车载MP3中Flash文件系统的设计与应用

ad()操作来实现。

（2）可靠性设计

由于该车载系统采用汽车供电，因此当汽车处于不太平衡的环境中，可能会由于颠簸千万播放系统的异常断电，所以提高车载MP3播放系统的可靠性非常重要。本文通过将Spare Area的16字节定义为逻辑扇区号、扇区当前状态、坏块信息等来提高播放系统的可靠性。其中Spare Area的具体定义如下：

逻辑扇区号

扇区当前状态

坏块信息

保留字节

第1～3字节

第4～5字节

第6字节

第7～16字节

由以上定义可以看到，Spare Area的第4～5字节用于存储扇区当前状态。这样在Flash写操作过程中，如果突然断电，便可以根据此状态进行掉电数据恢复。该系统中设定扇区当前状态有3种：扇区为空（0xfff）、扇区数据无用（0x0000）、扇区数据有效（0x00ff）。这样定义以后，系统便可以在Flash写操作异常终止时能够对当时的状态进行及时的保存，以便下次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。