基于ARM的嵌入式文件系統(tǒng)YAFFS的移植

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閃存設計的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲設備.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)采用目標機+宿主機開發(fā)模式，目標平臺是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設備和手持設備等專門開發(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系統(tǒng)中.

該目標板的主要系統(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,不支持設備文件系統(tǒng),可以在 /dev目錄下手動添加設備結(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 閃存設計的嵌入式文件系統(tǒng)，是一種類似于 JFFS/JFFS2 的專門為 Flash 設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的應用場合設計的，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。 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，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/

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6 配置和編譯內(nèi)核

1．選中對MTD(memory technology device內(nèi)存技術設備)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設備（ROM、flash）的Linux的子系統(tǒng).MTD可以使新的memory設備的驅(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)新之處是在當前嵌入式應用中比較新的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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