uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統(tǒng)構(gòu)建

摘要：目前的嵌入式系統(tǒng)多使用FLASH作為主存，因此，如何有效管理FLASH上的數(shù)據(jù)非常重要。文章以SST39VF160芯片為例，討論了在Nor Flash上建立uClinux的JFFS2文件系統(tǒng)的一般步驟，從而為FLASH上的數(shù)據(jù)管理提供了理想的選擇方式。 關(guān)鍵詞：uClinux;Nor Flash;MTD;JFFS2;文件系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)正隨著Internet的發(fā)展而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，作為嵌入式應(yīng)用的核心，嵌入式Linux以其自由軟件特性正日益被人們看好。Linux具有內(nèi)核小、效率高、源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，還內(nèi)涵了完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此非常適于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。而作為專門(mén)運(yùn)行于沒(méi)有MMU的微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)，uClinux更是得到廣泛應(yīng)用。 當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，需要方便靈活的使用Flash。NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開(kāi)發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行?XIP? eXe-cute In Place，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，因此在嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。 1 JFFS2文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 uClinux通常默認(rèn)ROMFS作為根文件系統(tǒng)，它相對(duì)于一般的EXT2文件系統(tǒng)具有節(jié)約空間的優(yōu)點(diǎn)。但是ROMFS是一種只讀的文件系統(tǒng)，不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存。雖然對(duì)于需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)可以采用虛擬ram盤(pán)的方法來(lái)保存，但當(dāng)系統(tǒng)掉電后，ram盤(pán)的內(nèi)容將全部丟失，而不能永久保存，因此需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可讀寫(xiě)的文件系統(tǒng)。JFFS2文件系統(tǒng)便是一個(gè)很好的選擇。 JFFS文件系統(tǒng)是瑞典Axis通信公司開(kāi)發(fā)的一種基于Flash的日志文件系統(tǒng)，它在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了Flash的讀寫(xiě)特性和用電池供電的嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在這類系統(tǒng)中必需確保在讀取文件時(shí)，如果系統(tǒng)突然掉電，其文件的可靠性不受到影響。對(duì)Red Hat的David Woodhouse進(jìn)行改進(jìn)后，形成了JFFS2。主要改善了存取策略以提高FLASH的抗疲勞性，同時(shí)也優(yōu)化了碎片整理性能，增加了數(shù)據(jù)壓縮功能。需要注意的是，當(dāng)文件系統(tǒng)已滿或接近滿時(shí)，JFFS2會(huì)大大放慢運(yùn)行速度。這是因?yàn)槔占膯?wèn)題。

JFFS2的底層驅(qū)動(dòng)主要完成文件系統(tǒng)對(duì)Flash芯片的訪問(wèn)控制，如讀、寫(xiě)、擦除操作。在Linux中這部分功能是通過(guò)調(diào)用MTD(memory technology device內(nèi)存技術(shù)設(shè)備)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。相對(duì)于常規(guī)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使用 MTD 驅(qū)動(dòng)程序的主要優(yōu)點(diǎn)在于 MTD 驅(qū)動(dòng)程序是專門(mén)為基于閃存的設(shè)備所設(shè)計(jì)的，所以它們通常有更好的支持、更好的管理和更好的基于扇區(qū)的擦除和讀寫(xiě)操作的接口。MTD相當(dāng)于在硬件和上層之間提供了一個(gè)抽象的接口，可以把它理解為FLASH的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它主要向上提供兩個(gè)接口：MTD字符設(shè)備和MTD塊設(shè)備。通過(guò)這兩個(gè)接口，就可以象讀寫(xiě)普通文件一樣對(duì)FLASH設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)操作。