英創(chuàng)信息技術(shù)工控主板FAT文件系統(tǒng)的穩(wěn)健讀寫(xiě)方法介紹

在基于WinCE的嵌入式系統(tǒng)中，通常NandFlash + FAT文件系統(tǒng)是最為常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。對(duì)這類(lèi)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行情況的跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)在一定的應(yīng)用情況下，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)存在失效的可能，而文件系統(tǒng)的失效導(dǎo)致系統(tǒng)在重啟中不能讀取系統(tǒng)注冊(cè)表或應(yīng)用程序文件，宏觀的現(xiàn)象就是設(shè)備不能正常運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)對(duì)FAT文件失效情況的分析，我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)失效的系統(tǒng)往往有以下兩種文件操作：

1、需要保存運(yùn)行日志文件，每條日志記錄大約兩百字節(jié)水平，整個(gè)日志文件可包含上萬(wàn)條記錄，即日志文件大小在2MB水平。應(yīng)用程序?qū)θ罩镜牟僮魇请S機(jī)的。

2、系統(tǒng)有一個(gè)容量上兆的配置文件，應(yīng)用程序可能根據(jù)運(yùn)行的情況，動(dòng)態(tài)修改配置的內(nèi)容。

以上這兩種文件操作，對(duì)NandFlash + FAT的存儲(chǔ)單位，由于文件都比較大，都可能導(dǎo)致大規(guī)模的NandFlash塊擦除及數(shù)據(jù)搬動(dòng)。當(dāng)此時(shí)CPU負(fù)載還比較重時(shí)，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)內(nèi)部的某種缺陷就可能暴露出來(lái)，從而危害設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)上述兩種應(yīng)用的特點(diǎn)，以規(guī)避FAT文件系統(tǒng)出現(xiàn)致命缺陷為目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了一層新的文件操作API函數(shù)，來(lái)替代常規(guī)的文件API函數(shù)。新的API包括以下6個(gè)函數(shù)：

? HANDLE CreateFileEm(……);
? BOOL ReadFileEm(……);
? BOOL WriteFileEm(……);
? DWORD SetFilePointerEm(……);
? DWORD GetFileSizeEm(……);
? BOOL CloseHandleEm(……);

這6個(gè)API函數(shù)的名稱(chēng)與對(duì)應(yīng)的常規(guī)函數(shù)名稱(chēng)基本一致，只是在末尾增加了“Em”兩個(gè)字母以示區(qū)別，函數(shù)的參數(shù)與常規(guī)函數(shù)的參數(shù)則完全一致。應(yīng)用程序只需做簡(jiǎn)單的修改，就可使用我們所提供的新方法。

新的文件操作的要點(diǎn)，是把一個(gè)日志文件或配置文件，映射為NandFlash下的子目錄，文件的內(nèi)容則分成若干個(gè)子文件（以下稱(chēng)為量子文件，以表示它的不可分割性），量子文件按序號(hào)0000依次遞增9999，每個(gè)量子文件的大小為NandFlash的扇區(qū)大小，在英創(chuàng)工控主板中NandFlash的扇區(qū)Size為2KB，當(dāng)前量子文件寫(xiě)滿(mǎn)2KB后，會(huì)自動(dòng)生成當(dāng)前序號(hào)+1的新量子文件。API內(nèi)部建有當(dāng)前量子文件的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)讀寫(xiě)僅限于當(dāng)前量子文件大小（即2KB）時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的NandFlash讀寫(xiě)，從而降低NandFlash的讀寫(xiě)負(fù)擔(dān)。即使進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的寫(xiě)操作，因?yàn)榭偸?KB，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)的工作量也被降到最低。

新的API函數(shù)盡管可支持不同線程操作同一文件，但若出現(xiàn)不同線程對(duì)同一個(gè)量子文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，則可能存在數(shù)據(jù)丟失的情況、讀取的數(shù)據(jù)不是最新數(shù)據(jù)的情況。因此應(yīng)用程序應(yīng)盡量避免不同線程對(duì)同一個(gè)量子文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

在200MHz主頻的CE5.0系統(tǒng)中（如 EM9160、EM9360等），新API函數(shù)的文件寫(xiě)操作的平均速度在90KB/s – 95KB/s范圍，文件讀操作的平均速度在600KB/s – 700KB/s范圍。

一般情況下若寫(xiě)入的數(shù)據(jù)處在一個(gè)量子文件大小區(qū)域內(nèi)，為了提高NandFlash的操作效率，不會(huì)立即觸發(fā)實(shí)質(zhì)性的NandFlash寫(xiě)。但之后一定時(shí)間內(nèi)（設(shè)置為2秒），沒(méi)有進(jìn)一步的寫(xiě)操作，新API的后備線程會(huì)自動(dòng)把應(yīng)用程序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)實(shí)質(zhì)性寫(xiě)入NandFlash的對(duì)應(yīng)量子文件中。因此這里存在，在實(shí)質(zhì)性寫(xiě)入發(fā)生之前，系統(tǒng)由于某種情況出現(xiàn)重啟（Power Cycling），應(yīng)用程序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)就會(huì)丟失的情況。這是為避免致命性錯(cuò)誤，應(yīng)用程序需付出的代價(jià)。

更極端的情況，當(dāng)正在實(shí)質(zhì)性寫(xiě)某一量子文件時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)Power Cycling，還可能存在該量子文件被破壞的情況。但這種情況在常規(guī)寫(xiě)中同樣存在，且被破壞的還是整個(gè)文件。因此新API是Power Cycling對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)的損壞度是降低了的。

更重要的是，在系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后，量子文件的數(shù)目瞬間不會(huì)有大的變化，甚至完全沒(méi)有變化（配置文件情形，或日志文件達(dá)到應(yīng)用程序設(shè)置的上限），這樣新的API對(duì)FAT文件系統(tǒng)的FAT表、目錄區(qū)的負(fù)載會(huì)降到最低，從而大大避免FAT文件系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)域被Power Cycling破壞的可能性。這是新API規(guī)避FAT文件系統(tǒng)缺陷的關(guān)鍵所在。

新API的定義包含在“LogFile.h”頭文件中，具體實(shí)現(xiàn)代碼則在“LogFile.cpp”中，對(duì)客戶(hù)應(yīng)用程序，只需簡(jiǎn)單的把LogFile.cpp加入到應(yīng)用程序中，并在相關(guān)的cpp文件中include頭文件LogFile.h，就可方便的測(cè)試評(píng)估該方法了。