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

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)存儲方式。對這類設備長期運行情況的跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)在一定的應用情況下，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)存在失效的可能，而文件系統(tǒng)的失效導致系統(tǒng)在重啟中不能讀取系統(tǒng)注冊表或應用程序文件，宏觀的現(xiàn)象就是設備不能正常運行。

經(jīng)過對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、需要保存運行日志文件，每條日志記錄大約兩百字節(jié)水平，整個日志文件可包含上萬條記錄，即日志文件大小在2MB水平。應用程序對日志的操作是隨機的。

2、系統(tǒng)有一個容量上兆的配置文件，應用程序可能根據(jù)運行的情況，動態(tài)修改配置的內容。

以上這兩種文件操作，對NandFlash + FAT的存儲單位，由于文件都比較大，都可能導致大規(guī)模的NandFlash塊擦除及數(shù)據(jù)搬動。當此時CPU負載還比較重時，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)內部的某種缺陷就可能暴露出來，從而危害設備的穩(wěn)定運行。

針對上述兩種應用的特點，以規(guī)避FAT文件系統(tǒng)出現(xiàn)致命缺陷為目的，我們設計了一層新的文件操作API函數(shù)，來替代常規(guī)的文件API函數(shù)。新的API包括以下6個函數(shù)：

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

這6個API函數(shù)的名稱與對應的常規(guī)函數(shù)名稱基本一致，只是在末尾增加了“Em”兩個字母以示區(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。應用程序只需做簡單的修改，就可使用我們所提供的新方法。

新的文件操作的要點，是把一個日志文件或配置文件，映射為NandFlash下的子目錄，文件的內容則分成若干個子文件（以下稱為量子文件，以表示它的不可分割性），量子文件按序號0000依次遞增9999，每個量子文件的大小為NandFlash的扇區(qū)大小，在英創(chuàng)工控主板中NandFlash的扇區(qū)Size為2KB，當前量子文件寫滿2KB后，會自動生成當前序號+1的新量子文件。API內部建有當前量子文件的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當讀寫僅限于當前量子文件大小（即2KB）時，不會產(chǎn)生實質性的NandFlash讀寫，從而降低NandFlash的讀寫負擔。即使進行實質性的寫操作，因為總是2KB，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)不同線程對同一個量子文件進行讀寫操作，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。因此應用程序應盡量避免不同線程對同一個量子文件進行讀寫操作。

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。

一般情況下若寫入的數(shù)據(jù)處在一個量子文件大小區(qū)域內，為了提高NandFlash的操作效率，不會立即觸發(fā)實質性的NandFlash寫。但之后一定時間內（設置為2秒），沒有進一步的寫操作，新API的后備線程會自動把應用程序寫入的數(shù)據(jù)實質性寫入NandFlash的對應量子文件中。因此這里存在，在實質性寫入發(fā)生之前，系統(tǒng)由于某種情況出現(xiàn)重啟（Power Cycling），應用程序寫入的數(shù)據(jù)就會丟失的情況。這是為避免致命性錯誤，應用程序需付出的代價。

更極端的情況，當正在實質性寫某一量子文件時，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)寫中同樣存在，且被破壞的還是整個文件。因此新API是Power Cycling對整個數(shù)據(jù)的損壞度是降低了的。

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

新API的定義包含在“LogFile.h”頭文件中，具體實現(xiàn)代碼則在“LogFile.cpp”中，對客戶應用程序，只需簡單的把LogFile.cpp加入到應用程序中，并在相關的cpp文件中include頭文件LogFile.h，就可方便的測試評估該方法了。