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ファイルシステム 技術コラム

弊社が配信している “AICの組込み情報” を電子メールでお知らせする「AICリアルタイムニュース」に掲載した、「FX-Files」「Reliance Nitro」の特長やメリットをご紹介したコラムをまとめました。

ファイルシステムの選定 − exFATファイルシステム −
『FATへのアドオン型』or『FATへの統合型』

9月の上旬にベルリンで開催された世界最大級のエレクトロニクスショー「IFA2010」において、2011年にリリース予定の新規格Version4.0がSDアソシエーションにより紹介されました。

SDXCカードへの対応において考慮すべきは、従来のSD/SDHCカードではFATファイルシステム(以下「FAT」といいます)、SDXCカードではFATとともに、新しいファイルシステムであるexFATファイルシステム(以下「exFAT」といいます)が採用されている点です。

既存の機器でSDXCカードに対応する場合、FATに加えてexFATが必要となります。対応方法には、1) 既存のFATにexFATを追加する方法と、2) FATとexFATを新たに置き換える方法があります。どちらの方法を選択するかについて、以下の4つの要求項目を対象に考えてみます。

(1) 既存のFAT資産を活用したい
FATが各機器に応じて最適にカスタマイズ済みで、既存資産の活用が優先されるケースでは、exFATをアドオンで使用することをお勧めします。
(2) 最小限のコストで済ませたい
exFATへの対応費用を最小限に抑えるには、exFATをアドオンで使用することをお勧めします。
(3) 既存のFAT資産は活用せず、新たにexFATとFATに対応したい
FATにexFATが統合されたものと、FATとexFATそれぞれの製品のインターフェースが取られたものがありますが、いずれの場合も、同一ベンダーの製品を採用することでメンテナンスやコスト上のメリットが期待されます。
(4) exFAT対応のために品質を犠牲にできない
品質の基準はさまざまですが、採用実績をひとつの基準と考えることができます。豊富な実績は、ソースコードの品質と安定性に加え、使いやすさにつながります。

弊社では、SDXC対応機器の開発に最適な製品を提供しております。お気軽にご相談ください。

組込みLinux向けフラッシュファイルシステム
− フラッシュファイルシステム 『FX-Files』−

組込み機器用のOSとしてLinuxが世界的に使われてきており、最近ではLinuxをベースにしたAndroidが注目されています。

Linuxを使った組込みシステムではNANDやNORなどのオンボードフラッシュメモリが多く使われていますが、アプリケーションの多様化とともにフラッシュメモリの大容量化が進んだことから、フラッシュメモリディスクに格納されるユーザーデータの重要性がますます高まってきているのではないでしょうか。

このような状況の中、フラッシュファイルシステムの選択が、企業の将来的価値の向上や大幅なコスト削減へ繋がるかもしれません。
たとえば、下記のような課題が考えられます。

(1) 組込み機器を使用するお客様にとって最適なI/O性能やマウント性能を実現できますか?
(2) 機密情報、個人情報、課金データなど、大切なデータを100%守れますか?
(3) 大切なお客様の組込みシステムに対するメンテナンスは、オープンソースで十分ですか?
(4) フラッシュの寿命を十分に延ばせていますか?
(5) 万が一のフラッシュメモリの生産中止に対する、危機/コスト管理は十分ですか?

上記の課題を解決し、大容量化を遂げるフラッシュメモリに最適なフラッシュファイルシステムが、『FX-Files』(Reliance NitroとFlashFX Teraの統合版)です。


組込みFATファイルシステムの限界

これまで、組込み機器ではFATファイルシステムが標準的に使用されてきました。組込みエンジニアにとって経験的に扱いやすい、特に、PCとのメディアの交換性が求められる機器には大変便利なファイルシステムです。しかし、実際にファイルシステムの見直しを検討されるエンジニアの方々からは、FATファイルシステムのリニア構造や電源断対応などに関連して、下記のような課題が挙げられています。

