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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具有內核小、效率高、源代碼開放等優(yōu)點，還內涵了完整的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的特點是芯片內執(zhí)行?ＸＩＰ? ｅＸｅ-ｃｕｔｅ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ?，這樣應用程序可以直接在ｆｌａｓｈ閃存內運行，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。(范文先生網(wǎng)www.panasonaic.com收集整理)
ＪＦＦＳ２的底層驅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用ＭＴＤ（ｍｅｍｏｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｉｃｅ內存技術設備）驅動實現(xiàn)的。相對于常規(guī)塊設備驅動程序，使用 ＭＴＤ 驅動程序的主要優(yōu)點在于 ＭＴＤ 驅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。考慮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驅動，下面就以ＳＳＴ３９ＶＦ１６０芯片為例來介紹ＭＴＤ的驅動設計方法。
２�。剩疲疲樱驳讓樱停裕尿寗釉O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×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)
典型的內存分區(qū)應包括：內核引導區(qū)、Ｌｉｎｕｘ內核區(qū)、應用區(qū)。其中內核引導區(qū)用來保存內核加載程序，Ｌｉｎｕｘ內核區(qū)存放的是經(jīng)過壓縮的ｕＣｌｉｎｕｘ內核，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用ａｄｄ_ｍｔｄ_ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ()以將ｙｏｕｒ_ｐａｒｔｉｔｏｎ的各個分區(qū)加入ｍｔｄ_ｔａｂｌｅ。
３ 內核相關配置的設定
３．１ 內核配置文件設置
為使內核支持ＪＦＦＳ２，需在內核配置選項菜單里選擇相關選項。首先把ＳＳＴ３９ＶＦ１６０的ＭＴＤ驅動加入配置菜單。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＼ｍｔｄ＼ｍａｐｓ＼Ｍａｋｅｆｉｌｅ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 ａｃｃｅｓ
ｓ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＼ｍｔｄ＼ｍｔｄ．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�？砂匆韵路绞皆黾樱模牛郑桑茫牛幽繕耍�
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，可以運行內核編譯命令ｍａｋｅ ｄｅｐ, ｍａｋｅ 以對內核進行編譯。
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。
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