嵌入式Linux上JFFS文件系统的实现方法 - 全文

 

　　1 引言

　　近年来，随着电子技术的不断进步，嵌入式系统开发已成为热点，而Linux作为一个自由软件 ,也得到了极大的发展 ,嵌入式系统与Linux的结合，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，还内含了完整的TCP/在嵌入式系统开发中，Flash 芯片以相对低廉的价格提供了高可靠性和高密度的存储，已成为嵌入式系统的重要组成部分。在很多嵌入式系统中，操作系统及应用程序直接固化在Flash上，系统启动时，代码直接在Flash上开始运行。

　　2 在嵌入式系统中使用Flash

　　当前的嵌入式系统开发，需要方便灵活地使用Flash，以嵌入式的Web Server为例，在运行过程中，要求能够动态地保存一些数据，并且当系统重新上电时，保存的数据依然存在。又比如将嵌入式处理器应用于工控领域，可能整个系统都集成在一小块电路板上，一些重要的工艺参数在控制过程中需要动态地改变并保存，而使用硬盘等存储介质又不太现实，在这种场合下，仅仅将Flash作为保存系统代码的ROM使用是“大材小用”了。需要充分发挥Flash可擦写的优势，在系统运行过程中，动态地擦写Flash来保存数据。针对嵌入式系统多样、灵活、专用性强等特点，可以发挥嵌入式操作系统软件复用的优点，找到一种方便、快捷地使用Flash 的方法来缩短开发时间，提升系统性能，嵌入式Linux就提供了这样一条捷径。由遍布全世界的自由软件开发者为Linux提供支持，使得在嵌入式Linux上使用Flash变的十分容易。

　　3 JFFS 文件系统简介

　　我们使用的uClinux系统采用ROMFS作为根文件系统，它相对于一般的EXT2文件系统，具有节约空间的优势。但是ROMFS是一种只读的文件系统，不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据只能采用虚拟ram盘的方法(ram盘使用EXT2文件系统)。

　　针对ROMFS文件系统存在的问题，我们可以使用JFFS文件系统(Journaling Flash File System)。JFFS文件系统是瑞典的Axis Communications公司(www.axis.com) 在GNU General Public License下发布的自由软件，主要用于嵌入式Linux。只需要在自己的嵌入式Linux中加入JFFS文件系统并做少量的改动，就可以使用JFFS文件系统。通过JFFS文件系统，可以用Flash来保存数据，即将Flash作为系统的硬盘来使用。可以像操作硬盘上的文件一样操作Flash芯片上的文件和数据。系统运行的参数可以实时保存到Flash芯片中，在系统断电后数据仍然存储在Flash芯片中。

　　作为一种EEPROM，Flash可分为两种主要类型：NOR Flash 和NAND Flash。一片没有使用过的Flash，每一位的值都是逻辑1，对Flash的写操作就是将特定位的逻辑1改变为逻辑0。而擦除就是将逻辑1改变为逻辑0。Flash的数据存储是以块(Block)为单位来组织的，Flash只能整块擦除，而Flash的寿命是以擦除次数来计算的，一般是每块100，000次。为了保证某块不早于其他块到达其寿命，就有必要在所有块中尽可能地平均分配擦除次数，这就是“损耗平衡”。JFFS 文件系统是一种“追加式”的文件系统，新的数据总是被追加到上次写入数据的后面。这种“追加式”的结构就自然实现了“损耗平衡”。

　　要加入JFFS文件系统，需实现Linux下对Flash芯片的驱动，Axis Communications公司提供了实现代码。在这个系统中，代码包括uClinux/linux/drivers/block/flash.c 和uClinux/linux/include/linux/flash.h。

　　在flash.c中的设备初始化函数 flash—init()里，将Flash作为块设备向系统注册：

　　

 

　　

 

　　4　开发环境简介

　　这里采用的是宿主机+目标板的开发模式，宿主机为PC+redhat7.2 ，目标板为Motorola Coldfire5272+uClinux, uClinux版本为2.0.38，在宿主机上将uClinux和应用程序编译后，下载到目标板的Flash中运行。我们使用的Flash是2片AMD AM29LV160BT，大小为2M字节，工作在16bit双字节模式。对于Motorola Coldfire5272，其RAM、Flash、外设I/O 参与统一平坦编码，也没有地址变换。2片Flash的地址范围设置为：0xffb00000-0xffcfffff 和0xffd00000-0xffefffff。每片Flash共有35个扇区，除前四个扇区不规则，大小分别为：16K，8K，8K，32K 外，剩余31个扇区均为64K字节大小。?

