摘   要： 對以S3C44B0X微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的特點進行了詳細討論，分析了在不支持Remap的系統(tǒng)中實現(xiàn)JFFS2的必要性和可能性。通過在MTD中加關/開中斷的方法，實現(xiàn)了在不支持Remap的系統(tǒng)中建立JFFS2文件系統(tǒng)。
關鍵詞： S3C44B0X  JFFS2  Remap  文件系統(tǒng)

　　JFFS2文件系統(tǒng)是針對Flash存儲設備而專門設計的一種日志文件系統(tǒng)，已在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應用。但是它的實現(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)中實現(xiàn)了JFFS2，與傳統(tǒng)的實現(xiàn)相比，它有著其自身的特點。
1  JFFS2文件系統(tǒng)簡介
　　ROMFS是?滋Clinux默認的根文件系統(tǒng)，它相對于一般的EXT2文件系統(tǒng)具有節(jié)約空間等優(yōu)點，但它卻是一種只讀文件系統(tǒng)，不支持動態(tài)擦寫和保存。盡管對于需要動態(tài)保存的數(shù)據(jù)可以采用虛擬ram盤的方法來保存，可是一旦系統(tǒng)掉電，ram盤的內容就會全部丟失。
　　為了克服上述問題，人們設計開發(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)。它在設計時充分考慮了Flash的讀寫特性和嵌入式系統(tǒng)用電池供電的特點，在讀取文件時，若遇系統(tǒng)突然掉電，確保其文件的可靠性不受影響。后來，JFFS文件系統(tǒng)又進行了一系列改進，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：當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，由于垃圾收集方面的原因，會引起JFFS2運行速度顯著降低。
　　JFFS是建立在MTD（Memory Technology Device）基礎之上的文件系統(tǒng)，MTD在硬件和上層之間提供一個抽象接口。MTD可以理解為Flash的驅動程序，它主要向上提供兩個接口，一個是MTD字符設備，另一個是MTD塊設備。通過這兩個接口，可以像讀寫普通文件一樣對Flash設備進行讀寫操作。經(jīng)過簡單的配置，MTD在系統(tǒng)啟動后可以自動識別支持CFI或JEDEC接口的Flash芯片，并自動采用適當?shù)拿顓?shù)對Flash進行讀寫或擦除。
　　MTD支持NOR型和NAND型的Flash。NOR型Flash的主要特點是芯片內執(zhí)行（XIP，eXecute In Place），應用程序可以直接在Flash內運行；而NAND型Flash具有存儲密度高和寫入/擦除速度快的特點。
2  硬件系統(tǒng)
　　系統(tǒng)采用Samsung的ARM7TDMI芯片S3C44B0X作為微處理器。S3C44B0X上的存儲系統(tǒng)地址空間分為8個存儲體，每個存儲體可達32MB，共計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很重要的特點，即不支持Remap。圖1是復位后的S3C44B0X的存儲器映射圖。一旦Flash和SDRAM的片選與S3C44B0X的nGCSx引腳連接之后，它們在S3C44B0X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的另一款專門針對網(wǎng)絡應用的ARM7TDMI處理器S3C4510B為例來介紹。

　　S3C4510B內部有幾個特殊寄存器，用于實現(xiàn)各存儲介質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SRAM的使用方式和起始地址。
　　(2)ROMCON0～ROMCON5：分別對應S3C4510B支持的6個ROM/SRAM/FLASH組?？稍O置每組的起始物理地址和結束物理地址。
　　(3)DRAMCON0～DRAMCON3：分別對應S3C4510B所支持的4個DRAM組?？稍O置每組的起始物理地址和結束物理地址。
　　可以通過改變ROMCONx和DRAMCONx寄存器中基指針和尾指針的相應位來方便地實現(xiàn)S3C4510B系統(tǒng)中地址空間的重映射。圖2是S3C4510B在實際應用中典型的Remap實現(xiàn)。

