嵌入式Linux上JFFS文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 - 全文

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　　1 引言

　　近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)已成為熱點(diǎn)，而Linux作為一個(gè)自由軟件 ,也得到了極大的發(fā)展 ,嵌入式系統(tǒng)與Linux的結(jié)合，正日益被人們看好。Linux具有內(nèi)核小，效率高，源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，還內(nèi)含了完整的TCP/在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，F(xiàn)lash 芯片以相對(duì)低廉的價(jià)格提供了高可靠性和高密度的存儲(chǔ)，已成為嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。在很多嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序直接固化在Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，代碼直接在Flash上開(kāi)始運(yùn)行。

　　2 在嵌入式系統(tǒng)中使用Flash

　　當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，需要方便靈活地使用Flash，以嵌入式的Web Server為例，在運(yùn)行過(guò)程中，要求能夠動(dòng)態(tài)地保存一些數(shù)據(jù)，并且當(dāng)系統(tǒng)重新上電時(shí)，保存的數(shù)據(jù)依然存在。又比如將嵌入式處理器應(yīng)用于工控領(lǐng)域，可能整個(gè)系統(tǒng)都集成在一小塊電路板上，一些重要的工藝參數(shù)在控制過(guò)程中需要?jiǎng)討B(tài)地改變并保存，而使用硬盤(pán)等存儲(chǔ)介質(zhì)又不太現(xiàn)實(shí)，在這種場(chǎng)合下，僅僅將Flash作為保存系統(tǒng)代碼的ROM使用是“大材小用”了。需要充分發(fā)揮Flash可擦寫(xiě)的優(yōu)勢(shì)，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)態(tài)地擦寫(xiě)Flash來(lái)保存數(shù)據(jù)。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)多樣、靈活、專(zhuān)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以發(fā)揮嵌入式操作系統(tǒng)軟件復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，找到一種方便、快捷地使用Flash 的方法來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，提升系統(tǒng)性能，嵌入式Linux就提供了這樣一條捷徑。由遍布全世界的自由軟件開(kāi)發(fā)者為L(zhǎng)inux提供支持，使得在嵌入式Linux上使用Flash變的十分容易。

　　3 JFFS 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　我們使用的uClinux系統(tǒng)采用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)勢(shì)。但是ROMFS是一種只讀的文件系統(tǒng)，不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存，對(duì)于系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)只能采用虛擬ram盤(pán)的方法(ram盤(pán)使用EXT2文件系統(tǒng))。

　　針對(duì)ROMFS文件系統(tǒng)存在的問(wèn)題，我們可以使用JFFS文件系統(tǒng)(Journaling Flash File System)。JFFS文件系統(tǒng)是瑞典的Axis Communications公司(www.axis.com) 在GNU General Public License下發(fā)布的自由軟件，主要用于嵌入式Linux。只需要在自己的嵌入式Linux中加入JFFS文件系統(tǒng)并做少量的改動(dòng)，就可以使用JFFS文件系統(tǒng)。通過(guò)JFFS文件系統(tǒng)，可以用Flash來(lái)保存數(shù)據(jù)，即將Flash作為系統(tǒng)的硬盤(pán)來(lái)使用?？梢韵癫僮饔脖P(pán)上的文件一樣操作Flash芯片上的文件和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)可以實(shí)時(shí)保存到Flash芯片中，在系統(tǒng)斷電后數(shù)據(jù)仍然存儲(chǔ)在Flash芯片中。

　　作為一種EEPROM，F(xiàn)lash可分為兩種主要類(lèi)型：NOR Flash 和NAND Flash。一片沒(méi)有使用過(guò)的Flash，每一位的值都是邏輯1，對(duì)Flash的寫(xiě)操作就是將特定位的邏輯1改變?yōu)檫壿?。而擦除就是將邏輯1改變?yōu)檫壿?。Flash的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以塊(Block)為單位來(lái)組織的，F(xiàn)lash只能整塊擦除，而Flash的壽命是以擦除次數(shù)來(lái)計(jì)算的，一般是每塊100，000次。為了保證某塊不早于其他塊到達(dá)其壽命，就有必要在所有塊中盡可能地平均分配擦除次數(shù)，這就是“損耗平衡”。JFFS 文件系統(tǒng)是一種“追加式”的文件系統(tǒng)，新的數(shù)據(jù)總是被追加到上次寫(xiě)入數(shù)據(jù)的后面。這種“追加式”的結(jié)構(gòu)就自然實(shí)現(xiàn)了“損耗平衡”。

　　要加入JFFS文件系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)Linux下對(duì)Flash芯片的驅(qū)動(dòng)，Axis Communications公司提供了實(shí)現(xiàn)代碼。在這個(gè)系統(tǒng)中，代碼包括uClinux/linux/drivers/block/flash.c 和uClinux/linux/include/linux/flash.h。

　　在flash.c中的設(shè)備初始化函數(shù) flash—init()里，將Flash作為塊設(shè)備向系統(tǒng)注冊(cè)：

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　　4　開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

　　這里采用的是宿主機(jī)+目標(biāo)板的開(kāi)發(fā)模式，宿主機(jī)為PC+redhat7.2 ，目標(biāo)板為Motorola Coldfire5272+uClinux, uClinux版本為2.0.38，在宿主機(jī)上將uClinux和應(yīng)用程序編譯后，下載到目標(biāo)板的Flash中運(yùn)行。我們使用的Flash是2片AMD AM29LV160BT，大小為2M字節(jié)，工作在16bit雙字節(jié)模式。對(duì)于Motorola Coldfire5272，其RAM、Flash、外設(shè)I/O 參與統(tǒng)一平坦編碼，也沒(méi)有地址變換。2片F(xiàn)lash的地址范圍設(shè)置為：0xffb00000-0xffcfffff 和0xffd00000-0xffefffff。每片F(xiàn)lash共有35個(gè)扇區(qū)，除前四個(gè)扇區(qū)不規(guī)則，大小分別為：16K，8K，8K，32K 外，剩余31個(gè)扇區(qū)均為64K字節(jié)大小。?

