嵌入式開發(fā)環(huán)境介紹，嵌入式文件系統(tǒng)要求分析

　　嵌入式開發(fā)環(huán)境介紹

　　mClinux特點(diǎn)簡介

　　1. 取消了內(nèi)存管理單元MMU，具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能。

　　2. 完備的文件系統(tǒng)支持，采用了romfs文件系統(tǒng)作為根文件系統(tǒng)，相對于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間。

　　3. 使用了flat可執(zhí)行文件格式：elf格式有很大的文件頭，flat文件對文件頭和一些段信息做了簡化。

　　4. 體積小，可移植性強(qiáng)。

　　圖1 開發(fā)環(huán)境示意圖

　　常見的基于mClinux的嵌入

　　式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建方法

　　在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，通常都要建立交叉編譯環(huán)境，圖1為常見的嵌入 式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境示意圖，基于以太網(wǎng)下的調(diào)試一般應(yīng)將宿主機(jī)和用戶板接入到局域網(wǎng)中，本文以mClinux +S3C4510B的開發(fā)環(huán)境為例進(jìn)行說明。通常的做法是在宿主機(jī)上安裝RedHat Linux操作系統(tǒng)，并同時安裝針對ARM開發(fā)的工具鏈arm-elf-tools。這樣，在宿主機(jī)上編輯和編譯好的用戶程序，就可以通過以太網(wǎng)，將編譯 后的可執(zhí)行文件下載到用戶板來運(yùn)行。下載方式主要有以下幾種。

　　FTP方式

　　首先需要打開一個超級終端，設(shè)置好相應(yīng)的通訊參數(shù)，再給系統(tǒng)上電，就可以在超級終端里看到mClinux的啟動信息。這里指明宿主機(jī)的IP地址是：10.5.22.247，用戶板的IP地址是：10.5.22.8，執(zhí)行如下命令來配置用戶板的IP：

　　# ifconfig eth0 10.5.22.8

　　eth0 指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。需要注意的是，用戶板的IP地址需和宿主機(jī)的IP地址在同一網(wǎng)段，否則難以正常的訪問宿主機(jī)。

　　這時如果可以ping通宿主機(jī)，就可以通過FTP方式訪問宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源了。

　　接下來選擇用戶程序的存放目錄。應(yīng)注意，如果用戶板用的是romfs文件系統(tǒng)，那么只有少數(shù)幾個目錄可以訪問（如tmp ，var等）。選好存放目錄之后，就可以通過FTP方式訪問宿主機(jī)了，鍵入如下命令：

　　# cd /tmp

　　# ftp 10.5.22.247

　　然后輸入用戶名和密碼以確定是否具有訪問權(quán)限，成功登陸之后，需要確定文件傳送格式。FTP可以用binary和ascii兩種方式來傳送文件，這里選擇的是binary方式。輸入以下指令來獲取文件：

　　# binary

　　# get filename

　　# bye

　　執(zhí)行# bye后就可以退出FTP。這時可以鍵入ls命令來查看文件是否已經(jīng)傳到選定的目錄下。接下來要做的是改變文件的權(quán)限，如果沒有可執(zhí)行權(quán)限，在用戶板中就無法運(yùn)行程序。

　　# chmod 755 filename

　　這里的參數(shù)“7”表示擁有讀、寫和執(zhí)行的權(quán)限；“5”僅代表擁有讀和執(zhí)行的權(quán)限。完成以上配置后，就可以用如下命令執(zhí)行用戶程序了：

　　# 。/filename

　　NFS方式

　　使 用NFS （NetWork File System）方式可以使嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試變得更為方便，并在不同的機(jī)器、不同的操作系統(tǒng)間共享文件，因此，NFS在嵌入式開發(fā)中得到了廣泛的 應(yīng)用。目前，在mClinux-2.4-x版本下配置NFS相對比較困難，下面就配置問題進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　服務(wù)器（Sever）端的設(shè)置

　　首先需要設(shè)置 Linux下的/etc/exports文檔，它是NFS的主要設(shè)定文檔。在Linux下的shell終端，進(jìn)行如下操作：

　　# vim /etc/exports

　　將這個默認(rèn)的空文件修改為只有如下一行內(nèi)容：

　　/home/tmp *（rw，no_root_ squash）

　　這就表示在任何情況下，客戶端都可以訪問服務(wù)器端的/home/tmp目錄。

　　接下來要在服務(wù)器端開啟如下的兩個進(jìn)程：

　　1.開啟NFS服務(wù)

