uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統(tǒng)構(gòu)建

時(shí)間：2024-10-28 15:50:07 理工畢業(yè)論文我要投稿

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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ＮＯＲｆｌａｓｈ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-ｃｕｔｅＩｎＰｌａｃｅ?，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。

１ＪＦＦＳ２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)ＲｅｄＨａｔ的ＤａｖｉｄＷｏｏｄｈｏｕｓｅ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（ｍｅｍｏｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｉｃｅ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顓?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ＮｏｒＦｌａｓｈ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　ＪＦＦＳ２底層ＭＴＤ驅(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，ＮｏｒＦｌａｓｈ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

＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＮＤＯＤＤＲ０ｘ１００００００｜０ｘ０４００００００／／注意ＦＬＡＳＨ分區(qū)地址必須是ｎｏｎ－ｃａｃｈｅｂｌｅ

＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＮＤＯＷＳＩＺＥ０ｘ２０００００

＃ｄｅｆｉｎｅＢＵＳＷＩＤＴＨ２

(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：

ｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｍｔｄ_ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ３ｃ４５１０_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)″,

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