　　5　實(shí)現(xiàn)JFFS 文件系統(tǒng)的實(shí)例

　　為實(shí)現(xiàn)Flash上的JFFS文件系統(tǒng)，需要在內(nèi)核中加入對(duì)JFFS文件系統(tǒng)和Flash設(shè)備的支持;針對(duì)具體的Flash 芯片修改設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;生成設(shè)備節(jié)點(diǎn)并將JFFS文件系統(tǒng)掛接到Flash 設(shè)備上。

　　5.1在內(nèi)核中加入對(duì)JFFS文件系統(tǒng)和Flash 設(shè)備的支持

　　標(biāo)準(zhǔn) Linux可以模塊的形式加載各種類(lèi)型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，要求在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中編制兩個(gè)入口點(diǎn)：init—module() 和 cleanup—module() ; uClinux 2.0 內(nèi)核不支持內(nèi)核模塊 LKM(loadable kernel modules),設(shè)備驅(qū)動(dòng)及文件系統(tǒng)要靜態(tài)地編譯進(jìn)內(nèi)核。我們需要：?

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　　完成上述修改并編譯后，JFFS文件系統(tǒng)和Flash設(shè)備就被編譯入內(nèi)核，同時(shí)在系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)加入了對(duì)JFFS 文件系統(tǒng)和 Flash設(shè)備的初始化函數(shù)的調(diào)用。?

　　5.2針對(duì)具體設(shè)備修改Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

　　Axis Communications在發(fā)布JFFS的同時(shí)，也給出了Flash 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。此驅(qū)動(dòng)程序支持AMD，Toshiba等公司的主流系列Flash芯片，需要根據(jù)自己系統(tǒng)中具體Flash芯片的型號(hào)及配置，修改驅(qū)動(dòng)程序，使Flash設(shè)備能夠在嵌入式系統(tǒng)中正常工作。如果讀者使用的是此驅(qū)動(dòng)尚未支持的Flash芯片，只需仿照其他型號(hào)，將Flash型號(hào)加入此驅(qū)動(dòng)程序即可。

　　下面，以系統(tǒng)中的Flash為例，給出uClinux/linux/drivers/block/flash.c中需要的修改：

　　(1) 在文件的開(kāi)頭處，加入#define CONFIG—BLK—DEV—FLASH。

　　(2) 在flash—probe()，chips〔0〕.start = (unsigned char *)(0xf0200000)，這個(gè)值取決于系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)JFFS的Flash芯片的起始地址，在第2片F(xiàn)lash上實(shí)現(xiàn)JFFS ，其起始地址為0xffd00000，所以將其改為 chips〔0〕.start = (unsigned char *)(0xffd00000)，隨后，需要根據(jù)芯片型號(hào)設(shè)置4個(gè)起始扇區(qū)的大小，系統(tǒng)中Flash的型號(hào)是AM29LV160BT。以下代碼定義了起始4個(gè)扇區(qū)的大小：chip→bootsectorsize〔0〕= 0x8000; chip→bootsectorsize〔3〕 = 0x2000; chip→bootsectorsize〔0〕= 0x2000; chip→bootsectorsize〔3〕 = 0x4000。

　　我們使用的Flash起始4個(gè)扇區(qū)的大小前文已經(jīng)給出，所以需要將這4個(gè)值依次改為0x4000,0x2000,0x2000,0x8000即可。

　　(3) 在uClinux/linux/drivers/block/ll-rw-blk.c中的blk—dev—init()函數(shù)中，在flash—init()前加入flash—probe()調(diào)用執(zhí)行對(duì)flash的檢測(cè)。

　　5.3 將JFFS文件系統(tǒng)掛接到Flash設(shè)備上

　　首先在宿主機(jī)的uClinux/romfs/dev目錄下新增設(shè)備節(jié)點(diǎn)：mknod flash0 b 60 16;mknod flash1 b 60 17;mknod flash2 b 60 18。

　　在Flash芯片上建立起分區(qū)。這樣，當(dāng)重新編譯內(nèi)核并將內(nèi)核下載到Flash中后，就可以在目標(biāo)板的/dev目錄下新增Flash設(shè)備文件供我們使用，目標(biāo)板的uClinux系統(tǒng)啟動(dòng)之后，在目標(biāo)板上執(zhí)行mount-t jffs /dev/flash1/mnt，就在flash1分區(qū)上建立起了JFFS 文件系統(tǒng)，JFFS文件系統(tǒng)掛接在目標(biāo)板 /mnt目錄下，可在此掛接目錄上執(zhí)行建立、刪除目錄，文件等操作。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　開(kāi)發(fā)的實(shí)例表明，開(kāi)放源代碼的Linux在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中有極大的優(yōu)勢(shì)，借助于Linux的開(kāi)放性，我們能夠靈活快捷地開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。