　　# /etc/rc.d/init.d/nfs start

　　啟動NFS服務(wù)： ［ OK ］

　　Starting NFS quotas： ［ OK ］

　　啟動NFS 守護(hù)進(jìn)程： ［ OK ］

　　啟動NFS mounted ： ［ OK ］

　　2.開啟portmap服務(wù)

　　# /etc/rc.d/init.d/portmap start

　　配置完成后，可用如下辦法簡單測試一下NFS是否配置成功（注意在Linux下要將防火墻關(guān)閉）：在宿主機(jī)上自己mount自己，看是否成功。例如，在宿主機(jī)/目錄下執(zhí)行：

　　mount 10.5.22.247:/root/ /home/zhang/mount

　　然后到/home/zhang/mount/目錄下看是否可以列出/root/目錄下的所有文件和目錄。若可以，則說明NFS在服務(wù)器端的配置成功。

　　客戶端（Client）的設(shè)置

　　相 對于Sever端的設(shè)置，Client端使用的是 mClinux， 設(shè)置起來相對復(fù)雜一些，需要對mClinux的內(nèi)核重新編譯，并進(jìn)行相關(guān)配置。需要設(shè)置Customize Kernel Settings 和 Customize Vender/User Setings（NEW）兩項(xiàng)。

　　1. 對Customize Kernel Settings進(jìn)行配置

　?。?* ］ Customize Kernel Settings

　　進(jìn)入File systems的設(shè)置，可以看到Network file systems---，將NFS File system support選中。

　　2.設(shè)置Customize Vender/User Setings（NEW）

　?。?* ］ Customize Vender/User Setings（NEW）

　　在Customize Vender/User Setings 項(xiàng)目中，選擇Network Applications之后，需要其中的portmap服務(wù)，［*］ portmap即可。然后選擇mount和umount服務(wù)使mClinux支持mount和umount指令。mClinux-2.4-x的內(nèi)核對 NFS mount的支持不夠，這使得在mClinux上添加NFS服務(wù)存在一些困難，而在較新的mClinux版本mClinux-2.6-x中重寫了對 NTFS文件系統(tǒng)的支持。在BusyBox中選擇mount和umount及mount NFS support三項(xiàng)即可，這樣客戶端的配置完成。最后重新編譯內(nèi)核，指令如下：

　　# make menuconfig ------------- 內(nèi)核配

　　# make dep -------------尋找依存關(guān)系

　　# make clean------------清除以前構(gòu)造內(nèi)核時生成的文件

　　# make lib_only-----------該命令編譯庫文件

　　# make user_only----------編譯用戶應(yīng)用程序文件

　　# make romfs ----------生成romfs文件系統(tǒng)

　　# make image----------生成romfs.o文件

　　# make

　　重 新編譯后，會在。。。/image/目錄下生成image.rom文件，它是壓縮了的內(nèi)核在rom的映像文件，將其燒寫到用戶板的Flash即可。用戶板 重新啟動之后，新的內(nèi)核已經(jīng)開始工作，這時就可以在終端里進(jìn)行NFS mount了（以在minicom為例）。輸入如下指令：

　　#mount -t nfs 10.5.22.247:/home/tmp /var/tmp /nfsmount -o nolock

　　# mount

　　執(zhí)行完兩條指令后，在Linux下的minicom里會看到如下信息：

　　Rootfs on / type rootfs （rw）

　　/dev/rom0 on / type rootfs （ro）

　　/proc on/proc type proc （rw）

　　/dev/ram0 on/var type ext2 （rw）

　　/dev/ram1 on /disk type ext2 （rw）

　　10.5.22.247:/home/tmp on /var/tmp type nfs （rw，v3，rsize=8192，hard， udp，nolock，addr=10.5.22.2）

　　這樣就將宿主機(jī)的/home/tmp目錄掛載到了用戶板的/var/tmp目錄。

　　結(jié)語

　　通過以上兩種方式的比較，可以看到，就開發(fā)的效率來說，NFS的方式明顯具有優(yōu)勢。畢竟，用戶開發(fā)的程序往往不能一次就調(diào)試成功，采用 NFS方式使得多人同時開發(fā)一個程序成為可能。事實(shí)上，除了文中提到的兩種方式以外，還有其它以太網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式開發(fā)手段，如telnet等，限于篇 幅，不再詳細(xì)介紹。

　　嵌入式文件系統(tǒng)要求分析

　　嵌入式linux下常見的文件系統(tǒng)

　　? RomFS：只讀文件系統(tǒng)，可以放在ROM空間，也可以在系統(tǒng)的RAM中，嵌入式linux中常用來作

　　根文件系統(tǒng)

　　? RamFS：利用VFS自身結(jié)構(gòu)而形成的內(nèi)存文件系統(tǒng)，使用系統(tǒng)的RAM空間

　　? JFFS/JFFS2：為Flash設(shè)計(jì)的日志文件系統(tǒng)

