在嵌入式Linux上實(shí)現(xiàn)JFFS文件系統(tǒng)

摘要：本文通過在嵌入式操作系統(tǒng)uClinux上實(shí)現(xiàn)可讀寫JFFS文件系統(tǒng)的實(shí)例，介紹了在嵌入式系統(tǒng)中使用Flash芯片的方法。

關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng);uClinux;Flash;JFFS文件系統(tǒng)

0? 引言
??? 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)已成為熱點(diǎn)，而Linux作為一個(gè)自由軟件 ,也得到了極大的發(fā)展 ,嵌入式系統(tǒng)與Linux的結(jié)合，正日益被人們看好。Linux具有內(nèi)核小，效率高，源代碼開放等優(yōu)點(diǎn)，還內(nèi)含了完整的tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，很適合在嵌入式系統(tǒng)中使用。作為專門為嵌入式微處理器定制的小型化Linux，uClinux正是嵌入式Linux的優(yōu)秀代表。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，F(xiàn)lash 芯片以相對(duì)低廉的價(jià)格提供了高可靠性和高密度的存儲(chǔ)，已成為嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。在很多嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序直接固化在Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，代碼直接在Flash上開始運(yùn)行。

1? 在嵌入式系統(tǒng)中使用Flash
??? 當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，需要方便靈活地使用Flash，以嵌入式的Web Server為例，在運(yùn)行過程中，要求能夠動(dòng)態(tài)地保存一些數(shù)據(jù)，并且當(dāng)系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，保存的數(shù)據(jù)依然存在。又比如將嵌入式處理器應(yīng)用于工控領(lǐng)域，可能整個(gè)系統(tǒng)都集成在一小塊電路板上，一些重要的工藝參數(shù)在控制過程中需要?jiǎng)討B(tài)地改變并保存，而使用硬盤等存儲(chǔ)介質(zhì)又顯得不太現(xiàn)實(shí)，在這種場合下，僅僅地將Flash作為保存系統(tǒng)代碼的ROM使用是“大材小用”，我們需要充分發(fā)揮Flash可擦寫的優(yōu)勢，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，動(dòng)態(tài)地擦寫Flash來保存數(shù)據(jù)。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)多樣、靈活、專用性強(qiáng)等特點(diǎn)，人們可以發(fā)揮嵌入式操作系統(tǒng)軟件復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，找到一種方便、快捷地使用Flash 的方法來縮短開發(fā)時(shí)間，提升系統(tǒng)性能，嵌入式Linux就提供了這樣一條捷徑。由遍布全世界的自由軟件開發(fā)者為Linux提供支持，使得在嵌入式linux上使用Flash變的十分容易。

