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适用于嵌入式GIS系统的NAND闪存日志文件系统NJFS设计

作　者: 徐睿
导　师: 王申康
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 嵌入式地理信息系统日志文件系统 NAND芯片 ECC/EDC 平衡擦写实时文件压缩数据索引 VFS
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 266次
引　用: 4次
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内容摘要

进入21世纪90年代，嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式地理信息系统(Embedded GIS)是集成GIS功能的嵌入式系统产品，是系统设计与开发层次上的应用，是一个软硬件混合的系统，它是移动用户导航、定位、地图查询和空间数据管理的一种理想解决方案。由于嵌入式系统的计算能力远远低于普通计算机，所以嵌入式GIS系统的设计无论在软件还是在硬件上面都和普通GIS系统不同。为了弥补嵌入式系统硬件计算能力上的不足，在软件设计时需要根据嵌入式GIS的特点，合理剪裁、优化计算，并且充分挖掘和利用现有硬件的资源。本文研究领域涉及嵌入式系统开发、嵌入式GIS系统软硬件框架、NAND芯片体系结构、差错检测／差错校验(EDC／ECC)算法、日志文件系统、文件索引、芯片擦写平衡、文件系统页面Cache与延迟写技术、文件系统实时压缩等技术。本文首先全面分析了嵌入式GIS的研究现状、技术背景、面临的问题；然后提出了一个低成本嵌入式GIS系统的硬件设计方案，该方案使用了两级Flash的存储模式来存储不同类型的文件；接下来阐述了了日志文件系统的基本原理，并且在此基础上设计了一个Linux平台下适用于NAND芯片的日志文件系统。由于闪存芯片的可靠性相对较差，文中结合差错校验机制(ECC)与差错纠正机制(EDC)的原理实现了适合嵌入式系统的ECC与EDC的算法，并为该文件系统实现了平衡擦写算法。为满足嵌入式GIS系统数据量大、实时性要求高的特点，本文在文件系统内部实现实时文件压缩；为GIS数据提供了文件系统级的数据索引，从而增加对GIS数据访问的效率。

全文目录

摘要  3-4
ABSTACT  4-7
第一章引言  7-10
  1.1 研究背景  7-9
  1.2 本文的研究内容  9
  1.3 论文章节安排  9-10
第二章嵌入式GIS系统概述  10-16
  2.1 嵌入式系统概述  10-14
    2.1.1 嵌入式系统与嵌入式处理器  12-13
    2.1.2 嵌入式操作系统  13-14
    2.1.3 嵌入式文件系统  14
  2.2 嵌入式地理信息系统及其面临问题  14-16
第三章嵌入式GIS系统硬件体系结构  16-24
  3.1 系统框架设计  16-17
  3.2 基于ARM SoC处理器的硬件体系结构  17-18
  3.3 存储系统  18-24
    3.3.1 嵌入式系统中常用存储设备  18-20
    3.3.2 嵌入式GIS系统中的分级存储体系设计  20-21
    3.3.3 NAND芯片的存储结构  21-24
第四章基于日志的闪存文件系统NJFS的设计  24-53
  4.1 针对闪存芯片的文件系统  24-25
  4.2 NJFS体系结构  25-26
  4.3 对NAND芯片的底层操作  26-28
  4.4 嵌入式文件系统与上层系统的接口  28-32
    4.4.1 VFS系统结构  28-29
    4.4.2 文件系统和VFS间的接口  29-32
  4.5 失效块的检测与纠错算法  32-38
    4.5.1 CRC基本原理  32-33
    4.5.2 嵌入式系统中CRC-32快速算法实现  33-35
    4.5.3 差错校验  35-37
    4.5.4 海明码差错校验的实现  37-38
  4.6 日志功能与实现  38-47
    4.6.1 日志文件系统原理  38-39
    4.6.2 基于闪存芯片的日志文件系统实现策略  39-41
    4.6.3 日志节点抽取与验证  41-42
    4.6.4 基于闪存的日志文件系统:优势与劣势  42-43
    4.6.5 基于闪存的日志文件系统  43
    4.6.6 闪存芯片物理块的管理  43-45
    4.6.7 文件组织与目录结构  45-46
    4.6.8 内存中闪存文件系统数据结构  46-47
  4.7 负载平衡的实现  47-48
  4.8 基于NAND闪存芯片的文件系统使用的其他技术  48-53
    4.8.1 OOB空间的管理  48
    4.8.2 垃圾收集的实现  48-49
    4.8.3 数据恢复的实现  49
    4.8.4 失效页面的管理  49-51
    4.8.5 页面cache与延迟写技术  51-53
第五章嵌入式GIS专用文件系统功能  53-59
  5.1 地理信息压缩  53-56
    5.1.1 常见的压缩算法  53-54
    5.1.2 实时压缩功能在文件系统中的实现  54-56
  5.2 文件内部索引  56-59
    5.2.1 空间数据与索引  56-57
    5.2.2 网格区域空间索引  57-58
    5.2.3 文件系统提供的索引接口  58-59
第六章总结及展望  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 以后的工作  59-61
参考文献／参考网址  61-63
致谢  63

适用于嵌入式GIS系统的NAND闪存日志文件系统NJFS设计

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