　　5　实现JFFS 文件系统的实例

　　为实现Flash上的JFFS文件系统，需要在内核中加入对JFFS文件系统和Flash设备的支持;针对具体的Flash 芯片修改设备驱动程序;生成设备节点并将JFFS文件系统挂接到Flash 设备上。

　　5.1在内核中加入对JFFS文件系统和Flash 设备的支持

　　标准 Linux可以模块的形式加载各种类型的设备驱动，要求在设备驱动中编制两个入口点：init—module() 和 cleanup—module() ; uClinux 2.0 内核不支持内核模块 LKM(loadable kernel modules),设备驱动及文件系统要静态地编译进内核。我们需要：?

　　

 

　　完成上述修改并编译后，JFFS文件系统和Flash设备就被编译入内核，同时在系统引导时加入了对JFFS 文件系统和 Flash设备的初始化函数的调用。?

　　5.2针对具体设备修改Flash设备驱动程序

　　Axis Communications在发布JFFS的同时，也给出了Flash 设备的驱动程序。此驱动程序支持AMD，Toshiba等公司的主流系列Flash芯片，需要根据自己系统中具体Flash芯片的型号及配置，修改驱动程序，使Flash设备能够在嵌入式系统中正常工作。如果读者使用的是此驱动尚未支持的Flash芯片，只需仿照其他型号，将Flash型号加入此驱动程序即可。

　　下面，以系统中的Flash为例，给出uClinux/linux/drivers/block/flash.c中需要的修改：

　　(1) 在文件的开头处，加入#define CONFIG—BLK—DEV—FLASH。

　　(2) 在flash—probe()，chips〔0〕.start = (unsigned char *)(0xf0200000)，这个值取决于系统中实现JFFS的Flash芯片的起始地址，在第2片Flash上实现JFFS ，其起始地址为0xffd00000，所以将其改为 chips〔0〕.start = (unsigned char *)(0xffd00000)，随后，需要根据芯片型号设置4个起始扇区的大小，系统中Flash的型号是AM29LV160BT。以下代码定义了起始4个扇区的大小：chip→bootsectorsize〔0〕= 0x8000; chip→bootsectorsize〔3〕 = 0x2000; chip→bootsectorsize〔0〕= 0x2000; chip→bootsectorsize〔3〕 = 0x4000。

　　我们使用的Flash起始4个扇区的大小前文已经给出，所以需要将这4个值依次改为0x4000,0x2000,0x2000,0x8000即可。

　　(3) 在uClinux/linux/drivers/block/ll-rw-blk.c中的blk—dev—init()函数中，在flash—init()前加入flash—probe()调用执行对flash的检测。

　　5.3 将JFFS文件系统挂接到Flash设备上

　　首先在宿主机的uClinux/romfs/dev目录下新增设备节点：mknod flash0 b 60 16;mknod flash1 b 60 17;mknod flash2 b 60 18。

　　在Flash芯片上建立起分区。这样，当重新编译内核并将内核下载到Flash中后，就可以在目标板的/dev目录下新增Flash设备文件供我们使用，目标板的uClinux系统启动之后，在目标板上执行mount-t jffs /dev/flash1/mnt，就在flash1分区上建立起了JFFS 文件系统，JFFS文件系统挂接在目标板 /mnt目录下，可在此挂接目录上执行建立、删除目录，文件等操作。

　　6结束语

　　开发的实例表明，开放源代码的Linux在嵌入式系统开发中有极大的优势，借助于Linux的开放性，我们能够灵活快捷地开发嵌入式系统应用。