??? 摘? 要： 對(duì)以S3C44B0X微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)討論，分析了在不支持Remap的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)JFFS2的必要性和可能性。通過(guò)在MTD中加關(guān)/開中斷的方法，實(shí)現(xiàn)了在不支持Remap的系統(tǒng)中建立JFFS2文件系統(tǒng)。
??? 關(guān)鍵詞： S3C44B0X? JFFS2? Remap? 文件系統(tǒng)

?

??? JFFS2文件系統(tǒng)是針對(duì)Flash存儲(chǔ)設(shè)備而專門設(shè)計(jì)的一種日志文件系統(tǒng)，已在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是它的實(shí)現(xiàn)通常都依賴于Remap(地址可重映射)的嵌入式處理器。本文在不支持地址重映射的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了JFFS2，與傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)相比，它有著其自身的特點(diǎn)。
1? JFFS2文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介
??? ROMFS是μClinux默認(rèn)的根文件系統(tǒng)，它相對(duì)于一般的EXT2文件系統(tǒng)具有節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)，但它卻是一種只讀文件系統(tǒng)，不支持動(dòng)態(tài)擦寫和保存。盡管對(duì)于需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)可以采用虛擬ram盤的方法來(lái)保存，可是一旦系統(tǒng)掉電，ram盤的內(nèi)容就會(huì)全部丟失。
??? 為了克服上述問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了JFFS2文件系統(tǒng)。JFFS文件系統(tǒng)是一種基于Flash的日志文件系統(tǒng)。它在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了Flash的讀寫特性和嵌入式系統(tǒng)用電池供電的特點(diǎn)，在讀取文件時(shí)，若遇系統(tǒng)突然掉電，確保其文件的可靠性不受影響。后來(lái)，JFFS文件系統(tǒng)又進(jìn)行了一系列改進(jìn)，形成了JFFS2文件系統(tǒng)。JFFS2主要改善了存取策略以提高Flash的抗疲勞性，同時(shí)也優(yōu)化了碎片整理性能，增加了數(shù)據(jù)壓縮功能。JFFS2的不足是：當(dāng)文件系統(tǒng)已滿或接近滿時(shí)，由于垃圾收集方面的原因，會(huì)引起JFFS2運(yùn)行速度顯著降低。
??? JFFS是建立在MTD（Memory Technology Device）基礎(chǔ)之上的文件系統(tǒng)，MTD在硬件和上層之間提供一個(gè)抽象接口。MTD可以理解為Flash的驅(qū)動(dòng)程序，它主要向上提供兩個(gè)接口，一個(gè)是MTD字符設(shè)備，另一個(gè)是MTD塊設(shè)備。通過(guò)這兩個(gè)接口，可以像讀寫普通文件一樣對(duì)Flash設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置，MTD在系統(tǒng)啟動(dòng)后可以自動(dòng)識(shí)別支持CFI或JEDEC接口的Flash芯片，并自動(dòng)采用適當(dāng)?shù)拿顓?shù)對(duì)Flash進(jìn)行讀寫或擦除。
??? MTD支持NOR型和NAND型的Flash。NOR型Flash的主要特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP，eXecute In Place），應(yīng)用程序可以直接在Flash內(nèi)運(yùn)行；而NAND型Flash具有存儲(chǔ)密度高和寫入/擦除速度快的特點(diǎn)。
2? 硬件系統(tǒng)
??? 系統(tǒng)采用Samsung的ARM7TDMI芯片S3C44B0X作為微處理器。S3C44B0X上的存儲(chǔ)系統(tǒng)地址空間分為8個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體可達(dá)32MB，共計(jì)256MB。Bank0～Bank5可支持ROM、SRAM，Bank6和Bank7可支持ROM、SRAM和FP/EDO/SDRAM等。Flash芯片采用的是SST公司的NOR型芯片SST39VF160（1×16ＭB），將它的片選連接到S3C44B0X的nGCS0引腳，映射到Bank0上，地址范圍為0x00000000～0x001fffff。SDRAM選用Samsung的16位芯片K4S641632F，將它與S3C44B0X的GCS6引腳相接，映射到Bank6上，地址范圍為0x0c000000～0x0c7fffff^[6]。
