uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系统构建
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:383
摘要：目前的嵌入式系统多使用flash作为主存，因此，如何有效管理flash上的数据非常重要。文章以sst39vf160芯片为例，讨论了在nor flash上建立ｕclinux的jffs2文件系统的一般步骤，从而为flash上的数据管理提供了理想的选择方式。
关键词：ｕclinux；nor flash；mtd；jffs2；文件系统
嵌入式系统正随着ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展而在各个领域得到广泛的应用，作为嵌入式应用的核心，嵌入式ｌｉｎｕｘ以其自由软件特性正日益被人们看好。ｌｉｎｕｘ具有内核小、效率高、源代码开放等优点，还内涵了完整的ｔｃｐ／ｉｐ网络协议，因此非常适于嵌入式系统的应用。而作为专门运行于没有ｍｍｕ的微处理器的嵌入式操作系统，ｕｃｌｉｎｕｘ更是得到广泛应用。
当前的嵌入式系统开发，需要方便灵活的使用ｆｌａｓｈ。ｎｏｒ和ｎａｎｄ是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。ｉｎｔｅｌ于１９８８年首先开发出ｎｏｒ ｆｌａｓｈ技术，彻底改变了原先由ｅｐｒｏｍ和ｅｅｐｒｏｍ一统天下的局面。ｎｏｒ的特点是芯片内执行ｘｉｐ ｅｘｅ-ｃｕｔｅ ｉｎ ｐｌａｃｅ，这样应用程序可以直接在ｆｌａｓｈ闪存内运行，不必再把代码读到系统ｒａｍ中。ｎｏｒ的传输效率很高，在１～４ｍｂ的小容量时具有很高的成本效益，因此在嵌入式系统得到广泛的应用。
１ ｊｆｆｓ２文件系统简介
ｕｃｌｉｎｕｘ通常默认ｒｏｍｆｓ作为根文件系统，它相对于一般的ｅｘｔ２文件系统具有节约空间的优点。但是ｒｏｍｆｓ是一种只读的文件系统，不支持动态擦写保存。虽然对于需要动态保存的数据可以采用虚拟ｒａｍ盘的方法来保存，但当系统掉电后，ｒａｍ盘的内容将全部丢失，而不能永久保存，因此需要实现一个可读写的文件系统。ｊｆｆｓ２文件系统便是一个很好的选择。
ｊｆｆｓ文件系统是瑞典ａｘｉｓ通信公司开发的一种基于ｆｌａｓｈ的日志文件系统，它在设计时充分考虑了ｆｌａｓｈ的读写特性和用电池供电的嵌入式系统的特点，在这类系统中必需确保在读取文件时，如果系统突然掉电，其文件的可靠性不受到影响。对ｒｅｄ ｈａｔ的ｄａｖｉｄ ｗｏｏｄｈｏｕｓｅ进行改进后，形成了ｊｆｆｓ２。主要改善了存取策略以提高ｆｌａｓｈ的抗疲劳性，同时也优化了碎片整理性能，增加了数据压缩功能。需要注意的是，当文件系统已满或接近满时，ｊｆｆｓ２会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题。
ｊｆｆｓ２的底层驱动主要完成文件系统对ｆｌａｓｈ芯片的访问控制，如读、写、擦除操作。在ｌｉｎｕｘ中这部分功能是通过调用ｍｔｄ（ｍｅｍｏｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｉｃｅ内存技术设备）驱动实现的。相对于常规块设备驱动程序，使用 ｍｔｄ 驱动程序的主要优点在于 ｍｔｄ 驱动程序是专门为基于闪存的设备所设计的，所以它们通常有更好的支持、更好的管理和更好的基于扇区的擦除和读写操作的接口。ｍｔｄ相当于在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口，可以把它理解为ｆｌａｓｈ的设备驱动程序，它主要向上提供两个接口：ｍｔｄ字符设备和ｍｔｄ块设备。通过这两个接口，就可以象读写普通文件一样对ｆｌａｓｈ设备进行读写操作。经过简单的配置后，ｍｔｄ在系统启动以后可以自动识别支持ｃｆｉ或ｊｅｄｅｃ接口的ｆｌａｓｈ芯片，并自动采用适当的命令参数对ｆｌａｓｈ进行读写或擦除。
ｊｆｆｓ２在ｕｃｌｉｎｕｘ中有两种使用方式，一种是作为根文件系统，另一种是作为普通文件系统在系统启动后被挂载。考虑到实际应用中需要动态保存的数据并不多，且在ｌｉｎｕｘ系统目录树中，根目录和／ｕｓｒ等目录主要是读操作，只有少量的写操作，但是大量的读写操作又发生在／ｖａｒ和／ｔｍｐ目录（这是因为在系统运行过程中产生大量ｌｏｇ文件和临时文件都放在这两个目录中），因此，通常选用后一种方式。根文件指的是ｒｏｍｆｓ、ｖａｒ和／ｔｍｐ，目录采用ｒａｍｆｓ，当系统断电后，该目录所有的数据都会丢失。
综上所述，通常在ｕｃｌｉｎｕｘ下采用的文件系统构成如图１所示。对于本文来说，图中ｒｏｍｆｓ和ｒａｍｆｓ两个文件系统的实现是很方便的，主要需要实现的是ｎｏｒ ｆｌａｓｈ的底层ｍｔｄ驱动，下面就以ｓｓｔ３９ｖｆ１６０芯片为例来介绍ｍｔｄ的驱动设计方法。
