基于大容量nand闪存文件系统关键技术研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文基于大容量NAND闪存文件系统关键技术研究作者姓名：指导教师：刘柳黄德才教授浙江工业大学计算机科学与技术学院2011年5月m

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6、1llIIlllllllⅧlY192134DissertationSubmittedtoZhejiangUn打e玮ityofTechnologyfortheDegreeofMasterResearchOfTheImportantTechnologyofFlashFileSystemBasedonLargeCapaci哆NANDFlashMemoryCandidate：LiuLiuAdVisor：Hua

7、ngDeCai(Pmfessor)ConegeofComputerScienceandTechnologyZhejiangUniversityofTechnologyMay201l浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：参迅眄77日期：沙f{年f月妒日学位论文

8、版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密日。(请在以上相应方框内打‘吖”)日期：砂c障厂月帮日日期-Vf『年f月节日署刻丌剖计一名名签签者师作导浙江工业大学硕士学位论文基于大容量NAND闪存文件系统关键技术研究摘要闪存(F1ashMeImry)是嵌入式系统中一种常用的存储介质，具有

9、体积小、容量大、成本低等一系列优点。它最早为人所知是通过U盘的普及。现在，随着手机、数码相机、PDA、便携式游戏机等消费电子产品的日渐普及，闪存在我们日常生活中的使用也越来越广泛。闪存主要分为NOR型和NAND型两类。NOR型闪存拥有独立的数据总线和地址总线，读取速度快，适合存储程序代码，NAND型闪存的数据、地址采用同一总线，读取速度较慢，但擦写速度快，适合大容量文件和数据的存储。随着闪存容量的加大，闪存文件系统的要求也越来越高，它对闪存的存储管理直接影响闪存的性能和工作效率。目前可用于NAND型闪存的文件系统包括集中索引的文件系统和专门针对NAND闪存设计的文件系统。现在已出

10、现多种基于闪存的文件系统，如JFFS／JFFS2、YAFFS、ⅡM、UBIFS等。闪存文件系统的研究包括以下几个方面的关键技术：(1)数据存储结构。(2)文件管理机制。(3)文件系统加载。(4)垃圾回收机制与磨损均衡处理。本文研究工作建立在闪存文件系统的一些关键技术上，首先对新兴发展的闪存文件系统UB伍S进行深入的研究和分析，详细介绍UBⅢS的层次结构，文件日志管理与垃圾回收机制等一些关键技术。并着重分析了U】3I子系统的磨损均衡机制。然后从内部结构，数据存储方面分析比较UBIFS与已有的常用闪存文件系统JFFS2之间的性能差异，分析UBⅢS性能的优越性。但是通过分析UBIFS文

11、件系统的几个关键技术，还发现了UBⅢS中的UBI子系统在管理磨损均衡方面的存在着两大局限性：一是在实际操作中不能很好的适应由擦除块中数据频繁更新造成的部分擦除块磨损次数过多的问题。二是不能有效实现擦除块中冷热数据的搬移。针对上述问题，本文提出了一种基于逻辑擦除块温度和物理擦除块年龄的新的磨损均衡算法，即LTPA(1ebtel印eraturepebage)算法。L胛A算法实现把高温的逻辑块映射到青年的物理块中，把低温的逻辑块映射到老年的物理块中。其中逻辑块温度的高低由数据写频率的高低来判断，物理块年龄的大小由擦除次数来决定。在逻辑块层，通过局部操作时间的方法来预测逻辑块的温度。同时

12、用循环队列的方式来管理空闲物理块的分配策略，循环队列中使用二分查找的搜索策略，并实现冷热数据的转换，从而i浙江工业大学硕士学位论文更好的达到了磨损均衡的效果。通过实验仿真比较了L11PA算法与UBI现有的磨损均衡算法性能上的差异。进一步证明了LTPA算法在磨损均衡应用中的优越性。最后针对UBⅢS中垃圾回收策略的不足，提出了一种更加合理的垃圾回收改造设计方案，该方案着重考虑脏块中有效数据与脏数据的比例。它是一种基于循环队列的脏块管理垃圾回收策略。该策略应用于UBⅢS中时能使闪存文件