嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks中TFFS文件系統(tǒng)的構(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MX29LV160BT芯片為例，討論了在 VxWorks操作系統(tǒng)下Nor Flash上建立TFFS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，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)升級(jí)程序提供了方便。 關(guān)鍵詞：VxWorks Flash MTD TFFS 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，作為一個(gè)優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，VxWorks實(shí)現(xiàn)了比其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)更好的有效性、商用性、可裁減性以及互操作性，廣泛應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。 如今越來(lái)越多的嵌入式操作系統(tǒng)中，通常都使用FLASH作為主存介質(zhì)。許多開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)為了方便以后升級(jí)用戶(hù)程序，通常在FLASH上建立TFFS文件系統(tǒng)，建立文件系統(tǒng)后，我們就可以象在windows操作系統(tǒng)下對(duì)硬盤(pán)操作一樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝、刪除以及文件的建立等操作。 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)，徹底改變了原先有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 execute 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。 一、 TFFS文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 Tornado的TrueFFS是和VxWorks兼容的一種M-Systems Flite實(shí)現(xiàn)方式，版本為2.0。它為種類(lèi)繁多的flash存儲(chǔ)設(shè)備提供了統(tǒng)一的塊設(shè)備接口，并且具有可重入、線(xiàn)程安全的特點(diǎn)，支持大多數(shù)流行的CPU 構(gòu)架。有了Tornado的TrueFFS，應(yīng)用程序?qū)lash存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫(xiě)就好象它們對(duì)擁有MS-DOS文件系統(tǒng)的磁碟設(shè)備的操作一樣。 如圖1所示，TrueFFS由核心層(core layer)和三個(gè)功能層，翻譯層(translation layer)，MTD層(MTD layer)，socket層(socket layer)組成。

核心層(Core layer)：核心層主要起相互連接其他幾層的功能。同時(shí)它也可以進(jìn)行碎片回收、定時(shí)器和其他系統(tǒng)資源的維護(hù)。通常WindRiver公司將這部分內(nèi)容以二進(jìn)制文件提供。 翻譯層主要實(shí)現(xiàn)TrueFFS和dosFs之間的高級(jí)交互功能。它也包含了控制flash映射到塊、wear-leveling、碎片回收和數(shù)據(jù)完整性所需的智能化處理功能。目前有三種不同的翻譯層模塊可供選擇。選擇哪一種層要看你所用的flash介質(zhì)是采用NOR-based, 還是NAND-based, 或者SSFDC-based技術(shù)而定。 　　Socket層則是提供TrueFFS和板卡硬件(如flash卡)的接口服務(wù)。其名字來(lái)源于用戶(hù)可以插入flash卡的物理插槽。用來(lái)向系統(tǒng)注冊(cè) socket設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備拔插，硬件寫(xiě)保護(hù)等。后面將詳細(xì)講解它的功能。 　　MTD層(Memory Technology Drivers)功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)具體的flash進(jìn)行讀、寫(xiě)、擦、ID識(shí)別等驅(qū)動(dòng)，并設(shè)置與flash密切相關(guān)的一些參數(shù)。