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uCOS文件系统 基于uC/OS-II的文件系统设计 基于uC/OS-II的文件系统设计 摘要：本文提出了基于μC/OS-II的一个文件系统的设计与实现方法。通过分析文件系统中的层次结构和功能模块，给出了文件系统的详细设计方案，包括文件控制块、文件描述符和文件保护机制等。最后还阐述了文件系统为保证可靠性所采取的技术。 关键词: 实时嵌入式系统 μC/OS-II 文件系统 1 前言 从系统的角度来看，一个文件系统要实现对存放文件的存储空间的组织、分配、信息的传输，并对已存储信息进行检索和保护等；从用户来的角度看，文件系统应该做到存取文件方便，信息存储安全可靠，既能实现共享又可做到必威体育官网网址。当用户要求文件系统保存一个已命的文件时，文件系统能将它们放在适当的地方。当用户要使用文件时，文件系统可以根据文件名找出某个具体文件。 文件系统设计时，必须遵循以下几个基本原则：第一简洁性，现有的比较完善的文件系统功能齐全、对系统资源要求较高，而我们所需要的这个嵌入式文件系统是嵌入式平台的一个中间件，要求简洁高效可靠。为此我们在设计过程中借鉴了MS-DOS的FAT16文件系统格式的目录形式进行文件管理，打开文件数据结构则采用了类似于UNIX系统文件表的方式，为每一个打开文件设置了一个数据结构指针FS_FILE，使得用户接口简洁明了。第二多设备驱动支持（多介质兼容），考虑到应用的广泛性和存储介质的多样性，要求我们在进行设计文件系统时必须考虑对多种存储介质的兼容性。整个系统采用模块化分层设计的原则和面向对象的实现方法，使得用户可以通过统一的顶层应用程序接口方便地对各种存储介质进行文件操作。利用本文件系统可以管理不同的存储介质，可以同时访问不同的硬件。第三多操作系统支持，文件系统的开发是基于μC/OS-II，在设计开发过程中，考虑到以后对多操作系统的支持，OS接口模块设计为动态可变，当文件系统应用于其它操作系统时，只需将OS接口模块中的操作系统信息变为新的操作系统即可。第四可靠性，由于嵌入式系统的数据资源的重要性，要求存储数据的物理介质必须具有很高的稳定性，可是我们知道一些人为或外在的因素可能会导致介质的损坏，从而造成数据的缺失，所以我们要尽可能提高文件系统可靠性。 2 文件系统的层次结构和功能模块 嵌入式文件系统由于功能和作用与普通桌面操作系统的文件系统不同，导致了二者在体系结构上具有很大的差异性。在普通桌面操作系统中，文件系统不仅要管理文件，提供文件系统调用API，还要管理各种设备，支持对设备和文件操作的一致性（即要象操作文件一样来操作各种I/O设备）。在嵌入式文件系统中，这种规则发生了很大的变化。在某些情况下，嵌入式系统可以针对特殊的目的来进行定制，特别是随着ASOS（Application Specific Operating Systems，为应用定制的嵌入式操作系统）的发展，对嵌入式操作系统的系统功能规整性、可伸缩性及其灵活性提出了更高的要求。 基于以上的考虑，我们采用了如图1所示的嵌入式文件系统体系结构，该结构定义的文件系统从上到下有三个层次：第一层为API层、第二层为中间转换层、下层为介质驱动层。第一API层：API层是文件系统和用户应用程序之间的接口，它有一个标准C函数库，其中包含有诸如打开文件（FS_FOPEN）、写文件（FS_FWRITE）等函数。本层的功能是将用户调用传送给中间转换层。这是整个系统设计的核心，也是嵌入式文件系统中用户唯一可见的部分——POSIX中文件系统的标准系统调用全部在该部分中得以实现。第二中间转换层：中间转换层要为文件系统的实现提供与硬件无关的统一接口，是文件系统结构规整性的基础。中间转换层包含有文件系统子层及逻辑块子层，其中文件系统子层将文件操作解释到逻辑块子层，然后文件系统调用逻辑块子层并根据不同的设备定义出相应的设备驱动程序；逻辑块子层主要是同步对设备驱动程序的访问，向上提供友好界面。第三介质驱动层：介质驱动层是访问硬件的最低端的程序，该程序的结构要能够便于实现对硬件的访问。本层的功能主要是完成对介质的访问。本层的重要任务就是提供统一的设备驱动程序接口。 根据文件系统的层次结构，可以将该文件系统分成四大功能块：API接口模块、中间转换模块、磁盘分区模块、设备驱动模块。其中API接口模块主要完成文件的基本操作，包含有文件的生成、删除、打开、关闭、文件读、文件写等。中间转换模块主要完成对存取权限的检查、介质的选择、逻辑到物理的转换。磁盘分区模块主要完成对几个主要数据结构的初始化，设置文件系统的总体分区信息以及每个分区的几部分：空闲块管理、引导区、FAT区、文件存储区等。设备驱动模块完成存储介质的驱动程序，包含有一个驱动程序函数表和介质读、介质写、检查状态、执行特定命令等驱动程序。 3 文