　　? Yaffs：專門為Nand Flash設(shè)計(jì)

　　? proc：為內(nèi)核和內(nèi)核模塊將信息發(fā)送給進(jìn)程提供一種機(jī)制，可以查看系統(tǒng)模塊裝載的信息

　　? devFS：設(shè)備文件系統(tǒng)

　　Linux上的Ext2fs

　　? 支持4 TB 存儲、文件名稱最長1012 字符

　　? 可選擇邏輯塊

　　? 快速符號鏈接

　　? Ext2不適合flash設(shè)備

　　? 是為象IDE 設(shè)備那樣的塊設(shè)備設(shè)計(jì)的，邏輯塊大小必須是512 byte、1 KB、2KB等

　　? 沒有提供對基于扇區(qū)的擦除／寫操作的良好管理

　　? 如果在一個扇區(qū)中擦除單個字節(jié)，必須將整個扇區(qū)復(fù)制到RAM，然后擦除，再重寫入

　　? 在出現(xiàn)電源故障時，Ext2fs 是不能防止崩潰的

　　? 文件系統(tǒng)不支持損耗平衡，縮短了flash的壽命

　　jffs/jffs2文件系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　? 日志文件系統(tǒng)

　　? 提供了更好的崩潰、掉電安全保護(hù)

　　? jffs2支持對flash的均勻磨損

　　? 在扇區(qū)級別上執(zhí)行閃存擦除／寫／讀操作要比Ext2文件系統(tǒng)好

　　? 文件系統(tǒng)接近滿時，JFFS2 會大大放慢運(yùn)行速度——垃圾收集

　　Nand上yaffs文件系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　? 專門為Nand flash設(shè)計(jì)的日志文件系統(tǒng)

　　? jffs／jffs2不適合大容量的Nand flash

　　? jffs的日志通過jffs_node建立在RAM中，占用RAM空間：對于128MB的Nand大概需要4MB的空間來維護(hù)節(jié)點(diǎn)

　　? 啟動的時候需要掃描日志節(jié)點(diǎn)，不適合大容量的Nand flash

　　? FAT系統(tǒng)沒有日志

　　編譯yaffs文件系統(tǒng)

　　? mtd的最新補(bǔ)丁升級？

　　? 接口更新，適合與yaffs

　　? 與原有的mtd驅(qū)動程序不兼容，需要重寫

　　? 如果使用舊mtd驅(qū)動需要定義Makefile中MTD_OLD = -DCONFIG_YAFFS_USE_OLD_MTD

　　? 參考文檔： yaffs-rootfs-howto

　　? 最新版的yaffs網(wǎng)站：http://www.aleph1.co.uk/armlinux/projects/yaffs

　　使用yaffs文件系統(tǒng)

　　? 通過cat /proc/yaffs命令可以看到y(tǒng)affs系統(tǒng)的相關(guān)信息

　　? mount -t yaffs /dev/mtdblock/0 /mnt/yaffs

　　關(guān)于Linux文件系統(tǒng)

　　JFFS 全稱為：The Journalling Flash File System（日志閃存文件系統(tǒng)）最初由瑞典的 Axis Communications 開發(fā)，Red Hat 的 David Woodhouse 對它進(jìn)行了改進(jìn)。作為用于微型嵌入式設(shè)備的原始閃存芯片的實(shí)際文件系統(tǒng)而出現(xiàn)。JFFS文件系統(tǒng)是日志結(jié)構(gòu)化的，這意味著它基本上是一長列節(jié)點(diǎn)。每個節(jié)點(diǎn)包含有關(guān)文件的部分信息 — 可能是文件的名稱、也許是一些數(shù)據(jù)。相對于 Ext2 fs，JFFS 因?yàn)橛幸韵逻@些優(yōu)點(diǎn)而在無盤嵌入式設(shè)備中越來越受歡迎：

　　1 JFFS 在扇區(qū)級別上執(zhí)行閃存擦除／寫／讀操作要比 Ext2 文件系統(tǒng)好。

　　2 JFFS 提供了比 Ext2 更好的崩潰／掉電安全保護(hù)。當(dāng)需要更改少量數(shù)據(jù)時，Ext2 文件系統(tǒng)將整個扇區(qū)復(fù)制到內(nèi)存（DRAM）中，在內(nèi)存中合并新數(shù)據(jù)，并寫回整個扇區(qū)。這意味著為了更改單個字，必須對整個扇區(qū)（64 KB）執(zhí)行讀／擦除／寫例程 — 這樣做的效率非常低。要是運(yùn)氣差，當(dāng)正在 DRAM 中合并數(shù)據(jù)時，發(fā)生了電源故障或其它事故，那么將丟失整個數(shù)據(jù)集合，因?yàn)樵趯?shù)據(jù)讀入 DRAM 后就擦除了閃存扇區(qū)。JFFS 附加文件而不是重寫整個扇區(qū)，并且具有崩潰／掉電安全保護(hù)這一功能。

