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)也為開發(fā)者和用戶升級(jí)程序提供了方便。

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)。許多開發(fā)者和用戶為了方便以后升級(jí)用戶程序，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、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，開發(fā)工具為Tornado2.2 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)訪問Flash，否則訪問Flash會(huì)失敗。如果BSP目錄下沒有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)主要是通過讀取MX29LV160BT芯片的設(shè)備和廠商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?。ㄗ止?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)總線的設(shè)備數(shù)。比如，一個(gè)32位數(shù)據(jù)總線上，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)寫到flash中。首先需要對(duì)扇區(qū)進(jìn)行解鎖，然后寫入寫命令，之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入。最后需要判斷數(shù)據(jù)是否寫完。為了確保操作成功，我們應(yīng)該在寫完每個(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)試寫和擦除兩個(gè)函數(shù)。在調(diào)試過程中，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)證我們的寫和擦除函數(shù)的正確性。圖2說明了tffsDevCreate調(diào)用過程。

在shell上利用tffsShow來(lái)驗(yàn)證mx29lvMtdIdentiy。
è    tffsShow 
0: socket=RFA: type=0x2249, unitSize=0x10000, mediaSize=0x1f0000 
value = 49 = 0x31 = "1"
說明已正確識(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：
è    tffsDevFormat 
value = 1
è    usrTffsConfig 0,0,”/tffs0”
value = 0
然后通過devs來(lái)查看掛接的設(shè)備名。
è    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，這就有利于開發(fā)者和用戶更新應(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。