　　明確了地址可重映射與不可重映射的關系之后，下面將詳細討論如何在一個不支持Remap的系統(tǒng)中實現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)。
3  JFFS2文件系統(tǒng)的實現(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)是與內核編譯在一起的，因此定義了三個分區(qū)，分別用于放置引導內核啟動的BootLoader程序、經(jīng)過壓縮的系統(tǒng)內核以及需要保存的動態(tài)數(shù)據(jù)。其中第三個區(qū)是要實現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)的分區(qū)。
　　(4)定義用于初始化SST39VF160的int_init init_s3c-44b0x(void)函數(shù)。因為S3C44B0X不支持Remap，所以注釋掉了與ioremap有關的語句，否則在系統(tǒng)啟動時將返回一個錯誤“Failed to ioremap”。另外SST39VF160是遵循JEDEC標準的Flash芯片，在探測時直接采用“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 ioremap\n″)；
　　　　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 cle-anup_s3c44b0x(void)函數(shù)。同理，注釋掉了與ioremap有關的語句。
　　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)在實現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)上的最大差別。當ARM處理器發(fā)生異常時，程序計數(shù)器PC會被強制地從異常類型對應的固定存儲器地址開始執(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。每個異常向量內存放用戶編寫的一條跳轉指令，可以轉到中斷服務子程序的首地址。
　　在嵌入式系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)上電或復位時Boot-Loader 程序能夠首先被加載運行，F(xiàn)lash只能連接到存儲空間的0地址處。對于地址可重映射的系統(tǒng)，當系統(tǒng)啟動后，可將存放在Flash中的異常向量表的內容拷貝到SDRAM的基地址處，然后修改相應的寄存器，將SDRAM 重映射到0地址。這樣系統(tǒng)產(chǎn)生異常時，PC就可以直接從SDRAM中取指令，從而加快了程序的存取速度，縮短了中斷的響應時間。
　　對于不支持地址重映射的系統(tǒng)，異常向量表中的內容只能存放在Flash的0地址處。每次系統(tǒng)進入異常的時候，系統(tǒng)必須從Flash中讀取指令。這一點對于實時性要求不高的場合影響不大，但要在這樣的系統(tǒng)上實現(xiàn)JFFS2文件系統(tǒng)則會出現(xiàn)問題。具體情況為：對Flash進行擦除(erase/eraseall)或寫入(cp/cat/dd)操作時會發(fā)生中斷，這時系統(tǒng)將強制PC指向異常向量表中的相應位置。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PC開始從Flash中讀取指令時，系統(tǒng)就會死機。這是因為Flash在擦除或寫入的時候是不能執(zhí)行讀操作的，否則就會發(fā)生不可預料的錯誤，從而不能完成擦除或寫入操作。相反，在支持地址重映射的系統(tǒng)中就不會出現(xiàn)這樣的問題。因為它是從SDRAM中讀取中斷跳轉指令的，不會出現(xiàn)在Flash擦除或寫入時執(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Flash進行正常擦除或寫入的問題，采用了在MTD最低層的驅動函數(shù)的相應位置加關中斷和開中斷的方法。具體過程如下：　　

　　在μClinux-dist/linux-2.4.x/include/asm/arch/hard-ware.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μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/chips/cfi_cmdset_0002.c文件做如下修改：
　　#include <asm/arch/hardware.h>
　　#include <asm/arch/irqs.h>
　　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 內核配置文件設置
　　Menuconfig下的配置選項與在支持地址重映射的系統(tǒng)中實現(xiàn)JFFS2時的配置相同。為了避免MTDBLOCK與BLK-MEM主設備號的沖突，將μClinux-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設備節(jié)點到/vendors/Samsung/44B0目錄下的Makefile文件中。
3.4 內核的編譯與啟動
　　以上步驟完成之后，運行內核編譯命令，啟動內核。在超級終端中將顯示：
　　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每次啟動時，自動將Flash的第三個分區(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  結束語
　　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，并結合Samsung的S3C44B0X芯片，通過在MTD Driver中加關中斷和開中斷的方法實現(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中關中斷和開中斷的操作增加了系統(tǒng)的復雜性，因此推薦采用兩片F(xiàn)lash：一片NOR型Flash用于存儲啟動裝載程序和內核；一片NAND型Flash用于存儲用戶的動態(tài)數(shù)據(jù)和應用程序。其中NAND型Flash可以采用新型的YAFFS文件系統(tǒng)。
參考文獻
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5   王田苗．嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā).北京：清華大學出版社，2002