??? S3C44B0X與其他處理器相比具有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，即不支持Remap。圖1是復(fù)位后的S3C44B0X的存儲(chǔ)器映射圖。一旦Flash和SDRAM的片選與S3C44B0X的nGCSx引腳連接之后，它們?cè)赟3C44B0X地址空間中的映射位置就固定不變了。而支持地址重映射的處理器則不同。下面以Samsung的另一款專門針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的ARM7TDMI處理器S3C4510B為例來(lái)介紹。
??? S3C4510B內(nèi)部有幾個(gè)特殊寄存器，用于實(shí)現(xiàn)各存儲(chǔ)介質(zhì)在地址空間中的重映射。
??? (1)SYSCFG：該寄存器決定系統(tǒng)管理器中特殊寄存器的起始地址，以及片內(nèi)SRAM的使用方式和起始地址。
??? (2)ROMCON0～ROMCON5：分別對(duì)應(yīng)S3C4510B支持的6個(gè)ROM/SRAM/FLASH組?？稍O(shè)置每組的起始物理地址和結(jié)束物理地址。
??? (3)DRAMCON0～DRAMCON3：分別對(duì)應(yīng)S3C4510B所支持的4個(gè)DRAM組?？稍O(shè)置每組的起始物理地址和結(jié)束物理地址。
??? 可以通過(guò)改變ROMCONx和DRAMCONx寄存器中基指針和尾指針的相應(yīng)位來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)S3C4510B系統(tǒng)中地址空間的重映射。圖2是S3C4510B在實(shí)際應(yīng)用中典型的Remap實(shí)現(xiàn)。
??? 明確了地址可重映射與不可重映射的關(guān)系之后，下面將詳細(xì)討論如何在一個(gè)不支持Remap的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)。
3? JFFS2文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 添加Flash的Map文件及芯片參數(shù)
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/maps下添加本系統(tǒng)MPU的Map文件s3c44b0x.c。該文件包含了系統(tǒng)中Flash的相關(guān)信息，如Flash的起始物理地址、大小、數(shù)據(jù)總線的寬度、分區(qū)、讀寫函數(shù)、初始化和注銷程序等。具體配置如下：
??? (1)定義SST39VF160在系統(tǒng)中的起始地址、大小、總線寬度：
??? #define WINDOW_ADDR 0x00000000/*從0地址開始*/
??? #define WINDOW_SIZE 0x00200000/*2MB*/
??? #define BUSWIDTH ?2/*16位*/
??? (2)定義SST39VF160中字節(jié)、半字及字的讀寫操作函數(shù)。
??? (3)定義SST39VF160中的具體分區(qū)。在本系統(tǒng)中ROMFS文件系統(tǒng)是與內(nèi)核編譯在一起的，因此定義了三個(gè)分區(qū)，分別用于放置引導(dǎo)內(nèi)核啟動(dòng)的BootLoader程序、經(jīng)過(guò)壓縮的系統(tǒng)內(nèi)核以及需要保存的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。其中第三個(gè)區(qū)是要實(shí)現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)的分區(qū)。
??? (4)定義用于初始化SST39VF160的int_init init_s3c44b0x(void)函數(shù)。因?yàn)镾3C44B0X不支持Remap，所以注釋掉了與ioremap有關(guān)的語(yǔ)句，否則在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將返回一個(gè)錯(cuò)誤“Failed to ioremap”。另外SST39VF160是遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的Flash芯片，在探測(cè)時(shí)直接采用“jedec_probe”。
int _init init_s3c44b0x(void) {
……
??? /*s3c44b0x_map.map_priv_1 =(unsigned long)ioremap(WINDOW_ADDR，WINDOW_SIZE)；
if(!s3c44b0x_map.map_priv_1) {
??? printk(″Failed to ioremapn″)；
??? return -EIO；
}*/
mymtd=do_map_probe(″jedec_probe″，&s3c44b0x_map)；
……
/*iounmap((void *)s3c44b0x_map.map_priv_1)；*/
……
}
??? (5)定義用于注銷SST39VF160的static void _exit cleanup_s3c44b0x(void)函數(shù)。同理，注釋掉了與ioremap有關(guān)的語(yǔ)句。
??? static void _exit cleanup_s3c44b0x(void)
??? {? ……
??? ?/*if (s3c44b0x_map.map_priv_1) {
??????? ??iounmap((void *)s3c44b0x_map.map_priv_1)；
??????? ??s3c44b0x_map.map_priv_1=0；
??? ?}*/
??? }
