周翔

　　（中國電波傳播研究所 第四研究部，山東 青島 266107）

        摘要：介紹了嵌入式VxWorks的TrueFFS（True Flash File System）文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和算法，針對項(xiàng)目開發(fā)中遇到的問題提出了非2的n次冪大小的TFFS文件系統(tǒng)的構(gòu)建，描述了該理論的實(shí)現(xiàn)過程。經(jīng)實(shí)踐證明該方法可行，并且為Flash存儲器的充分利用和通過TFFS加載鏡像提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式；VxWorks；TFFS；存儲器

　　中圖分類號：TP316.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674--7720.2017.06.007

　　引用格式：周翔. 非2的n次冪大小的TrueFFS文件系統(tǒng)的構(gòu)建［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（6）：19-21.

0引言

　　Flash存儲器以其體積小、耗電省、非易失的特性，越來越廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，成為重要的程序和數(shù)據(jù)載體。TrueFFS 文件系統(tǒng)是M-systems 公司推出的Flash管理軟件，它為種類繁多的Flash 提供了標(biāo)準(zhǔn)的塊設(shè)備接口，因此被包括VxWorks在內(nèi)的很多嵌入式操作系統(tǒng)所采用。建立TFFS 后，用戶可以像操作標(biāo)準(zhǔn)磁盤一樣實(shí)現(xiàn)對Flash的管理。

1TrueFFS文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　圖1TrueFFS結(jié)構(gòu)及其在系統(tǒng)中的位置TrueFFS位于DOS文件系統(tǒng)和Flash存儲器之間，可以實(shí)現(xiàn)對底層Flash的讀寫操作，同時(shí)對上層提供應(yīng)用接口，使Flash像標(biāo)準(zhǔn)磁盤設(shè)備一樣由操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)所管理。其在整個(gè)系統(tǒng)中的位置和結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　核心層為文件系統(tǒng)提供完整的塊設(shè)備功能；翻譯層負(fù)責(zé)管理文件系統(tǒng)和Flash各個(gè)塊的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)邏輯塊到物理塊的映射，另外它還實(shí)現(xiàn)設(shè)備模擬算法和Flash管理算法，如壞塊管理、碎片回收、損耗均衡等；MTD(Memory Technology Driver) 層實(shí)現(xiàn)Flash底層驅(qū)動，如讀、寫、擦除等；Socket層提供TFFS與硬件之間的接口服務(wù)，如向系統(tǒng)注冊Socket設(shè)備、檢測插拔、硬件寫保護(hù)等［1］。

2TrueFFS文件系統(tǒng)算法

　　TrueFFS能均勻使用Flash，用冗余數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證可靠的數(shù)據(jù)操作，能排除損壞以避免錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)了FTL（Flash Translation Layer）標(biāo)準(zhǔn)［2］。

　　（1）損耗均衡算法

　　Flash存儲器的擦除壽命有限，隨著使用次數(shù)的增多，它最終會變成只讀狀態(tài)。為延長其壽命，行之有效的方法就是平衡使用所有的存儲單元，而不讓某一單元過度使用。TrueFFS使用一種基于動態(tài)維護(hù)表的blocktoflash(塊對應(yīng)于Flash)傳輸系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)損耗均衡技術(shù)。當(dāng)塊數(shù)據(jù)被修改、移動或碎片回收后，這張維護(hù)表會自動調(diào)整。

　?。?）碎片回收

　　塊數(shù)據(jù)的修改使得Flash的一些塊區(qū)域被填滿無效數(shù)據(jù)，這些區(qū)域在擦除之前變得不可寫。TrueFFS使用一種碎片回收（garbage collection）機(jī)制來回收這些塊。該機(jī)制從一個(gè)預(yù)擦除單元內(nèi)拷貝所有的有效數(shù)據(jù)塊到一個(gè)新的單元，然后更新blocktoflash映射表，最后擦除廢舊的預(yù)擦除單元。

　?。?）塊分配和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集結(jié)

　　TrueFFS會將關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（如出自同一個(gè)文件）集結(jié)到同一個(gè)單獨(dú)擦除單元（erase unit）內(nèi)的一段連續(xù)的區(qū)域中。為此，TrueFFS盡量在同一個(gè)擦除單元（erase unit）內(nèi)維持一個(gè)由多個(gè)物理上連續(xù)自由的塊組成的存儲池。這就提高了數(shù)據(jù)的讀取效率，減少碎片的產(chǎn)生。

　　（4）錯(cuò)誤恢復(fù)

　　TrueFFS使用了一種“先寫后擦”的策略。當(dāng)更新Flash一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，只有在更新操作完成并且新存儲的數(shù)據(jù)校驗(yàn)成功后，先前的數(shù)據(jù)才會被允許擦掉。操作成功，新扇區(qū)的數(shù)據(jù)才有效，否則老扇區(qū)的數(shù)據(jù)有效。