(1) リニア構造であるためファイル数が多くなると処理速度が極端に遅くなる
(2) スキャンディスクに時間がかかる
(3) 急な電源断の際の信頼性がない
(4) 電源断対応のジャーナリングはオーバヘッドが大きい
(5) マイクロソフト特許の心配

近年、記録メディアは、ビット単価の値下がりによって「大容量化」が進んでいます。大容量メディアに対しても、これまでどおりにFATファイルシステムを使い続けるべきなのでしょうか。

FATファイルシステムが持つこれらの問題を解決するファイルシステムが『Reliance Nitro』です。


eMMC/eSDに最適なファイルシステム

eMMC/eSDなどのManaged NANDの普及スピードが全世界で加速しています。日本でも、さまざまなプロジェクトで使用されていますが、eMMC/eSDに最適なファイルシステムの一つがDatalight社の「Reliance Nitro」です。

Reliance Nitro は、read/write、open/create/delete、boot、mountなどにかかる時間を大幅に削減するとともに、万一の電源断の際には、eMMC /eSDに保存されるデータを100%保護します。また、MLC NANDやSLC NANDなどと一緒に使用されるケースも想定されています。

【「Reliance Nitro」高性能の秘密】

(1) ツリーベース構造(米国特許申請中)
ファイル管理情報をツリー構造化することで、ファイル数が多い場合でも高速処理を行います。
(2) エクステントベースファイルシステム
アロケーション管理にエクステント方式を採用。これにより、フラグメントの発生を抑え、高速なストリーミングデータのリード/ライトを可能にします。
(3) デルタ・トランザクション・ポイント
前回のトランザクションから変更された管理情報ブロックだけを書き換えることで、トランザクション処理を高速化します。
(4) Dynamic Transaction Pointテクノロジー
この技術により、用途の異なるシステムごとに求められる性能に応じたチューニングを行うことができます。

信頼性と性能のトレードオフ?

個人情報、課金情報、機密情報などの重要データや、高速に扱われることが要求される動画、静止画、ストリームデータなど、組込み機器で取り扱われるデータは多様化しています。これにより、組込み機器には常に信頼性向上と性能向上の二つが求められています。

ところが、重要データの安全確保のために信頼性を向上させると性能が犠牲になるし、性能向上を図ると信頼性が犠牲になるというように、一般的には信頼性と性能はトレードオフの関係にあると言われています。

トレードオフとしてあきらめざるを得ないのでしょうか?
組込み機器でデータを取り扱う上で、ファイルシステムが重要な役割を担っています。性能とユーザデータ保護を両立させた組込み用ファイルシス テムを搭載することが、このようなトレードオフ関係に対する打開策の一つではないでしょうか。

次のような組込みシステムを開発されている方はぜひご検討ください。

    • 一つのディレクトリにファイル数が多いシステム
    • ストリーミングデータを扱い、逆シークを使用するシステム
    • FATより速いファイルシステムが必要な場合
    • 大容量のデータを扱うシステム
    • 個人情報、課金情報、機密情報を扱うシステム
    • データベースが使われるシステム

組込みシステムのトータルコスト削減

ファイルシステムの選択が、コスト削減に影響を及ぼすことをご存知ですか?電源断時のデータ保護機能などの安全性や開発時・サポート時の利便性をを考慮したファイルシステムを搭載し、組込みシステムの信頼性を高めることが、長期的な視点で見るとコスト削減につながります。

(1) フィールドコストの削減
市場出荷後のファイル破損などによるサポート対応や賠償対応などのコストを削減できます。
(2) システムコストの削減
ファイルシステムがユーザデータ保護を行うので、補助電源としてUPSなどが不要になります。
(3) 開発コストの削減
Reliance Nitroには、OS環境に応じた対応版が用意されています。各種OS環境対応版を活用することで、開発工数が削減できます。

次のような組込みシステムを開発されている方はぜひご検討ください。

    • UPSやコンデンサなどの補助電源を使用している
    • データ量が多く、動画や音楽のデータを扱っている
    • 大容量メディアを使用している
    • 出荷後のファイル自体やファイルシステムの破壊などがあった
    • 扱うデータは、個人情報などの機密データや課金情報など消失が許されないデータである



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