　　3 這可能是最重要的一點(diǎn)：JFFS 是專門為象閃存芯片那樣的嵌入式設(shè)備創(chuàng)建的，所以它的整個設(shè)計(jì)提供了更好的閃存管理。

　　要構(gòu)建JFFS文件系統(tǒng)，首先要有硬件設(shè)備FLASH及支持JFFS文件系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

　　摘要：本文主要分析了uclinux 2.4內(nèi)核的jffs文件系統(tǒng)機(jī)制。希望能對基于uclinux開發(fā)產(chǎn)品的廣大工程師有所幫助。

　　關(guān)鍵詞：uclinux vfs jffs

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　　一、flash讀寫的特殊性

　　對于嵌入式系統(tǒng)，flash是很常見的一種設(shè)備，而大部分的嵌入式系統(tǒng)都是把文件系統(tǒng)建立在flash之上，由于對flash操作的特殊性，使得在flash上的文件系統(tǒng)和普通磁盤上的文件系統(tǒng)有很大的差別，對flash操作的特殊性包括：

　?。?） 不能對單個字節(jié)進(jìn)行擦除，最小的擦寫單位是一個block，有時候也稱為一個扇區(qū)。典型的一個block的大小是64k。不同的flash會有不同，具體參考flash芯片的規(guī)范。

　　（2） 寫操作只能對一個原來是空（也就是該地址的內(nèi)容是全f）的位置操作，如果該位置非空，寫操作不起作用，也就是說如果要改寫一個原來已經(jīng)有內(nèi)容的空間，只能是讀出該sector到ram，在ram中改寫，然后寫整個sector。

　　由于這些特殊寫，所以在flash這樣的設(shè)備上建立文件也有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，下面我們就以jffs為例進(jìn)行分析。

　　二、jffs體系結(jié)構(gòu)介紹

　　1、存儲結(jié)構(gòu)

　　在jffs中，所有的文件和目錄是一樣對待的，都是用一個jffs_raw_inode來表示

　　整個flash上就是由一個一個的raw inode排列組成，一個目錄只有一個raw inode，對于文件則是由一個或多個raw inode組成。

　　2、文件組成

　　在文件系統(tǒng)mount到flash設(shè)備上的時候，會掃描flash，從而根據(jù)flash上的所有屬于一個文件的raw inode建立一個jffs_file結(jié)構(gòu)以及node list。

　　下面的圖顯示了一個文件的組成

　　一個文件是由若干個jffs_node組成，每一個jffs_node是根據(jù)flash上得jffs_raw_inode而建立的，jffs_file主要維護(hù)兩個鏈表

　　版本鏈表：主要是描述該node創(chuàng)建的早晚，就是說version_head指向的是一個最老的node，也就意味著垃圾回收的時候最該回收的就是這個最老的node。

　　區(qū)域鏈表：這個鏈表主要是為讀寫文件創(chuàng)建的，version_head指向的node代表的文件數(shù)據(jù)區(qū)域是0~~~n-1 之后依次的節(jié)點(diǎn)分別是 n~~~m-1 m~~~~o-1 ……。其中n《M《=“” p=“” /》

　　3、操作

　　對文件的讀操作應(yīng)該是比較簡單，但是寫操作，包括更改文件名等操作都是引起一個新的jffs_node的誕生，同時要寫一個相映的raw inode到flash上，這樣的操作有可能導(dǎo)致前面的某個jffs_node上面的數(shù)據(jù)完全失效，從而導(dǎo)致對應(yīng)flash上的raw inode的空間成為dirty。

　　下面舉一個例子可能會更清楚一些。

　　一個文件的range list是由上面的三個jffs_node組成，當(dāng)我們做如下寫操作的時候

　　lseek（ fd， 10， SEEK_SET ）;

　　write（ fd， buf，40 ）;

　　第一個和最后一個node被截短了，第二個node完全被新數(shù)據(jù)替換，該node會從鏈表上摘下來，flash上空間變成dirty。如果做如下寫操作的時候

　　lseek（ fd， 23， SEEK_SET ）;

　　write（ fd， buf，5 ）;

　　此時，第二個node被分裂成兩個node，同時產(chǎn)生一個新的node，range鏈表的元素變成五個。