TrueFFS已經(jīng)包含了支持Intel,AMD以及samsung部分flash芯片的MTD層驅(qū)動(dòng)。新的芯片需要新的MTD支持，你可以使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口來(lái)加入這些驅(qū)動(dòng)。 　　以上四部分，我們通常要的工作就是后兩層。 　　當(dāng)在VxWorks下配置TrueFFS時(shí)，你必須為每一層至少包含一個(gè)軟件模塊。后面我們將詳細(xì)討論。 二、 MX29LV160BT芯片上建立TrueFFS文件系統(tǒng) 1、配置相關(guān)文件 在此，我以Nor Flash MX29LV160BT為例，開(kāi)發(fā)工具為T(mén)ornado2.2 for PPC。要在VxWorks映像中包含TrueFFS文件系統(tǒng)，首先必須在config.h文件中定義INCLUDE_TFFS。這使得VxWorks的初始化代碼調(diào)用tffsDrv()來(lái)創(chuàng)建管理TrueFFS所需的結(jié)構(gòu)和全局變量，并為所有掛接了的flash設(shè)備注冊(cè)socket組件驅(qū)動(dòng)。在鏈接的時(shí)候，通過(guò)解析與tffsDrv()相關(guān)聯(lián)的符號(hào)(symbols)可以將TrueFFS所必需的軟件模塊鏈接到VxWorks映象中。 為了支持TrueFFS，每一個(gè)BSP目錄下都必須包含一個(gè)sysTffs.c文件。它將TrueFFS所有的層(翻譯層，socket層和MTD層)鏈接到一起并和VxWorks綁定。因此，我必須編輯這個(gè)文件并決定哪一種MTD和翻譯層模塊應(yīng)該包含到TrueFFS中。即： #define INCLUDE_MTD_MX29LV /* MX29LV160BT MTD driver */ #define INCLUDE_TL_FTL /* FTL translation layer */ #define FLASH_BASE_ADRS 0x2a10000 /* Flash memory base address */ #undef FLASH_SIZE #define FLASH_SIZE 0x001f0000 /*Flash memory size,2M(parameter block) */ 其他無(wú)關(guān)的MTD driver包含頭都#undef掉，同時(shí)定義Flash在系統(tǒng)中的基地址和大小。另外，還必須編輯sysLib.c中的sysPhysMemDesc[ ]數(shù)組，將Flash基地址和大小加入到MMU中，以供將來(lái)訪(fǎng)問(wèn)Flash，否則訪(fǎng)問(wèn)Flash會(huì)失敗。如果BSP目錄下沒(méi)有sysTffs.c文件，那么我們可以從其他BSP目錄下拷貝一個(gè)即可，然后做上述修改，其他的內(nèi)容基本可以不用修改。 接下來(lái)需要修改tffsConfig.c文件，為了方便管理，通常我們將src/drv/tffs/目錄下該文件拷貝到我們BSP目錄下，然后再做出修改。在MTDidentifyRoutine mtdTable[]表中加入如下語(yǔ)句： #ifdef INCLUDE_MTD_MX29LV mx29lvMTDIdentify, #endif /* INCLUDE_MTD_MX29LV */ 并在該文件開(kāi)頭聲明。 #ifdef INCLUDE_MTD_MX29LV FLStatus mx29lvMTDIdentify (FLFlash vol); #endif /* INCLUDE_MTD_MX29LV */ 最后就是將我們的flash相關(guān)MTD驅(qū)動(dòng)加入到makefile中。即： MACH_EXTRA = mx29lvMtd.o 為了方便我們調(diào)試MTD驅(qū)動(dòng)，應(yīng)該在重新編譯VxWorks映象前將諸如格式化flash、創(chuàng)建TrueFFS塊設(shè)備、綁定此塊設(shè)備到dosFs所必要的功能包含到VxWorks映像中。比如如下定義： #define INCLUDE_TFFS #ifdef INCLUDE_TFFS #define INCLUDE_TFFS_DOSFS #define INCLUDE_TFFS_SHOW #define INCLUDE_DOSFS /* dosFs file system */ #define INCLUDE_SHOW_ROUTINES /* show routines for system facilities*/ #define INCLUDE_TL_FTL #define INCLUDE_IO_SYSTEM #define INCLUDE_DISK_UTIL #endif /* INCLUDE_DOSFS */ 2、MTD驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介 做了上述配置后，進(jìn)入VxWorks操作系統(tǒng)后，我們?cè)趕hell上利用tffsShow工具來(lái)顯示flash的信息。