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[導(dǎo)讀]1引言目前,嵌入式系統(tǒng)大多采用用JAFFS和YAFFS文件系統(tǒng),但JAFFS文件系統(tǒng)主要用于NOR FLASH,由于NOR FLASH 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局限性,只適合于小容量的存儲,并且NOR FLASH讀寫速度慢,不能滿足系統(tǒng)實時性的需要,在我的測

1引言

目前,嵌入式系統(tǒng)大多采用用JAFFS和YAFFS文件系統(tǒng),但JAFFS文件系統(tǒng)主要用于NOR FLASH,由于NOR FLASH 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局限性,只適合于小容量的存儲,并且NOR FLASH讀寫速度慢,不能滿足系統(tǒng)實時性的需要,在我的測試過程中,在NAND FLASH上掛載的JFFS2文件系統(tǒng)很不穩(wěn)定,經(jīng)常有CRC錯誤產(chǎn)生。特別是進行寫操作的時候,每次復(fù)位都會產(chǎn)生CRC錯誤,可以說支持NAND FLASH的 JFFS2文件系統(tǒng)目前還不成熟。YAFFS(Yet Another Flash File System)類似于JFFS/JFFS2,是專門為 NAND閃存設(shè)計的嵌入式文件系統(tǒng),適用于大容量的存儲設(shè)備.YAFFS內(nèi)部實現(xiàn)層和NAND FLASH接口層,這樣就簡化了其與系統(tǒng)的接口設(shè)計,可以方便地集成到系統(tǒng)中去,與JFFS相比,YAFFS減少了一些功能,因此速度更快,占用內(nèi)存更少,更能滿足系統(tǒng)實時性的要求。

2 硬件平臺的簡介

本系統(tǒng)采用目標(biāo)機+宿主機開發(fā)模式,目標(biāo)平臺是ARM-S3C2410,宿主機是PC機+Linux操作系統(tǒng).S3C2410是ARM920T處理器核的 32位微控制器,它是SAMSUNG公司專門為PDA、Internet設(shè)備和手持設(shè)備等專門開發(fā)的微處理器.該芯片還包含有16KB一體化的 Cache/MMU,這一特性使開發(fā)人員能夠?qū)inux操作系統(tǒng)移植到基于該處理器的目標(biāo)系統(tǒng)中.

該目標(biāo)板的主要系統(tǒng)資源有:64M的 SDRAM、8M的NAND FLASH、32M的NOR FALSH、LCD控制器RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路1O位ADC、Touch Screen接口、I2C接口、I2S接口、2個USB接口控制器、2路SPI,主頻最高可達203MHz.

3 嵌入式文件系統(tǒng)的概述

眾所周知,文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分,每個操作系統(tǒng)都有自己的文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)直接影響著操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性.Linux下的文件系統(tǒng)通常有兩種,即日志式和非日志式文件系統(tǒng),常見的嵌入式文件系統(tǒng)有 JFFS2,CRAMFS,RAMDISK,YAFFS文件系統(tǒng),嵌入式文件系統(tǒng)的任務(wù)是對文件進行管理,其工作包括提供對邏輯文件的操作(包括檢索、新增、修改、刪除、拷貝)接口,方便用戶操作文件和目錄.

由于本文采用的Linux內(nèi)核版本為2.6.14,不支持設(shè)備文件系統(tǒng),可以在 /dev目錄下手動添加設(shè)備結(jié)點.本系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)為RAMDISK(虛擬硬盤),通過修改根文件系統(tǒng)下的/dev目錄,使用命令mknod創(chuàng)建 mtdblock塊設(shè)備文件,以便掛載YAFFS文件系統(tǒng).

4 Yaffs文件系統(tǒng)的介紹

YAFFS(Yet Another Flash File System)文件系統(tǒng)是專門針對NAND 閃存設(shè)計的嵌入式文件系統(tǒng),是一種類似于 JFFS/JFFS2 的專門為 Flash 設(shè)計的嵌入式文件系統(tǒng),與JFFS 相比,它減少了一些功能,因此速度更快、占用內(nèi)存更少,YAFFS不支持壓縮,更適合存儲容量大的系統(tǒng). 目前有YAFFS和YAFFS2兩個版本,兩個版本的主要區(qū)別在于YAFFS2 能夠更好的支持大容量的NAND FLASH芯片.

