uClinux下Nor Flash的JFFS2文件

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。

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。而作為專門運(yùn)行于沒有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盤的方法來保存，但當(dāng)系統(tǒng)掉電后，ｒａｍ盤的內(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膯栴}。

ＪＦＦＳ２的底層驅(qū)動(dòng)主要完成文件系統(tǒng)對(duì)Ｆｌａｓｈ芯片的訪問控制，如讀、寫、擦除操作。在Ｌｉｎｕｘ中這部分功能是通過調(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。通過這兩個(gè)接口，就可以象讀寫普通文件一樣對(duì)ＦＬＡＳＨ設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。經(jīng)過簡(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?a target="_blank">參數(shù)對(duì)ＦＬＡＳＨ進(jìn)行讀寫或擦除。

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)目錄樹中，根目錄和／ｕｓｒ等目錄主要是讀操作，只有少量的寫操作，但是大量的讀寫操作又發(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)于本文來說，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芯片為例來介紹ＭＴＤ的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

２?。剩疲疲樱驳讓樱停裕尿?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×１６ｂｉｔ，速度為７０ｎｓ，通過１６位數(shù)據(jù)總線與ＣＰＵ交換數(shù)據(jù)，擦寫次數(shù)典型值為１０萬(wàn)次。

在＼ｌｉｎｕｘ－２．４．ｘ＼ｄｒｉｖｅｒｓ＼ｍｔｄ＼ｍａｐｓ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、讀寫函數(shù)、初始化和清除程序。設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)ＳＳＴ３９ＶＦ１６０編寫相關(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)用來保存內(nèi)核加載程序，Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核區(qū)存放的是經(jīng)過壓縮的ｕＣｌｉｎｕｘ內(nèi)核，應(yīng)用區(qū)則用來保存用戶的數(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)＼ｍｔｄ＼ｍａｐｓ＼Ｍａｋｅｆｉｌｅ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＼ｍｔｄ＼ｍｔｄ．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?？砂匆韵路绞皆黾樱模牛郑桑茫牛幽繕?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)備來說，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。