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
本文采用的系统以三星公司的ＳＮＤ－１００为母板，ＣＰＵ为ＡＲＭ７ＴＤＭＩ芯片Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ，１６Ｍ的ＳＤＲＡＭ，Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ为ＳＳＴ３９ＶＦ１６０，容量为１Ｍ×１６ｂｉｔ，速度为７０ｎｓ，通过１６位数据总线与ＣＰＵ交换数据，擦写次数典型值为１０万次。
在＼ｌｉｎｕｘ－２．４．ｘ＼ｄｒｉｖｅｒｓ＼ｍｔｄ＼ｍａｐｓ目录下，每一个文件都是一个具体的ＭＴＤ原始设备的相关信息，包括该ＭＴＤ原始设备的起始物理地址、大小、分区情况、读写函数、初始化和清除程序。设计时，需要对ＳＳＴ３９ＶＦ１６０编写相关的程序，假设为Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ．Ｃ。则需要进行以下几点操作：
(１) 定义ＳＳＴ３９ＶＦ１６０在系统中的起始地址、大小、总线宽度
＃ｄｅｆｉｎｅ ＷＩＮＤＯ ＤＤＲ ０ｘ１００００００｜０ｘ０４００００００ ／／注意ＦＬＡＳＨ分区地址必须是ｎｏｎ－ｃａｃｈｅｂｌｅ
＃ｄｅｆｉｎｅ ＷＩＮＤＯＷ ＳＩＺＥ ０ｘ２０００００
＃ｄｅｆｉｎｅ ＢＵＳＷＩＤＴＨ ２
(２) 定义ＳＳＴ３９ＶＦ１６０分区
典型的内存分区应包括：内核引导区、Ｌｉｎｕｘ内核区、应用区。其中内核引导区用来保存内核加载程序，Ｌｉｎｕｘ内核区存放的是经过压缩的ｕＣｌｉｎｕｘ内核，应用区则用来保存用户的数据和应用程序，该区设为我们要采用的ＪＦＦＳ２文件系统。具体如下：
ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔ ｍｔｄ_ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｓ３ｃ４５１０_ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ[]＝{
{
ｎａｍｅ: ″ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ(１２８Ｋ)″,
ｓｉｚｅ: ０ｘ２００００,
ｏｆｆｓｅｔ: ０ｘ００００,
ｍａｓｋ_ｆｌａｇｓ:ＭＴＤ_ＷＲＩＴＥＡＢＬＥ ／／设置成只读区域
},
{
ｎａｍｅ: ″ｕＣｌｉｎｕｘ_ｋｅｒｎｅｌ(８３２Ｋ)″,
ｓｉｚｅ: ０ｘｄ００００,
ｏｆｆｓｅｔ: ０ｘ２００００,
},?
{
ｎａｍｅ: ″ｊｆｆｓ２ (１０８８Ｋ)?″,
ｓｉｚｅ: ０ｘ１１００００,
ｏｆｆｓｅｔ: ０ｘｆ００００
}
};?
(３) 定义ＳＳＴ３９ＶＦ１６０字节、半字、字的读写操作函数。
(４) 初始化ＳＳＴ３９ＶＦ１６０函数ｉｎｔ_ｉｎｉｔ ｉｎｉｔ_ｓ３ｃ４５１０ｂ()。
该操作主要包括两个方面：第一是调用ｄｏ ｍａｐ ｐｒｏｂｅ()检测搜索ＭＴＤ设备。通常检测方式有两种：ｃｆｉ ｐｒｏｂｅ和ｊｅｄｅｃ ｐｒｏｂｅ，这里采用后一种，该方法在ｊｅｄｅｃ＿ｐｒｏｂｅ．ｃ文件中定义。另外，ｊｅｄｅｃ ｐｒｏｂｅ．ｃ中定义了各种ｊｅｄｅｃ ｐｒｏｂｅ类型芯片的信息，有些ｌｉｎｕｘ版本没有包含ＳＳＴ３９ＶＦ１６０，需要手动添加；而操作的第二方面则是调用ａｄｄ_ｍｔｄ_ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ()以将ｙｏｕｒ_ｐａｒｔｉｔｏｎ的各个分区加入ｍｔｄ_ｔａｂｌｅ。
３ 内核相关配置的设定
３．１ 内核配置文件设置
为使内核支持ＪＦＦＳ２，需在内核配置选项菜单里选择相关选项。首先把ＳＳＴ３９ＶＦ１６０的ＭＴＤ驱动加入配置菜单。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
相应＼ｍｔｄ＼ｍａｐｓ＼Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件加入
ｏｂｊ_＄(ＣＯＮＦＩＧ_ＭＴＤ_Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ)＋＝ｓ３ｃ４５１０ｂ．ｏ
本文关键字：FLASH 嵌入式系统-技术，单片机-工控设备 - 嵌入式系统-技术
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