??? (6)由于在linux-2.4.x版本中沒有關(guān)于SST39VF160的定義，所以需要在μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/chips/jedec_probe.c中添加SST39VF160的相關(guān)信息。
3.2 修改MTD配置文件
??? 本節(jié)將論述地址可重映射與不支持地址重映射的嵌入式系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)上的最大差別。當(dāng)ARM處理器發(fā)生異常時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC會(huì)被強(qiáng)制地從異常類型對(duì)應(yīng)的固定存儲(chǔ)器地址開始執(zhí)行程序。這些固定的地址稱為異常向量（exception vector）。ARM中異常向量定位在32位地址空間的低端，正常地址范圍為：0x00000000～0x0000001C。每個(gè)異常向量?jī)?nèi)存放用戶編寫的一條跳轉(zhuǎn)指令，可以轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)子程序的首地址。
??? 在嵌入式系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)BootLoader 程序能夠首先被加載運(yùn)行，F(xiàn)lash只能連接到存儲(chǔ)空間的0地址處。對(duì)于地址可重映射的系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，可將存放在Flash中的異常向量表的內(nèi)容拷貝到SDRAM的基地址處，然后修改相應(yīng)的寄存器，將SDRAM 重映射到0地址。這樣系統(tǒng)產(chǎn)生異常時(shí)，PC就可以直接從SDRAM中取指令，從而加快了程序的存取速度，縮短了中斷的響應(yīng)時(shí)間。
??? 對(duì)于不支持地址重映射的系統(tǒng)，異常向量表中的內(nèi)容只能存放在Flash的0地址處。每次系統(tǒng)進(jìn)入異常的時(shí)候，系統(tǒng)必須從Flash中讀取指令。這一點(diǎn)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合影響不大，但要在這樣的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。具體情況為：對(duì)Flash進(jìn)行擦除(erase/eraseall)或?qū)懭?cp/cat/dd)操作時(shí)會(huì)發(fā)生中斷，這時(shí)系統(tǒng)將強(qiáng)制PC指向異常向量表中的相應(yīng)位置。在不支持地址重映射的系統(tǒng)中，異常向量表存放在Flash的0地址處。當(dāng)PC開始從Flash中讀取指令時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)死機(jī)。這是因?yàn)镕lash在擦除或?qū)懭氲臅r(shí)候是不能執(zhí)行讀操作的，否則就會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的錯(cuò)誤，從而不能完成擦除或?qū)懭氩僮鳌Ｏ喾?，在支持地址重映射的系統(tǒng)中就不會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題。因?yàn)樗菑腟DRAM中讀取中斷跳轉(zhuǎn)指令的，不會(huì)出現(xiàn)在Flash擦除或?qū)懭霑r(shí)執(zhí)行讀操作的情況。
??? 為了解決在不支持地址重映射的系統(tǒng)中不能對(duì)Flash進(jìn)行正常擦除或?qū)懭氲膯?wèn)題，采用了在MTD最低層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)的相應(yīng)位置加關(guān)中斷和開中斷的方法。具體過(guò)程如下：
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/include/asm/arch/hardware.h中定義：
??? #define?INT_ENABLE(n)?IntMask &=～(1<<(n))
??? #define?INT_DISABLE(n)?IntMask |=(1<<(n))
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/include/asm/arch/irqs.h中定義：
??? #define?INT_GLOBAL??? 26?????? /*總中斷允許位*/
??? 對(duì)μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/chips/cfi_cmdset_0002.c文件做如下修改：
??? #include
??? #include
??? static inline int do_erase_oneblock(struct map_info *map，struct flchip *chip，unsigned long adr)
{?? ……
??? INT_DISABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
??? INT_ENABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
}
??? static int do_write_oneword(struct map_info *map，struct
????????? flchip *chip，unsigned long adr，_u32 datum，int fast)
