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uClinux下Nor Flash的JFFS2文件系统构建

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

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。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)

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MT

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