基于嵌入式技术的加密U盘存储管理的研究与完成

  

第一章引言

        1.1本文研究的背景新世纪随着嵌入式技术在各种电子产品中的广泛应用，特别是在消费类电子产品中的应用，对数据的灵活性提出了越来越高的要求。USB(UniversalSerialBus)是一种应用在计算机领域的新型接口技术，它是一种快速、双向、同步、即插即用的串行接口【1]。目前USB设备的应用在国内处于高速发展阶段，U盘就是USB接口最主要的一种应用。移动数据存储和交换，成为近年来IT行业的热点。如今，各式各样的移动存储设备有如雨后春笋般出现。从最早的存储量为几K、能存储用户个人信息的USB小型存储器，到容量可与PC硬盘媲美的USB活动硬盘，再到以Flash作为存储介质的真正能够“移动”起来的U盘，直到今天大量的PC外设和多媒体家电中大量使用的数据存储器……可见，数据交换的可移动性和便捷性是整个数字化时代大厦的根基。

        移动数据交换刺激了IT业的发展，便利了人们的生活。U盘以其小巧方便的特点迅速成为主流的一种便携存储设备，甚至成为一种电子产品的时尚，几乎人人都在使用。随着信息技术的飞速发展，网络已经深入到我们的生活中，全球信息化已成为人类发展的大趋势，随之而来的是各行各业信息化进程的加快，计算机网络应用领域迅速拓宽，企业的成功也越来越依赖各种各样的迅速增长的网络应用。然而，伴随着这种应用的飞速发展，大量的相关信息被分散到各种分布式系统中，从而引发了当前及潜在的各种安全问题。在计算机和网络深入千家万户的信息时代，信息安全已经成为全球性问题，保证用户使用时的安全，正受到日益严峻的挑战「2]。加密U盘恰好适应了这一需求，是具有广泛应用前景的新一代安全移动办公设备。1.2本文研究的意义在人们不断追逐更高生活品质的过程中，加密U盘的容量和其他性能呈现飞速提升的趋势。U盘一般由NANDFlash存储芯片和U盘控制电路两部分组成，其中，NANDFlash芯片是U盘的存储实体。Flash存储芯片是一种基于半导体的存储器，具有功耗低，容量大，访问速度快，无机械故障，数据非易失性，并且不需要特殊的高电压即可实现系统擦除和重复编程等优点，是一种替代EEPROM存储介质和小型硬盘的新型存储器。

        它的读写速度比EEPROM更快，在相同容量的情况下成本更低，因此Flash芯片成为移动存储器的主要存储介质。近年来，由于集成电路制造工艺的提高，Flash存储芯片的容量也呈指数增长。随着人们对数据操作灵活性提出了越来越高的要求，数据的存储和管理已成为一个不容回避的问题，建立一个高效的适合不同终端的文件系统成为Flash存储管理的主要目标。国外有很多先进的商用嵌入式文件系统组件，但是源代码和核心技术不公开且价格昂贵，而我国这一领域相对比较落后，也没有统一的标准，所以对NANDFlash的存储管理进行研究并开发具有自主知识产权的产品有很重要的现实意义。当今有很多流行的文件系统格式，甚至还有专门为NANDFlash设计的文件系统，但是它们都不能与Windows很好得兼容。之所以强调与Windows的兼容性，是因为移动多媒体设备的需求越来越占据嵌入式应用的重要地位，如数码相机、MP3,MP4、手机等。为了与Windows达到很好的兼容性，FAT成为众多文件系统的首选。但NANDFlash存在着两个主要缺陷「3]:一、在重写前必须进行块擦除操作;二、擦除操作次数有限。而FAT文件系统本身的系统信息集中存放，频繁地对相应区域进行擦除操作，很容易达到擦除次数的上限，导致整个NANDFlash无法使用。因此，充分考虑NANDFlash的硬件特性、深入研究加密U盘的存储管理对于实现系统数据的有效组织和管理以及NANDFlash性能的最大发挥具有非常重要的现实意义。