基于ARM的嵌入式文件系統(tǒng)YAFFS的移植

時(shí)間：2012-04-12 10:25:59

關(guān)鍵字： ARM 嵌入式文件系統(tǒng) 移植 YAFFS

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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(chǔ)，并且NOR FLASH讀寫速度慢，不能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的需要，在我的測(cè)

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(chǔ)，并且NOR FLASH讀寫速度慢，不能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的需要，在我的測(cè)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(cuò)誤產(chǎn)生。特別是進(jìn)行寫操作的時(shí)候，每次復(fù)位都會(huì)產(chǎn)生CRC錯(cuò)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(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲(chǔ)設(shè)備.YAFFS內(nèi)部實(shí)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(jì)，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(shí)時(shí)性的要求。

2 硬件平臺(tái)的簡介

本系統(tǒng)采用目標(biāo)機(jī)+宿主機(jī)開發(fā)模式，目標(biāo)平臺(tái)是ARM-S3C2410，宿主機(jī)是PC機(jī)+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(gè)USB接口控制器、2路SPI，主頻最高可達(dá)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(gè)重要的組成部分，每個(gè)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(duì)文件進(jìn)行管理，其工作包括提供對(duì)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(dòng)添加設(shè)備結(jié)點(diǎn).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(duì)NAND 閃存設(shè)計(jì)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(jì)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(chǔ)容量大的系統(tǒng). 目前有YAFFS和YAFFS2兩個(gè)版本，兩個(gè)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(duì)NOR FLASH的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)間方面針對(duì)NOR 的特性做了一些取舍，所以對(duì) 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(duì)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(gè)文件都有一個(gè)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(jìn)行改寫時(shí)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(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，出現(xiàn)錯(cuò)誤后會(huì)進(jìn)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(gè)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(gè)字節(jié)被用作頁面數(shù)據(jù)的ECC，2個(gè)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(shí)只需要掃描各個(gè)頁面的備份空間，即可建立起整個(gè)文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而不需要像JFFS 那樣掃描整個(gè)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(yàn)算法和MTD NAND FLASH驅(qū)動(dòng)的校驗(yàn)算法不同，如果在內(nèi)核中由MTD來處理ECC，會(huì)造成MTD 認(rèn)為所有的page都校驗(yàn)錯(cuò)誤.所以要把要把NAND驅(qū)動(dòng)中的ECC校驗(yàn)關(guān)閉.采用YAFFS2自帶的校驗(yàn)算法，基于這個(gè)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(jī)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(duì)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(dòng)更加簡單，為此它在硬件和上層之間提供了一個(gè)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(duì)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(xiàng).這個(gè)選項(xiàng)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(gè)選項(xiàng)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(duì)YAFFS文件系統(tǒng)的定制.

7 測(cè)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(tái)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(cè)試完成的.測(cè)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(shí)間也比JFFS2文件系統(tǒng)少的多。需要注意一點(diǎn)是，即使NAND FLASH 是512+16B的，不需要使用YAFFS2，也必須將對(duì)2kpage的NAND FLASH的支持這一項(xiàng)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(huì)自動(dòng)選擇掛載為YAFFS1文件系統(tǒng)，由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的局限性，本文只在ARM-S3C2410平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了YAFFS1文件系統(tǒng)的移植，在功能更強(qiáng)大ARM 芯片系列中已經(jīng)加入了對(duì)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(xiàn)：
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