{?? ……
??? INT_DISABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
??? INT_ENABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
}
3.3 內(nèi)核配置文件設(shè)置
??? Menuconfig下的配置選項(xiàng)與在支持地址重映射的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)JFFS2時(shí)的配置相同。為了避免MTDBLOCK與BLK-MEM主設(shè)備號(hào)的沖突，將?滋Clinux-dist/linux-2.4.x/drivers/block/blkmem.c與μClinux-dist/linux-2.4.x/includee/linux/major.h中的BLKMEM_MAJOR值從“31”改為“30”，然后添加MTD設(shè)備節(jié)點(diǎn)到/vendors/Samsung/44B0目錄下的Makefile文件中。
3.4 內(nèi)核的編譯與啟動(dòng)
??? 以上步驟完成之后，運(yùn)行內(nèi)核編譯命令，啟動(dòng)內(nèi)核。在超級(jí)終端中將顯示：
??? s3c44b0x flash device：200000 at 0
??? Found：SST SST39VF160
??? number of JEDEC chips：1
??? Creating 3 MTD partitions on ″S3C44B0X flash device″：
??? 0x00000000-0x00020000：″reserved for bootloader(128k)″
??? mtd：Giving out device 0 to reserved for bootloader(128k)
??? 0x00020000-0x00140000：″kernel(1152K)″
??? mtd：Giving out device 1 to kernel(1152K)
??? 0x00140000-0x00200000：″jffs2(768K)″
??? mtd：Giving out device 2 to jffs2(768K)
3.5 創(chuàng)建和拷貝JFFS2映像文件
??? /> eraseall /dev/mtd2
??? Erased 768 Kibyte @ 0 - 100% complete.
??? /> cd /var/tmp
??? /var/tmp> mkdir jffs2
??? /var/tmp> mkdir jffs2/file
??? /var/tmp> mkfs.jffs2 -d jffs2 -o jffs2.img
??? /var/tmp> cp jffs2.img /dev/mtd2
3.6 Mount JFFS2分區(qū)
??? /var/tmp> mount -t jffs2 /dev/mtdblock2 /mnt
??? /var/tmp> cd /proc
??? /proc> cat mounts
??? ……
??? /dev/mtdblock2 /mnt jffs2 rw 0 0?????? /*mount成功*/
??? /proc> cd /mnt
??? /mnt> ls
??? file
??? 如果希望μClinux每次啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)將Flash的第三個(gè)分區(qū)mount到/mnt目錄，可以在/vendors/Samsung/44B0目錄下的rc文件中加入：mount -t jffs2 /dev/mtdblock2/mnt。
4? 結(jié)束語(yǔ)
??? 本文討論了在不支持Remap的系統(tǒng)中建立JFFS2文件系統(tǒng)的必要性和可能性，并結(jié)合Samsung的S3C44B0X芯片，通過(guò)在MTD Driver中加關(guān)中斷和開中斷的方法實(shí)現(xiàn)了在不支持Remap的系統(tǒng)中建立JFFS2文件系統(tǒng)。由于在MTD Driver中關(guān)中斷和開中斷的操作增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此推薦采用兩片F(xiàn)lash：一片NOR型Flash用于存儲(chǔ)啟動(dòng)裝載程序和內(nèi)核；一片NAND型Flash用于存儲(chǔ)用戶的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。其中NAND型Flash可以采用新型的YAFFS文件系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
1?? 賈東耀.μClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統(tǒng)構(gòu)建.國(guó)外電子元器件，2004；（9）
2?? 李桂良，劉發(fā)貴．JFFS2文件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003；（7）
3?? 胡晨峰．JFFS2文件系統(tǒng)在μClinux中的應(yīng)用．電子產(chǎn)品世界，2004；（4）
4?? 吳明暉，徐睿，黃健等．基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2004
5?? 王田苗．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā).北京：清華大學(xué)出版社，2002