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置后，MTD在系統(tǒng)啟動(dòng)以后可以自動(dòng)識(shí)別支持CFI或JEDEC接口的FLASH芯片，并自動(dòng)采用適當(dāng)?shù)拿顓?shù)對(duì)FLASH進(jìn)行讀寫(xiě)或擦除。 JFFS2在uClinux中有兩種使用方式，一種是作為根文件系統(tǒng)，另一種是作為普通文件系統(tǒng)在系統(tǒng)啟動(dòng)后被掛載?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)并不多，且在Linux系統(tǒng)目錄樹(shù)中，根目錄和/usr等目錄主要是讀操作，只有少量的寫(xiě)操作，但是大量的讀寫(xiě)操作又發(fā)生在/var和/tmp目錄(這是因?yàn)樵谙到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量log文件和臨時(shí)文件都放在這兩個(gè)目錄中)，因此，通常選用后一種方式。根文件指的是Romfs、var和/tmp，目錄采用Ramfs，當(dāng)系統(tǒng)斷電后，該目錄所有的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失。 綜上所述，通常在uClinux下采用的文件系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。對(duì)于本文來(lái)說(shuō)，圖中Romfs和Ramfs兩個(gè)文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是很方便的，主要需要實(shí)現(xiàn)的是Nor Flash的底層MTD驅(qū)動(dòng)，下面就以SST39VF160芯片為例來(lái)介紹MTD的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法。 2　JFFS2底層MTD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 本文采用的系統(tǒng)以三星公司的SND-100為母板，CPU為ARM7TDMI芯片S3C4510B，16M的SDRAM，Nor Flash為SST39VF160，容量為1M%26;#215;16bit，速度為70ns，通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù)，擦寫(xiě)次數(shù)典型值為10萬(wàn)次。 在linux-2.4.xdriversmtdmaps目錄下，每一個(gè)文件都是一個(gè)具體的MTD原始設(shè)備的相關(guān)信息，包括該MTD原始設(shè)備的起始物理地址、大小、分區(qū)情況、讀寫(xiě)函數(shù)、初始化和清除程序。設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)SST39VF160編寫(xiě)相關(guān)的程序，假設(shè)為S3C4510B.C。則需要進(jìn)行以下幾點(diǎn)操作： (1) 定義SST39VF160在系統(tǒng)中的起始地址、大小、總線寬度 #define WINDO DDR 0x1000000|0x04000000 //注意FLASH分區(qū)地址必須是non-cacheble #define WINDOW SIZE 0x200000 #define BUSWIDTH 2 (2) 定義SST39VF160分區(qū) 典型的內(nèi)存分區(qū)應(yīng)包括：內(nèi)核引導(dǎo)區(qū)、Linux內(nèi)核區(qū)、應(yīng)用區(qū)。其中內(nèi)核引導(dǎo)區(qū)用來(lái)保存內(nèi)核加載程序，Linux內(nèi)核區(qū)存放的是經(jīng)過(guò)壓縮的uClinux內(nèi)核，應(yīng)用區(qū)則用來(lái)保存用戶的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，該區(qū)設(shè)為我們要采用的JFFS2文件系統(tǒng)。具體如下： static struct mtd_partition s3c4510_partitions[]={ { name: ″bootloader(128K)″, size: 0x20000, offset: 0x0000, mask_flags:MTD_WRITEABLE //設(shè)置成只讀區(qū)域 }, { name: ″uClinux_kernel(832K)″, size: 0xd0000, offset: 0x20000, },? { name: ″jffs2 (1088K)″, size: 0x110000, offset: 0xf0000 } };? (3) 定義SST39VF160字節(jié)、半字、字的讀寫(xiě)操作函數(shù)。 (4) 初始化SST39VF160函數(shù)int_init init_s3c4510b()。 該操作主要包括兩個(gè)方面：第一是調(diào)用do map probe()檢測(cè)搜索MTD設(shè)備。通常檢測(cè)方式有兩種：cfi probe和jedec probe，這里采用后一種，該方法在jedec_probe.c文件中定義。另外，jedec probe.c中定義了各種jedec probe類型芯片的信息，有些linux版本沒(méi)有包含SST39VF160，需要手動(dòng)添加;而操作的第二方面則是調(diào)用add_mtd_partitions()以將your_partiton的各個(gè)分區(qū)加入mtd_table。 3　內(nèi)核相關(guān)配置的設(shè)定 3.1 內(nèi)核配置文件設(shè)置 為使內(nèi)核支持JFFS2，需在內(nèi)核配置選項(xiàng)菜單里選擇相關(guān)選項(xiàng)。首先把SST39VF160的MTD驅(qū)動(dòng)加入配置菜單。