２ ｊｆｆｓ２底层ｍｔｄ驱动设计
摘要：目前的嵌入式系统多使用flash作为主存，因此，如何有效管理flash上的数据非常重要。文章以sst39vf160芯片为例，讨论了在nor flash上建立ｕclinux的jffs2文件系统的一般步骤，从而为flash上的数据管理提供了理想的选择方式。
关键词：ｕclinux；nor flash；mtd；jffs2；文件系统
嵌入式系统正随着ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展而在各个领域得到广泛的应用，作为嵌入式应用的核心，嵌入式ｌｉｎｕｘ以其自由软件特性正日益被人们看好。ｌｉｎｕｘ具有内核小、效率高、源代码开放等优点，还内涵了完整的ｔｃｐ／ｉｐ网络协议，因此非常适于嵌入式系统的应用。而作为专门运行于没有ｍｍｕ的微处理器的嵌入式操作系统，ｕｃｌｉｎｕｘ更是得到广泛应用。
当前的嵌入式系统开发，需要方便灵活的使用ｆｌａｓｈ。ｎｏｒ和ｎａｎｄ是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。ｉｎｔｅｌ于１９８８年首先开发出ｎｏｒ ｆｌａｓｈ技术，彻底改变了原先由ｅｐｒｏｍ和ｅｅｐｒｏｍ一统天下的局面。ｎｏｒ的特点是芯片内执行ｘｉｐ ｅｘｅ-ｃｕｔｅ ｉｎ ｐｌａｃｅ，这样应用程序可以直接在ｆｌａｓｈ闪存内运行，不必再把代码读到系统ｒａｍ中。ｎｏｒ的传输效率很高，在１～４ｍｂ的小容量时具有很高的成本效益，因此在嵌入式系统得到广泛的应用。
１ ｊｆｆｓ２文件系统简介
ｕｃｌｉｎｕｘ通常默认ｒｏｍｆｓ作为根文件系统，它相对于一般的ｅｘｔ２文件系统具有节约空间的优点。但是ｒｏｍｆｓ是一种只读的文件系统，不支持动态擦写保存。虽然对于需要动态保存的数据可以采用虚拟ｒａｍ盘的方法来保存，但当系统掉电后，ｒａｍ盘的内容将全部丢失，而不能永久保存，因此需要实现一个可读写的文件系统。ｊｆｆｓ２文件系统便是一个很好的选择。
ｊｆｆｓ文件系统是瑞典ａｘｉｓ通信公司开发的一种基于ｆｌａｓｈ的日志文件系统，它在设计时充分考虑了ｆｌａｓｈ的读写特性和用电池供电的嵌入式系统的特点，在这类系统中必需确保在读取文件时，如果系统突然掉电，其文件的可靠性不受到影响。对ｒｅｄ ｈａｔ的ｄａｖｉｄ ｗｏｏｄｈｏｕｓｅ进行改进后，形成了ｊｆｆｓ２。主要改善了存取策略以提高ｆｌａｓｈ的抗疲劳性，同时也优化了碎片整理性能，增加了数据压缩功能。需要注意的是，当文件系统已满或接近满时，ｊｆｆｓ２会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题。
ｊｆｆｓ２的底层驱动主要完成文件系统对ｆｌａｓｈ芯片的访问控制，如读、写、擦除操作。在ｌｉｎｕｘ中这部分功能是通过调用ｍｔｄ（ｍｅｍｏｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｉｃｅ内存技术设备）驱动实现的。相对于常规块设备驱动程序，使用 ｍｔｄ 驱动程序的主要优点在于 ｍｔｄ 驱动程序是专门为基于闪存的设备所设计的，所以它们通常有更好的支持、更好的管理和更好的基于扇区的擦除和读写操作的接口。ｍｔｄ相当于在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口，可以把它理解为ｆｌａｓｈ的设备驱动程序，它主要向上提供两个接口：ｍｔｄ字符设备和ｍｔｄ块设备。通过这两个接口，就可以象读写普通文件一样对ｆｌａｓｈ设备进行读写操作。经过简单的配置后，ｍｔｄ在系统启动以后可以自动识别支持ｃｆｉ或ｊｅｄｅｃ接口的ｆｌａｓｈ芯片，并自动采用适当的命令参数对ｆｌａｓｈ进行读写或擦除。
ｊｆｆｓ２在ｕｃｌｉｎｕｘ中有两种使用方式，一种是作为根文件系统，另一种是作为普通文件系统在系统启动后被挂载。考虑到实际应用中需要动态保存的数据并不多，且在ｌｉｎｕｘ系统目录树中，根目录和／ｕｓｒ等目录主要是读操作，只有少量的写操作，但是大量的读写操作又发生在／ｖａｒ和／ｔｍｐ目录（这是因为在系统运行过程中产生大量ｌｏｇ文件和临时文件都放在这两个目录中），因此，通常选用后一种方式。根文件指的是ｒｏｍｆｓ、ｖａｒ和／ｔｍｐ，目录采用ｒａｍｆｓ，当系统断电后，该目录所有的数据都会丢失。
综上所述，通常在ｕｃｌｉｎｕｘ下采用的文件系统构成如图１所示。对于本文来说，图中ｒｏｍｆｓ和ｒａｍｆｓ两个文件系统的实现是很方便的，主要需要实现的是ｎｏｒ ｆｌａｓｈ的底层ｍｔｄ驱动，下面就以ｓｓｔ３９ｖｆ１６０芯片为例来介绍ｍｔｄ的驱动设计方法。
２ ｊｆｆｓ２底层ｍｔｄ驱动设计
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