TffsShow函數(shù)最終會(huì)調(diào)用 MTD驅(qū)動(dòng)中的mx29lvMtdIdentiy( )函數(shù)，在mx29lvMtdIdentiy ( )函數(shù)主要是通過(guò)讀取MX29LV160BT芯片的設(shè)備和廠(chǎng)商ID來(lái)識(shí)別它，然后對(duì)FLFlash結(jié)構(gòu)成員進(jìn)行初始化，最主要的幾個(gè)參數(shù)是： type Flash內(nèi)存的JEDEC ID號(hào)。 erasableBlockSize Flash內(nèi)存的擦除塊大小(字節(jié))。設(shè)置這個(gè)值時(shí)應(yīng)考慮到interleaving。因此，通常通過(guò)如下方法來(lái)設(shè)置它的大小。 Vol.erasableBlockSize = MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE * vol.interleaving; 對(duì)于MX29LV160BT，MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE為64K字節(jié)。 chipSize 使用來(lái)構(gòu)建TrueFFS文件系統(tǒng)的flash實(shí)際大小(字節(jié))。 noOfChips 使用來(lái)構(gòu)建TrueFFS文件系統(tǒng)的flash實(shí)際片數(shù)。 interleaving Flash內(nèi)存交叉因子(interleaving factor)。即擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線(xiàn)的設(shè)備數(shù)。比如，一個(gè)32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，我們可以使用4片8位或2片16位的設(shè)備。 map 指向flash內(nèi)存映射(map)函數(shù)。該函數(shù)將flash映射到內(nèi)存區(qū)。 read 指向flash內(nèi)存的讀函數(shù)。在MTD驅(qū)動(dòng)識(shí)別函數(shù)中，這個(gè)成員函數(shù)已經(jīng)被初始化為缺省的讀函數(shù)。通常情況下，我們不需要再初始化它，否則還需要修改很多相關(guān)的函數(shù)。 write 指向flash內(nèi)存的寫(xiě)函數(shù)。這個(gè)成員必須初始化，這是我們要做的一個(gè)重要工作。 erase 指向flash內(nèi)存的擦除函數(shù)。這個(gè)成員必須初始化，這也是我們要做的一個(gè)重要工作。 針對(duì)FLFlash結(jié)構(gòu)成員，我們所關(guān)心的兩個(gè)函數(shù)就是寫(xiě)和擦除函數(shù)。在mx29lvMtdIdentiy()函數(shù)中必須有如下定義： vol.write = mx29lvWrite; vol.erase = mx29lvErase; 在mx29lvWrite()函數(shù)中主要是實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)寫(xiě)到flash中。首先需要對(duì)扇區(qū)進(jìn)行解鎖，然后寫(xiě)入寫(xiě)命令，之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。最后需要判斷數(shù)據(jù)是否寫(xiě)完。為了確保操作成功，我們應(yīng)該在寫(xiě)完每個(gè)數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，比較正確后方能進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的操作。 在mx29lvErase ()函數(shù)中主要是實(shí)現(xiàn)flash扇區(qū)的擦除。如今的flash一般都是按照扇區(qū)進(jìn)行擦除操作的。在擦除操作之前也應(yīng)該首先對(duì)扇區(qū)進(jìn)行解鎖，然后寫(xiě)擦除建立和扇區(qū)擦除命令。擦除成功后，flash中的內(nèi)容應(yīng)該是0xffff。所以為了確保成功，我們還是應(yīng)該在擦除后進(jìn)行比較，比較正確后方能進(jìn)入下一個(gè)扇區(qū)的擦除操作，否則返回擦除錯(cuò)誤標(biāo)志。 所以，對(duì)于MTD驅(qū)動(dòng)的調(diào)試，基本上就是調(diào)試寫(xiě)和擦除兩個(gè)函數(shù)。在調(diào)試過(guò)程中，我們可以在這兩個(gè)函數(shù)相應(yīng)位置加入打印語(yǔ)句來(lái)調(diào)試。為了能調(diào)試這兩個(gè)函數(shù)，我們通過(guò)在shell上輸入命令tffsDevFormat來(lái)格式化flash，tffsDevFormat最終會(huì)調(diào)用mx29lvErase和 mx29lvWrite函數(shù)，如果成功就會(huì)返回0，否則返回-1。當(dāng)然也可以調(diào)用tffsDevCreate函數(shù)來(lái)驗(yàn)證我們的寫(xiě)和擦除函數(shù)的正確性。圖2 說(shuō)明了tffsDevCreate調(diào)用過(guò)程。

