uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統(tǒng)構建

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。 關鍵詞：uClinux;Nor Flash;MTD;JFFS2;文件系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)正隨著Internet的發(fā)展而在各個領域得到廣泛的應用，作為嵌入式應用的核心，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，還內(nèi)涵了完整的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，因此非常適于嵌入式系統(tǒng)的應用。而作為專門運行于沒有MMU的微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)，uClinux更是得到廣泛應用。 當前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，需要方便靈活的使用Flash。NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行?XIP? eXe-cute In Place，這樣應用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，因此在嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的應用。 1 JFFS2文件系統(tǒng)簡介 uClinux通常默認ROMFS作為根文件系統(tǒng)，它相對于一般的EXT2文件系統(tǒng)具有節(jié)約空間的優(yōu)點。但是ROMFS是一種只讀的文件系統(tǒng)，不支持動態(tài)擦寫保存。雖然對于需要動態(tài)保存的數(shù)據(jù)可以采用虛擬ram盤的方法來保存，但當系統(tǒng)掉電后，ram盤的內(nèi)容將全部丟失，而不能永久保存，因此需要實現(xiàn)一個可讀寫的文件系統(tǒng)。JFFS2文件系統(tǒng)便是一個很好的選擇。 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)，它在設計時充分考慮了Flash的讀寫特性和用電池供電的嵌入式系統(tǒng)的特點，在這類系統(tǒng)中必需確保在讀取文件時，如果系統(tǒng)突然掉電，其文件的可靠性不受到影響。對Red Hat的David Woodhouse進行改進后，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，當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，JFFS2會大大放慢運行速度。這是因為垃圾收集的問題。

JFFS2的底層驅(qū)動主要完成文件系統(tǒng)對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)存技術設備)驅(qū)動實現(xiàn)的。相對于常規(guī)塊設備驅(qū)動程序，使用 MTD 驅(qū)動程序的主要優(yōu)點在于 MTD 驅(qū)動程序是專門為基于閃存的設備所設計的，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相當于在硬件和上層之間提供了一個抽象的接口，可以把它理解為FLASH的設備驅(qū)動程序，它主要向上提供兩個接口：MTD字符設備和MTD塊設備。通過這兩個接口，就可以象讀寫普通文件一樣對FLASH設備進行讀寫操作。經(jīng)過簡單的配置后，MTD在系統(tǒng)啟動以后可以自動識別支持CFI或JEDEC接口的FLASH芯片，并自動采用適當?shù)拿顓?shù)對FLASH進行讀寫或擦除。 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)啟動后被掛載?？紤]到實際應用中需要動態(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(這是因為在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生大量log文件和臨時文件都放在這兩個目錄中)，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，當系統(tǒng)斷電后，該目錄所有的數(shù)據(jù)都會丟失。 綜上所述，通常在uClinux下采用的文件系統(tǒng)構成如圖1所示。對于本文來說，圖中Romfs和Ramfs兩個文件系統(tǒng)的實現(xiàn)是很方便的，主要需要實現(xiàn)的是Nor Flash的底層MTD驅(qū)動，下面就以SST39VF160芯片為例來介紹MTD的驅(qū)動設計方法。 2　JFFS2底層MTD驅(qū)動設計 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%26;#215;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10萬次。 在linux-2.4.xdriversmtdmaps目錄下，每一個文件都是一個具體的MTD原始設備的相關信息，包括該MTD原始設備的起始物理地址、大小、分區(qū)情況、讀寫函數(shù)、初始化和清除程序。設計時，需要對SST39VF160編寫相關的程序，假設為S3C4510B.C。則需要進行以下幾點操作： (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)應包括：內(nèi)核引導區(qū)、Linux內(nèi)核區(qū)、應用區(qū)。其中內(nèi)核引導區(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，應用區(qū)則用來保存用戶的數(shù)據(jù)和應用程序，該區(qū)設為我們要采用的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方面：第一是調(diào)用do map probe()檢測搜索MTD設備。通常檢測方式有兩種：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的各個分區(qū)加入mtd_table。 3　內(nèi)核相關配置的設定 3.1 內(nèi)核配置文件設置 為使內(nèi)核支持JFFS2，需在內(nèi)核配置選項菜單里選擇相關選項。首先把SST39VF160的MTD驅(qū)動加入配置菜單。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 $CONFIG_MTD_CFI 相應mtdmapsMakefile文件加入 obj_$(CONFIG_MTD_S3C4510B)+=s3c4510b.o 其次選擇Menuconfig下的配置選項。 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塊設備配置 下面是修改系統(tǒng)塊設備的主設備號。默認情況下，MTDBLOCK主設備號為31，與BLKMEM的主設備號沖突，因此 修改mtdmtd.h中 MTD BLOCK MAJOR的值為30。 接著應添加MTD設備節(jié)點到/vender/--你所使用的目標機類型--/Makefile文件中。其中字符設備的主設備號為90，次設備號為0、2、4、6...(奇數(shù)次設備號為只讀設備)，塊設備的主設備號為31，次設備號為0、1、2、3?？砂匆韵路绞皆黾覦EVICES目標： 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，可以運行內(nèi)核編譯命令make dep, make 以對內(nèi)核進行編譯。 當系統(tǒng)啟動時，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)會編譯生成JFFS2的輔助工具：mkfs.jffs2、eraseall、erase。其中mkfs.jffs2會產(chǎn)生JFFS2文件系統(tǒng)鏡像的工具，eraseall和erase用來對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)在啟動時自動掛載建好的JFFS2文件系統(tǒng)，在啟動腳本里應加入： mount -t jffs2 /dev/mtdblock2 /mnt4　結束語 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數(shù)據(jù)存儲要求不高的嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應用，因此JFFS2文件系統(tǒng)對Flash上的數(shù)據(jù)管理非常方便。對于一些高端的掌上設備來說，Nand Flash更為適合，其單元存儲密度比較高，成本較低，這樣系統(tǒng)可以在不增加成本的情況下擴大存儲容量。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。[!--empirenews.page--]