并在mtd/maps/Config.in文件中加入如下程序： if[″$CONFIG ARM″= ″y″]; then dep_tristate′CFI Flash device mapped on Samsung S3C4510B′CONFIG_MTD_S3C4510B $CONFIG_MTD_CFI 相應(yīng)mtdmapsMakefile文件加入 obj_$(CONFIG_MTD_S3C4510B)+=s3c4510b.o 其次選擇Menuconfig下的配置選項(xiàng)。 在linux Kernel v2.4.20-uc0 Configuration下 Memory Technology Devices?MTD下 CONFIG_MTD=Y CONFIG_MTD_DEBUG=Y CONFIG_MTD_DEBUG_VERBOSE=3 CONFIG_MTD_PARTITIONS=Y CONFIG_MTD_CHAR=Y CONFIG_MTD_BLOCK=Y RAM/ROM/Flash chip drivers下 CONFIG_MTD_CFI=Y CONFIG_MTD_JEDECPROBE=Y CONFIG_MTD_CFI_AMDSTD=Y Mapping drivers for chip access下 CONFIG_S3C4510B=Y File systems下 CONFIG_JFFS2_FS=Y CONFIG_JFFS2_FS_DEBUG=2 在uClinux v1.3.4 Configuration下 Flash Tools下 CONFIG_USER_MTDUTILS=Y CONFIG_USER_MTDUTILS_ERASE=Y CONFIG_USER_MTDUTILS_ERASEALL=Y CONFIG_USER MTDUTILS_MKFSJFFS2=Y BusyBox下選中cat,cp,dd, mount,umount,mkdir工具。 3.2 MTD塊設(shè)備配置 下面是修改系統(tǒng)塊設(shè)備的主設(shè)備號(hào)。默認(rèn)情況下，MTDBLOCK主設(shè)備號(hào)為31，與BLKMEM的主設(shè)備號(hào)沖突，因此 修改mtdmtd.h中 MTD BLOCK MAJOR的值為30。 接著應(yīng)添加MTD設(shè)備節(jié)點(diǎn)到/vender/--你所使用的目標(biāo)機(jī)類型--/Makefile文件中。其中字符設(shè)備的主設(shè)備號(hào)為90，次設(shè)備號(hào)為0、2、4、6...(奇數(shù)次設(shè)備號(hào)為只讀設(shè)備)，塊設(shè)備的主設(shè)備號(hào)為31，次設(shè)備號(hào)為0、1、2、3。可按以下方式增加DEVICES目標(biāo)： mtd0,c,90,0 mtd1,c,90,1 mtd2,c,90,2 mtdblock0,b,30,0 mtdblock1,b,30,1 mtd-block2,b,30,2 做完以上步驟，可以運(yùn)行內(nèi)核編譯命令make dep, make 以對(duì)內(nèi)核進(jìn)行編譯。 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可以看到以下信息： s3c4510b flash device: 200000 at 5000000 Found: SST SST39VF160 number of JEDEC chips: 1 Creating 3 MTD partitions on ″S3C4510B flash de-vice″: 0x00000000-0x00020000: ″bootloader(128K)″ mtd:Giving out device 0 to bootloader(128K) 0x00020000-0x00f0000:″uClinux_kernel(832K)″ mtd: Giving out device 1 to uClinux_kernel(832K) 0x00f0000-0x00200000:″jffs2_usr(1088K)″ mtd: Giving out device 2 to jffs2_usr(1088K) init_mtdchar: allocated major number 90. init_mtdblock: allocated major number 31. …… 3.3 創(chuàng)建文件系統(tǒng)鏡像文件 系統(tǒng)會(huì)編譯生成JFFS2的輔助工具：mkfs.jffs2、eraseall、erase。其中mkfs.jffs2會(huì)產(chǎn)生JFFS2文件系統(tǒng)鏡像的工具，eraseall和erase用來(lái)對(duì)FLASH芯片的擦除。mkfs.jffs的使用方法如下：mkfs.jffs -d根目錄?-b| l??-e 擦除塊大小??-o 輸出文件??-v ?0-9???-q?。 另外，為了使系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)掛載建好的JFFS2文件系統(tǒng)，在啟動(dòng)腳本里應(yīng)加入： mount -t jffs2 /dev/mtdblock2 /mnt4　結(jié)束語(yǔ) 本文討論了在uClinux下建立基于Nor Flash的JFFS2的文件系統(tǒng)的一般步驟。Nor Flash的特性決定了它在對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求不高的嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，因此JFFS2文件系統(tǒng)對(duì)Flash上的數(shù)據(jù)管理非常方便。對(duì)于一些高端的掌上設(shè)備來(lái)說(shuō)，Nand Flash更為適合，其單元存儲(chǔ)密度比較高，成本較低，這樣系統(tǒng)可以在不增加成本的情況下擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。目前有一種新型的文件系統(tǒng)YAFFS更適于Nand Flash，本文不再予以討論。[!--empirenews.page--]