YAFFS文件系統(tǒng)有些類似于JFFS/JFFS2 文件系統(tǒng),與之不同的是JFFS1/2 文件系統(tǒng)最初是針對NOR FLASH的應(yīng)用場合設(shè)計的,而NOR FLASH 和NAND FLASH本質(zhì)上有較大的區(qū)別,所以盡管JFFS1/2 文件系統(tǒng)也能應(yīng)用于NAND FLASH,但由于它在內(nèi)存占用和啟動時間方面針對NOR 的特性做了一些取舍,所以對 NAND FLASH來說通常并不是最優(yōu)的方案,YAFFS和JFFS都提供了寫均衡,垃圾收集等底層操作,YAFFS中是從頭到尾對塊搜索,所以在垃圾收集上JFFS的速度慢,但是能延長NAND FLASH的壽命.

YAFFS將文件組織成固定大小(512字節(jié))的數(shù)據(jù)段。每個文件都有一個頁面專門存放文件頭,文件頭保存了文件的模式、所有者id、組id、長度、文件名等信息。為了提高文件數(shù)據(jù)塊的查找速度,文件的數(shù)據(jù)段被組織成樹形結(jié)構(gòu)。 YAFFS在文件進行改寫時總是先寫入新的數(shù)據(jù)塊,然后將舊的數(shù)據(jù)塊從文件中刪除。YAFFS使用存放在頁面?zhèn)溆每臻g中的ECC進行錯誤檢測,出現(xiàn)錯誤后會進行一定次數(shù)的重試,多次重試失敗后,該頁面就被停止使用。

YAFFS充分利用了NAND閃存提供的每個頁面16字節(jié)的備用空間,參考了 SmartMedia的設(shè)定,備用空間中6個字節(jié)被用作頁面數(shù)據(jù)的ECC,2個字節(jié)分別用作塊狀態(tài)字和數(shù)據(jù)狀態(tài)字,其余的8字節(jié)(64位)用來存放文件系統(tǒng)的組織信息,即元數(shù)據(jù)。由于文件系統(tǒng)的基本組織信息保存在頁面的備份空間中,因此,在文件系統(tǒng)加載時只需要掃描各個頁面的備份空間,即可建立起整個文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),而不需要像JFFS 那樣掃描整個介質(zhì),從而大大加快了文件系統(tǒng)的加載速度。

5 Linux-2.6.14內(nèi)核代碼的修改

1.在arch/arm/mach-s3c2410/devs.c文件中添加static struct mtd_partition partition_info[]創(chuàng)建分區(qū)信息,使YAFFS文件系統(tǒng)位于mtdblock3.
static struct mtd_partition partition_info[]={
        [0] = {
                .name   = "u-boot",
             .size   = 0x00020000,
             .offset = 0x00000000,
        },
        [1] = {
                .name   = "param",
                .size   = 0x00010000,        
 .offset = 0x00020000,
        },
        [2] = {
                .name   = "kernel",
                .size   = 0x00100000,
                .offset = 0x00030000,
        },
        [3] = {
                .name   = "root",
                .size   = 0x01900000,
                .offset = 0x00130000,
        },
        [4] = {
                .name   = "user",
                .size   = 0x025d0000,
                .offset = 0x01a30000,
        }
};注意,這里的分區(qū)信息應(yīng)與U-BOOT中保持一致.

2.YAFFS 的校驗算法和MTD NAND FLASH驅(qū)動的校驗算法不同,如果在內(nèi)核中由MTD來處理ECC,會造成MTD 認(rèn)為所有的page都校驗錯誤.所以要把要把NAND驅(qū)動中的ECC校驗關(guān)閉.采用YAFFS2自帶的校驗算法,基于這個考慮,在drivers/mtd/nand/s3c2410.c中,將 chip->eccmode=NAND_ECC_SOFT修改為chip->eccmode=NAND_ECC_SOFT.

3.從開源網(wǎng)站下載YAFFS2文件系統(tǒng)的源碼,在宿主機下用tar xzvf yaffs2.tar.gz命令解壓,在移植的內(nèi)核目錄下建立yaffs文件夾,并將需要的文件拷貝到y(tǒng)affs文件夾下.簡單介紹下yaffs文件系統(tǒng)代碼的函數(shù)功能.
# mkdir $LINUXDIR/fs/yaffs
    # cp Makefile.kernel $LINUXDIR/fs/yaffs/Makefile
    # cp Kconfig $LINUXDIR/fs/yaffs
    # cp *.c *.h  $LINUXDIR/fs/yaffs

4.修改fs/Kconfig,vi Kconfig ,添加 source "fs/ /Kconfig" 

