容。
写功能执行器940执行在元块中将被存储的文件的写操作，并且在块分配器920中分配数据块。
块替换功能执行器950在执行重写文件的功能中，用新元块和新数据块改变已经存在的元块和数据块。
如果无用信息收集执行器960在块分配器920中分配新元块和新数据块，并且有效元块和数据块不存在，则擦除元块和数据块的内容。
上述优选实施例可以被写为计算机程序，并且可以在普通数字计算机或记录介质中执行。记录介质包括存储材料，诸如磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光读材料(例如，CD-ROM、DVD等)、以及载波(例如，经因特网发送)。
尽管已经参照其优选实施例详细示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不背离所附权利要求所定义的本发明的实质和范围的情况下，可以在形式和细节中作出不同的改变。然而，本发明可以以很多没有解释的如不限于在此阐述的实施例的形式实施；提供这些实施例以便这些公开彻底和完整，并且会将本发明的概念全面的转达给本领域技术人员。
如上所述，不同于常规方法，将本发明设计为不允许一个文件使用特定闪速存储器区域，并且因此可以防止特定块的损耗快于闪速存储器中的其它块，并且因此提供通过均匀使用整个存储器使闪速存储器的全部块中的损耗均匀的作用。

Claims (10)

1. 一种用于存储闪存中的文件的方法，该方法包括：
(a)接收文件名、将被存储在闪存中的文件的内容、和将被存储在闪存中的文件存储命令；
(b)输出用于管理输入文件的文件管理信息，并且分配用于存储文件管理信息的元块；
(c)将文件管理信息存储到分配的元块中，其中，文件管理信息包括存储的文件的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、和指示元块是否无效的信息；
(d)分配对应于元块的信息块，所述信息块用于存储用于管理在其中存储文件的内容的数据块的数据块管理信息；以及
(e)将文件的内容存储到对应于信息块的数据块中。
2. 如权利要求1的存储闪存中的文件的方法，其中，数据块管理信息包括指示包含文件的内容的数据块是否正在使用的信息、和指示数据块是否无效的信息。
3. 如权利要求1的存储闪存中的文件的方法，其中，(b)还包括通过顺序地读闪存的多个元块的文件管理信息，和存储新产生的文件管理信息，分配可用元块。
4. 如权利要求1的存储闪存中的文件的方法，其中，(b)还包括如果没有可用元块，执行无用信息收集。
5. 如权利要求1的存储闪存中的文件的方法，其中，(e)还包括读取闪存中的多个信息块，搜索可用数据块，读取搜索的数据块的位置信息，和将文件的内容存储在相应的数据块中。
6. 如权利要求1的存储闪存中的文件的方法，其中，(e)还包括存储将被写入闪存外的SDRAM中的文件，并且在已经完成在SDRAM中的存储操作之后在闪存的数据块中执行写操作。
7. 一种用于读闪存中的文件的方法，该方法包括：
(a)接收包括要被从存储在闪存中的文件中读出的文件的文件名信息的文件管理信息；
(b)搜索利用文件名记录所存储的文件的文件管理信息的元块和包含所存储的文件的文件管理信息连同存储文件的数据的数据块的位置信息的信息块，并且检测将被读的文件的文件管理信息，和存储将被读的文件的数据的数据块的位置信息；以及
(c)输出被从对应于位置信息的数据块中读出的文件的数据。
8. 如权利要求7的用于读闪存中的文件的方法，其中，(b)还包括：如果在元块中没有找到将被读的文件名，那么输出文件名不存在的报错消息。
9. 一种用于替换闪存文件***中的块的方法，该方法包括：
(a)接收将被与用于校正文件的内容的命令一起校正的文件的名称和内容；
(b)分配元块、用于存储将被真正存储的文件的内容的数据块、和存储数据块的位置信息的信息块，所述元块包括输入文件的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、以及指示元块是否无效的信息；
(c)记录对应于接收的文件名的元块无效的信息，和对应于元块的数据块无效的信息；以及
(d)在新分配的元块、数据块、和信息块中存储输入文件的内容和管理信息。
10. 一种闪存文件***管理装置包括：
块搜索器，用于搜索元块和数据块，所述元块用于包含将被存储的文件的文件名信息、文件大小信息、文件逻辑地址信息、元块是否正在使用的信息、和指示元块是否无效的信息，所述数据块用于真正存储文件的内容；
块分配器，用于搜索和分配可以根据块搜索器的搜索结果而被使用的元块和数据块，搜索的和分配的元块对应于用于存储搜索的数据块的信息的信息块；
读功能执行器，用于搜索其中存储块搜索器中将被读的文件名信息的元块，读对应于元块的信息块，并且从其中真正存储数据的数据块中读内容；
写功能执行器，用于执行将被存储在元块中的文件的写操作，块分配器分配信息块和数据块；
块替换功能执行器，用于在写功能执行器中执行文件校正命令的情况下，将在其中写入将被校正的文件的内容的元块和数据块，与新元块和新数据块交换；以及
无用信息收集执行器，用于如果当新元块、数据块、和信息块需要由块分配器分配时，新元块和数据块还未存在，那么删除元块、数据块、和信息块的全部无效内容。
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