嵌入式Linux的存储技术是构建高效可靠的嵌入式系统的关键组成部分。嵌入式系统往往受限于硬件资源,因此选择合适的存储解决方案对于系统的性能、可靠性和能耗至关重要。本讲义主要探讨了嵌入式存储的发展趋势、嵌入式Linux下的存储方式、流行的存储设备支持以及存储方案的选择策略。 嵌入式存储的发展与挑战主要集中在闪存技术上。闪存以其低功耗、高密度和大容量的特点成为嵌入式系统中的主流存储介质。然而,其编程和擦除的机制导致有限的擦写寿命(10k-100k次),以及不同的擦除单元大小,这使得管理闪存变得复杂。闪存分为两大类:Nor Flash和Nand Flash。Nor Flash提供线性访问接口,适合直接执行代码;而Nand Flash则采用命令访问,更适合大量数据存储。 MTD(Memory Technology Device)驱动程序是Linux内核用于管理非易失性存储设备如闪存的框架。它提供了字符设备驱动和块设备驱动接口,使得应用程序可以直接访问或者以磁盘的形式使用闪存。MTD还包括Flash Translation Layer (FTL),如NFTL/INFTL,这些软件层用于管理和优化闪存的性能,但它们并不一定提供wear leveling(磨损均衡)和power fail安全性,也不处理坏块管理。 JFFS2(Journaling Flash File System 2)是一个专为闪存设计的完整文件系统,它考虑到了闪存的特性,如避免因电源故障导致的数据损坏,并通过分布式的擦写操作来延长闪存寿命。JFFS2还支持即时压缩,可以显著减小文件系统的体积,同时不会对系统性能产生显著影响。 针对Nand Flash的特性,YAFFS(Yet Another Flash File System)和YAFFS2文件系统被设计出来,以提高在Nand Flash上的性能。YAFFS2相比YAFFS有更优的内存使用效率,更快的文件系统加载速度,以及对partial program问题的消除,从而提供更高的读写和垃圾收集速度。 另外,Disk on Chip (DOC)是一种集成控制电路、Buffer RAM和部分算法的嵌入式存储解决方案,使用Nand Flash存储数据,并通过MTD驱动作为Nand Flash设备来使用。DOC通过Buffer提高了性能,支持执行代码(XIP)并提供一定程度的wear leveling。 Secure Digital (SD)卡是由松下、东芝和SanDisk共同推出的存储卡标准,广泛应用于各种嵌入式设备。SD卡具有安全特性,但其详细规范仅对SD协会成员开放。 嵌入式Linux的存储技术涉及了多种存储设备和文件系统,每个都有其独特的优势和应用场景。选择合适的存储方案需要综合考虑系统需求、硬件资源、功耗和可靠性等因素,确保嵌入式系统的高效稳定运行。
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