5.修改Makefile文件:
# cd  $LINUXDIR/fs
# vi  Makefile    obj-$(CONFIG_YAFFS_FS) += yaffs/

6 配置和編譯內(nèi)核

1.選中對MTD(memory technology device內(nèi)存技術(shù)設(shè)備)的支持.
Memory Technology Device (MTD)
support   --->                                                     
[﹡]   MTD concatenating support                                          
• MTD partitioning support                                           
[﹡]     RedBoot partition table parsing                                  
[﹡]     Command line partition table parsing                             
 User Modules And Translation Layers                                
• Direct char device access to MTD devices                           
• Caching block device access to MTD devices  

MTD 主要是用于訪問memory設(shè)備(ROM、flash)的Linux的子系統(tǒng).MTD可以使新的memory設(shè)備的驅(qū)動更加簡單,為此它在硬件和上層之間提供了一個抽象的接口.

2.選中NAND Device Support
•  NAND Device Support --->
[﹡] Verify NAND page writes
•  NAND Flash support for S3C2410/S3C2440 SoC 
•  S3C2410 NAND driver debug 
[﹡] S3C2410 NAND Hardware ECC 

這樣就完成了內(nèi)核對NAND FLASH的支持.

3.由于添加了YAFFS2文件系統(tǒng),所以在內(nèi)核的配置菜單 [File systems] 中的 [miscellaneous filesystems] 中增加了 [Yaffs2 file systems support] 選項.這個選項就是 YAFFS2的配置內(nèi)容.
File systems --->     Miscellaneous filesystems ---> 
•  YAFFS2 file system support 
 --- 512 byte / page devices 
•  Lets Yaffs do its own ECC 
•  Use the same ecc byte order as Steven Hill's nand_ecc.c 
 --- 2048 byte (or larger) / page devices  
•  Autoselect yaffs2 format  
•  Disable lazy loading  
•  Turn off wide tnodes  
•  Turn off debug chunk erase check  
•  Cache short names in RAM

選擇這個選項的全部內(nèi)容,保存配置,然后退到終端,輸入make zImage,重新編譯內(nèi)核,這樣就就完成了對YAFFS文件系統(tǒng)的定制.

7 測試掛載的YAFFS文件系統(tǒng)

1.用imagewrite命令將YAFFS文件系統(tǒng)的映像文件燒寫到mtdblock3分區(qū).
2.在ramdisk根文件系統(tǒng)中創(chuàng)建掛載目錄,使用命令mkdir /mnt/yaffs. 
3.  執(zhí)行mount –t yaffs /dev/mtdblock/3 /mnt/yaffs來掛載YAFFS文件系統(tǒng).
4.  由于內(nèi)核配置了proc文件系統(tǒng),用cat /proc/mounts 可以查看已經(jīng)成功掛載了YAFFS文件系統(tǒng),用ls /mnt/yaffs可以查看YAFFS文件系統(tǒng)的內(nèi)容.

8 結(jié)束語

本文為開發(fā)者提供了在ARM9平臺上移植YAFFS文件系統(tǒng)的方法和過程的參考,創(chuàng)新之處是在當(dāng)前嵌入式應(yīng)用中比較新的2.6內(nèi)核上測試完成的.測試過程中 YAFFS穩(wěn)定性能比JFFS2文件系統(tǒng)要穩(wěn)定的多,而且mount分區(qū)的時間也比JFFS2文件系統(tǒng)少的多。需要注意一點是,即使NAND FLASH 是512+16B的,不需要使用YAFFS2,也必須將對2kpage的NAND FLASH的支持這一項選上,否則編譯無法通過.由于ARM- S3C2410不支持大容量的NAND FLASH,所以flash是512+16B / page的,即使你選擇的是YAFFS2文件系統(tǒng),內(nèi)核也會自動選擇掛載為YAFFS1文件系統(tǒng),由于實驗系統(tǒng)的局限性,本文只在ARM-S3C2410平臺上實現(xiàn)了YAFFS1文件系統(tǒng)的移植,在功能更強大ARM 芯片系列中已經(jīng)加入了對大容量(512M)的NAND FLASH的支持,支持YAFFS2文件系統(tǒng),移植方法與YAFFS文件系統(tǒng)移植方法大致相同.

參考文獻:
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[5] 郝淑風(fēng)等.基于ARM的uCLinux啟動引導(dǎo)實現(xiàn)的分析[J].微計算機信息,2005,8-2:50—52

 

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