uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統構建

摘要：目前的嵌入式系統多使用FLASH作為主存，因此，如何有效管理FLASH上的數據非常重要。文章以SST39VF160芯片為例，討論了在Nor Flash上建立ｕClinux的JFFS2文件系統的一般步驟，從而為FLASH上的數據管理提供了理想的選擇方式。

嵌入式系統正隨著(zhù)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的發(fā)展而在各個(gè)領(lǐng)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(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，還內涵了完整的ＴＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，因此非常適于嵌入式系統的應用。而作為專(zhuān)門(mén)運行于沒(méi)有ＭＭＵ的微處理器的嵌入式操作系統，ｕＣｌｉｎｕｘ更是得到廣泛應用。

當前的嵌入式系統開(kāi)發(fā)，需要方便靈活的使用Ｆｌａｓｈ。ＮＯＲ和ＮＡＮＤ是現在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Ｉｎｔｅｌ于１９８８年首先開(kāi)發(fā)出ＮＯＲ ｆｌａｓｈ技術(shù)，徹底改變了原先由ＥＰＲＯＭ和ＥＥＰＲＯＭ一統天下的局面。ＮＯＲ的特點(diǎn)是芯片內執行?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，因此在嵌入式系統得到廣泛的應用。

１ ＪＦＦＳ２文件系統簡(jiǎn)介

ｕＣｌｉｎｕｘ通常默認ＲＯＭＦＳ作為根文件系統，它相對于一般的ＥＸＴ２文件系統具有節約空間的優(yōu)點(diǎn)。但是ＲＯＭＦＳ是一種只讀的文件系統，不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存。雖然對于需要動(dòng)態(tài)保存的數據可以采用虛擬ｒａｍ盤(pán)的方法來(lái)保存，但當系統掉電后，ｒａｍ盤(pán)的內容將全部丟失，而不能永久保存，因此需要實(shí)現一個(gè)可讀寫(xiě)的文件系統。ＪＦＦＳ２文件系統便是一個(gè)很好的選擇。

ＪＦＦＳ文件系統是瑞典Ａｘｉｓ通信公司開(kāi)發(fā)的一種基于Ｆｌａｓｈ的日志文件系統，它在設計時(shí)充分考慮了Ｆｌａｓｈ的讀寫(xiě)特性和用電池供電的嵌入式系統的特點(diǎn)，在這類(lèi)系統中必需確保在讀取文件時(shí)，如果系統突然掉電，其文件的可靠性不受到影響。對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，增加了數據壓縮功能。需要注意的是，當文件系統已滿(mǎn)或接近滿(mǎn)時(shí)，ＪＦＦＳ２會(huì )大大放慢運行速度。這是因為垃圾收集的問(wèn)題。

ＪＦＦＳ２的底層驅動(dòng)主要完成文件系統對Ｆｌａｓｈ芯片的訪(fǎng)問(wèn)控制，如讀、寫(xiě)、擦除操作。在Ｌｉｎｕｘ中這部分功能是通過(guò)調用ＭＴＤ（ｍｅｍｏｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｉｃｅ內存技術(shù)設備）驅動(dòng)實(shí)現的。相對于常規塊設備驅動(dòng)程序，使用 ＭＴＤ 驅動(dòng)程序的主要優(yōu)點(diǎn)在于 ＭＴＤ 驅動(dòng)程序是專(zhuān)門(mén)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的擦除和讀寫(xiě)操作的接口。ＭＴＤ相當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的設備驅動(dòng)程序，它主要向上提供兩個(gè)接口：ＭＴＤ字符設備和ＭＴＤ塊設備。通過(guò)這兩個(gè)接口，就可以象讀寫(xiě)普通文件一樣對ＦＬＡＳＨ設備進(jìn)行讀寫(xiě)操作。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置后，ＭＴＤ在系統啟動(dòng)以后可以自動(dòng)識別支持ＣＦＩ或ＪＥＤＥＣ接口的ＦＬＡＳＨ芯片，并自動(dòng)采用適當的命令參數對ＦＬＡＳＨ進(jìn)行讀寫(xiě)或擦除。

ＪＦＦＳ２在ｕＣｌｉｎｕｘ中有兩種使用方式，一種是作為根文件系統，另一種是作為普通文件系統在系統啟動(dòng)后被掛載�？紤]到實(shí)際應用中需要動(dòng)態(tài)保存的數據并不多，且在Ｌｉｎｕｘ系統目錄樹(shù)中，根目錄和／ｕｓｒ等目錄主要是讀操作，只有少量的寫(xiě)操作，但是大量的讀寫(xiě)操作又發(fā)生在／ｖａｒ和／ｔｍｐ目錄（這是因為在系統運行過(guò)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，當系統斷電后，該目錄所有的數據都會(huì )丟失。

綜上所述，通常在ｕＣｌｉｎｕｘ下采用的文件系統構成如圖１所示。對于本文來(lái)說(shuō)，圖中Ｒｏｍｆｓ和Ｒａｍｆｓ兩個(gè)文件系統的實(shí)現是很方便的，主要需要實(shí)現的是Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ的底層ＭＴＤ驅動(dòng)，下面就以ＳＳＴ３９ＶＦ１６０芯片為例來(lái)介紹ＭＴＤ的驅動(dòng)設計方法。

２�。剩疲疲樱驳讓樱停裕尿寗�(dòng)設計

本文采用的系統以三星公司的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(guò)１６位數據總線(xiàn)與ＣＰＵ交換數據，擦寫(xiě)次數典型值為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原始設備的相關(guān)信息，包括該ＭＴＤ原始設備的起始物理地址、大小、分區情況、讀寫(xiě)函數、初始化和清除程序。設計時(shí)，需要對ＳＳＴ３９ＶＦ１６０編寫(xiě)相關(guān)的程序，假設為Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ．Ｃ。則需要進(jìn)行以下幾點(diǎn)操作：

(１) 定義ＳＳＴ３９ＶＦ１６０在系統中的起始地址、大小、總線(xiàn)寬度

＃ｄｅｆｉｎｅ ＷＩＮＤＯ ＤＤＲ ０ｘ１００００００｜０ｘ０４００００００ ／／注意ＦＬＡＳＨ分區地址必須是ｎｏｎ－ｃａｃｈｅｂｌｅ

＃ｄｅｆｉｎｅ ＷＩＮＤＯＷ ＳＩＺＥ ０ｘ２０００００

＃ｄｅｆｉｎｅ ＢＵＳＷＩＤＴＨ ２

(２) 定義ＳＳＴ３９ＶＦ１６０分區

典型的內存分區應包括：內核引導區、Ｌｉｎｕｘ內核區、應用區。其中內核引導區用來(lái)保存內核加載程序，Ｌｉｎｕｘ內核區存放的是經(jīng)過(guò)壓縮的ｕＣｌｉｎｕｘ內核，應用區則用來(lái)保存用戶(hù)的數據和應用程序，該區設為我們要采用的ＪＦＦＳ２文件系統。具體如下：

ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔ ｍｔｄ_ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｓ３ｃ４５１０_ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ[]＝{

{

ｎａｍｅ: ″ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ(１２８Ｋ)″,

ｓｉｚｅ: ０ｘ２００００,

ｏｆｆｓｅｔ: ０ｘ００００,

ｍａｓｋ_ｆｌａｇｓ:ＭＴＤ_ＷＲＩＴＥＡＢＬＥ ／／設置成只讀區域

},

{

ｎａｍｅ: ″ｕＣｌｉｎｕｘ_ｋｅｒｎｅｌ(８３２Ｋ)″,

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