[发明专利]一种嵌入式快闪存储器、存储系统及其数据掉电保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及快闪存储器(Flash，闪存)、存储系统及其数据管理方法， 尤其涉及一种通用文件系统下文件的掉电保护方法，用以解决关键信息的存 储安全性问题。

背景技术

NAND闪存是以多个数据块(block)的形式来组织数据的，每个数据块 中包含有固定数目的页(page)。数据块是闪存中最小的可擦除单元，而页是 闪存中最小的读写单元。闪存中的数据块又被称为擦除块(erase block)。闪存 芯片和传统的磁盘设备有两个重要的区别：首先，闪存中的扇区只能写入一 次，对扇区中数据的更新并不是在数据修改后直接覆盖原来的扇区，而是写 回到一个未使用过的新扇区中，而磁盘文件系统的更新方式是“就地更 新”(in-place update)。在闪存中，包含过时数据的扇区是无效扇区，写入新数 据的扇区是有效扇区，初始化完成还没有写入数据的扇区是空闲扇区。无效 扇区只有等到该扇区所在的擦除块被重新擦除之后才能再次作为空闲扇区 写入数据。其次，闪存的使用寿命是以擦除次数来衡量的，其中一个数据块 的生命周期大约是擦除100000次。为了保证闪存中的数据块大体上同时达 到使用寿命，在闪存上建立的文件系统会尽量采取一些策略以确保擦除操作 均匀分布在整个闪存中。正是这两个区别导致了基于闪存文件系统和其它传 统磁盘文件系统的不同，因此不能直接在闪存中实现通用文件系统。

目前在闪存上建立文件系统有两种方法：一种是直接在闪存芯片上建立 原生的文件系统，让文件系统通过硬件驱动直接管理闪存。另一种是将闪存 设备模拟成与磁盘类似的块设备，从而在模拟的块设备上使用传统的文件系 统。

第一种方法是在闪存上建立原生的文件系统，让文件系统通过硬件驱动 程序来直接管理闪存上的数据。比较常见的有日志文件系统(The Journalling Flash File system，JFFS/JFFS2)，另一种闪存文件系统(Yet Another Flash Filing System，YAFFS)，LFS文件管理器软件(LFS File Manager Software， LFM)，等。它们都是对闪存设备进行直接管理的文件系统，其管理的方法 和日志结构文件系统US(Log-Structured File system)非常相似，都采用日志记 录的方法来管理闪存设备，这样避免了闪存设备不能“就地更新”的问题。向 闪存中写入新数据时，文件系统并不把原来的数据结点从闪存中擦除掉，而 是在闪存的空闲区中生成新的数据结点。原有的数据结点变成过时的和无效 的。由于保留了文件的历史数据，这样就为恢复文件的旧数据提供了可能。 日志记录提高了闪存文件系统的稳健性，是这类文件系统一大优点。

采用第一种方法的缺陷主要是：专用的文件系统存在兼容性问题。

第二种方法的系统架构见图1，其中NAND快闪传输层(NAND Flash Translation Layer，NFTL)是基于虚拟块映射的Flash动态管理层，它屏蔽了 物理Flash的缺陷，向上层应用模块提供统一的、连续的、可用的存储介质。 通过这种途径使传统的文件系统感觉不到操作闪存设备和普通磁盘设备的 不同，同时也实现了磨损均衡，保证了数据的可靠存储。MTD(Memory Technology Device)内存技术设备，是借用了Linux系统中的一个名词，在 这里它屏蔽了各个Flash芯片的差异，给上层提供了统一的操作接口，如读、 写、擦除等。

采用第二种方法的缺陷主要是：NFTL并没有实现基于文件的掉电保护， 在环境恶劣的嵌入式应用系统中，如果在更新关键信息时发生系统掉电则是 灾难性的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种嵌入式快闪存储器、嵌入式系 统及其数据掉电保护方法，以克服在嵌入式闪存设备中应用通用文件系统带 来的数据安全问题。

为解决上述技术问题，本发明首先提供一种嵌入式快闪存储器，所述快 闪存储器的存储空间包括目的数据区和备份数据区，其中，当文件系统缓存 向所述快闪存储器回写数据时，先执行将所述数据写入所述备份数据区的过 程，所述写入完成后，执行再写入所述目的数据区的过程。