2? JFFS 文件系統(tǒng)簡介
??? 我們使用的uClinux系統(tǒng)采用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)勢。但是ROMFS是一種只讀的文件系統(tǒng)，不支持動(dòng)態(tài)擦寫保存，對(duì)于系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)只能采用虛擬ram盤的方法（ram盤使用EXT2文件系統(tǒng)）。
??? 針對(duì)ROMFS文件系統(tǒng)存在的問題，我們可以使用JFFS文件系統(tǒng)（Journaling Flash File System）。JFFS文件系統(tǒng)是瑞典的Axis Communications公司 (www.axis.com) 在GNU General Public License下發(fā)布的自由軟件，主要用于嵌入式Linux。我們只需要在自己的嵌入式Linux中加入JFFS文件系統(tǒng)并做少量的改動(dòng)，就可以使用JFFS文件系統(tǒng)。通過JFFS文件系統(tǒng)，可以用Flash來保存數(shù)據(jù)，即將Flash作為系統(tǒng)的硬盤來使用?？梢韵癫僮饔脖P上的文件一樣操作Flash芯片上的文件和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)可以實(shí)時(shí)保存到Flash芯片中，在系統(tǒng)斷電后數(shù)據(jù)仍然存儲(chǔ)在Flash芯片中。
??? 作為一種EEPROM，F(xiàn)lash可分為兩種主要類型：NOR Flash 和NAND Flash。一片沒有使用過的Flash，每一位的值都是邏輯1，對(duì)Flash的寫操作就是將特定位的邏輯1改變?yōu)檫壿?。而擦除就是將邏輯1改變?yōu)檫壿?。Flash的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以塊（Block）為單位來組織的，F(xiàn)lash只能整塊擦除，而Flash的壽命是以擦除次數(shù)來計(jì)算的，一般是每塊100，000次。為了保證某塊不早于其他塊到達(dá)其壽命，就有必要將在所有塊中盡可能地平均分配擦除次數(shù)，這就是“損耗平衡”。JFFS 文件系統(tǒng)是一種“追加式”的文件系統(tǒng)，新的數(shù)據(jù)總是被追加到上次寫入數(shù)據(jù)的后面。這種“追加式”的結(jié)構(gòu)就自然實(shí)現(xiàn)了“損耗平衡”。
要加入JFFS文件系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)Linux下對(duì)Flash芯片的驅(qū)動(dòng)，Axis Communications公司提供了實(shí)現(xiàn)代碼。在筆者的系統(tǒng)中，代碼包括uClinux/linux/drivers/block/flash.c 和uClinux/linux/include/linux/flash.h。
??? 在flash.c中的設(shè)備的初始化函數(shù) flash_init()里，將Flash作為塊設(shè)備向系統(tǒng)注冊(cè)。
#ifdef? CONFIG_BLK_DEV_FLASH ?/* 向內(nèi)核注冊(cè)，主設(shè)備號(hào)MAJOR_NR=60 */
?if(register_blkdev(MAJOR_NR, DEVICE_NAME, &flash_block_fops )) {
??printk(KERN_ERR DEVICE_NAME ": Unable to get major %d ",
???????? MAJOR_NR);
??return -EBUSY;
?}
/*注冊(cè)實(shí)際的塊I/O 操作及設(shè)備大小和塊大小 */
?blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;
?blk_size[MAJOR_NR] = flash_sizes;
?blksize_size[MAJOR_NR] = flash_blk_sizes;
?read_ahead[MAJOR_NR] = 1;
?printk("Flash/ROM block device v2.1, (c) 1999 Axis Communications AB ");
#endif

3? 開發(fā)環(huán)境簡介
??? 我們采用的是宿主機(jī)+目標(biāo)板的開發(fā)模式，宿主機(jī)為PC+redhat7.2 ，目標(biāo)板為Motorola Coldfire5272+uClinux, uClinux版本為2.0.38，在宿主機(jī)上將uClinux和應(yīng)用程序編譯后，下載到目標(biāo)板的Flash中運(yùn)行。我們使用的Flash是2片AMD AM29LV160BT，大小為2M字節(jié)，工作在16bit雙字節(jié)模式。對(duì)于Motorola Coldfire5272，其RAM，F(xiàn)lash，外設(shè)I/O 參與統(tǒng)一平坦編碼，也沒有地址變換。2片F(xiàn)LASH的地址范圍設(shè)置為：0xffb00000-0xffcfffff 和0xffd00000-0xffefffff。每片F(xiàn)LASH共有共35個(gè)扇區(qū)，除前四個(gè)扇區(qū)不規(guī)則，大小分別為：16K，8K，8K，32K 外，剩余31個(gè)扇區(qū)均為64K字節(jié)大小。

4? 實(shí)現(xiàn)JFFS 文件系統(tǒng)的實(shí)例
??? 為實(shí)現(xiàn)Flash上的JFFS文件系統(tǒng)，我們需要：在內(nèi)核中加入對(duì)JFFS文件系統(tǒng)和Flash設(shè)備的支持；針對(duì)具體的Flash 芯片修改設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；生成設(shè)備節(jié)點(diǎn)并將JFFS文件系統(tǒng)掛接到Flash 設(shè)備上。
4.1? 在內(nèi)核中加入對(duì)JFFS文件系統(tǒng)和FLASH 設(shè)備的支持
??? 標(biāo)準(zhǔn) Linux可以以模塊的形式加載各種類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，要求在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中編制兩個(gè)入口點(diǎn)：init_module() 和 cleanup_module() ; uClinux 2.0 內(nèi)核不支持內(nèi)核模塊 LKM（loadable kernel modules）,設(shè)備驅(qū)動(dòng)及文件系統(tǒng)要靜態(tài)地編譯進(jìn)內(nèi)核。我們需要：

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