在shell上利用tffsShow來(lái)驗(yàn)證mx29lvMtdIdentiy。 %26;#232; tffsShow 0: socket=RFA: type=0x2249, unitSize=0x10000, mediaSize=0x1f0000 value = 49 = 0x31 = "1" 說(shuō)明已正確識(shí)別到MX29LV160BT設(shè)備，設(shè)備號(hào)為0x2249。 三、 建立TFFS設(shè)備 1、掛接設(shè)備名 MTD驅(qū)動(dòng)調(diào)試成功后，我們就可以給flash設(shè)備掛接上dos設(shè)備名，如下操作： 格式化： %26;#232; tffsDevFormat value = 1 %26;#232; usrTffsConfig 0,0,”/tffs0” value = 0 然后通過(guò)devs來(lái)查看掛接的設(shè)備名。 %26;#232; devs drv name 0 /null 1 /tyCo/0 1 /tyCo/1 5 host: 6 /pty/rlogin.S 7 /pty/rlogin.M 3 /tffs0/ 8 /vio value = 25 = 0x19 看到/tffs0/說(shuō)明掛接設(shè)備已經(jīng)成功，接下來(lái)就可以利用dosFs文件系統(tǒng)相關(guān)命令來(lái)操作flash了。如，ls、copy等。 2、從Flash中啟動(dòng)并下載VxWorks映像 要從flash中下載VxWorks映像，首先需要把VxWorks映像拷貝到flash中，在shell中的操作命令為copy “VxWorks”,”/tffs0/VxWorks”，然后修改config.h文件中引導(dǎo)行，如下： #define DEFAULT_BOOT_LINE "tffs=0,0(0,0)host:/tffs0/VxWorks h=192.168.0.153 e=192.168.0.154 u=target pw=target o=cpm" 修改完后，重新編譯生成bootrom_uncmp.bin，并把它燒寫(xiě)到flash中(注意：該flash與上面建立TFFS文件系統(tǒng)的flash不一樣，它并沒(méi)有建立文件系統(tǒng))。然后重新啟動(dòng)，即可看到如下啟動(dòng)畫(huà)面： boot device : tffs=0,0 unit number : 0 processor number : 0 host name : host file name : /tffs0/VxWorks inet on ethernet (e) : 192.168.0.154 host inet (h) : 192.168.0.153 user (u) : target ftp password (pw) : target flags (f) : 0x0 other (o) : cpm Attaching to TFFS... done. Loading /tffs0/VxWorks...894304 Starting at 0x10000... Development System VxWorks version 5.5.1 KERNEL: WIND version 2.6 Copyright Wind River Systems, Inc., 1984-2003 CPU: Motorola ADS - PowerPC 860. Processor #0. Memory Size: 0x1000000. BSP version 1.2/5. WDB Comm Type: WDB_COMM_END WDB: Ready. 到此，說(shuō)明引導(dǎo)成功。flash整個(gè)TFFS文件系統(tǒng)就已經(jīng)建立成功。 四、 結(jié)論 VxWorks操作系統(tǒng)中支持TFFS文件系統(tǒng)，我們將VxWorks映像作為文件放到flash上，這就有利于開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)更新應(yīng)用程序而不需要影響bootrom，直接更新VxWorks映像或者將應(yīng)用程序直接copy到flash中，然后裝載到RAM中運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) 1 VxWorks 5.5 Programmer’s Guide.