3開發(fā)背景介紹

　　在開發(fā)中使用的硬件電路板焊接了64 MB SDRAM，兩片NOR Flash，每片8 MB。嵌入式VxWorks開發(fā)時(shí)生成bootrom.bin文件為256 KB，VxWorks鏡像文件為5.13 MB。計(jì)劃借助TrueFFS創(chuàng)建兩個(gè)磁盤C和D，C中存放bootrom.bin和VxWorks鏡像文件，D中存放數(shù)據(jù)文件和工作日志。但創(chuàng)建TFFS時(shí)，F(xiàn)lash大小必須以2的正整數(shù)次冪對齊，即C盤空間只能為1 MB、2 MB、4 MB或8 MB。由于bootrom.bin是直接固化到第一片NOR Flash中，所以無法實(shí)現(xiàn)將該Flash全部創(chuàng)建TFFS，導(dǎo)致不僅無法存放VxWorks鏡像文件，而且還造成Flash空間的浪費(fèi)。

4實(shí)現(xiàn)過程

　　將第一片NOR Flash（Intel公司生產(chǎn)的JS28F640J3）起始處的2 MB空間用于固化bootrom.bin文件，上電后可自動運(yùn)行bootrom；另外6 MB空間創(chuàng)建TFFS文件系統(tǒng)。構(gòu)建TFFS的過程中涉及5個(gè)文件的修改：config.h、Makefile、sysTffs.c、tffsConfig.c、i28f640.c。各文件改動如下：

　　（1）config.h：加入必要的定義

　　#defineINCLUDE_TFFS

　　#defineINCLUDE_TFFS_DOSFS

　　#defineINCLUDE_TFFS_SHOW

　　#defineINCLUDE_DOSFS

　　#defineINCLUDE_TL_FTL

　　/* 包含需要使用的翻譯層 */

　?。?）Makefile：將生成的i28f640.o編譯進(jìn)系統(tǒng)映像，加入定義

　　MACH_EXTRA = i28f640.o

　?。?）sysTffs.c：配置TFFS各項(xiàng)參數(shù)

　　#defineINCLUDE_MTD_I28F640

　　/* 可以調(diào)用i28f640Identify函數(shù) */

　　#defineINCLUDE_TL_FTL

　　/* 包含需要使用的翻譯層 */

　　#undefINCLUDE_TL_SSFDC

　　/* 去掉不使用的翻譯層 */

　　#defineFLASH_BASE_ADRS0

　　/* TFFS空間從0地址開始 */

　　#defineFLASH_SIZE0x00800000

　　/* 共8MB */

　　改寫sysTffsFormat函數(shù)，完成格式化過程。此處必須弄清tffsDevFormatParams中各個(gè)參數(shù)的定義［3］。

　　typedef struct {

　　long int bootImageLen;

　　/*bootImage需要從flash開始處預(yù)留的長度*/

　　unsignedpercentUse;

　　/*Flash被格式化的百分率，為了提高TrueFFS的性能，不要設(shè)為100%，以便任何時(shí)候都有空余空間。默認(rèn)值為99%*/

　　unsignednoOfSpareUnits;

　　/*空余擦除單元數(shù)目，目的在于flash出現(xiàn)壞塊時(shí)可以用它來替代，默認(rèn)為1*/

　　unsigned long vmAddressingLimit;

　　/* FTL 在RAM中映射的大小，默認(rèn)為61Kbytes*/

　　FLStatus (*progressCallback)(int totalUnitsToFormat, int totalUnitsFormattedSoFar);

　　/* 回調(diào)函數(shù)，用來監(jiān)測flash擦除過程，如果返回值為OK，則繼續(xù)，否則停止擦除*/

　　char volumeId［4］;

　　/*Dos卷標(biāo)號*/

　　char FAR1 * volumeLabel;

　　/*Dos卷標(biāo)字符串，如果為NULL，則沒有卷標(biāo)*/

　　unsigned noOfFATcopies;

　　/* 文件分配表（FAT）的拷貝數(shù)，正常情況下只使用一個(gè)FAT，而另一個(gè)只有在使用的FAT被破壞的情況下用來恢復(fù)分配表，默認(rèn)為2*/

　　unsigned embeddedCISlength;

　　/* CIS 嵌在單元頭部（unit header）之后的字節(jié)長度*/

　　char FAR1 * embeddedCIS;

　　/* 單元頭部被結(jié)構(gòu)化用來作為一個(gè)PCMCIA''tuple'' 鏈(a CIS)的起始，它包含了一個(gè)數(shù)據(jù)組織tuple，通常用16進(jìn)制的0xFF來標(biāo)示上一個(gè)單元頭部結(jié)束的位置（''endoftuplechain''）。*/

　　} FormatParams;

　　實(shí)際使用的格式化參數(shù)為 {0x00200000l, 99, 1, 0x10000l , NULL, {0,0,0,0}, NULL, 2, 0, NULL} 。此文件的改寫是實(shí)現(xiàn)非2的n次冪TFFS文件系統(tǒng)創(chuàng)建的關(guān)鍵。在設(shè)置Flash地址和空間大小時(shí)依據(jù)NOR Flash的實(shí)際參數(shù)配置，而在對Flash格式化時(shí)修改bootImageLen參數(shù)，將2 MB空間給bootrom，而TFFS只使用后面6 MB空間。

　?。?）tffsConfig.c：在MTDidentifyRoutine mtdTable［］中加入定義

　　#ifdefINCLUDE_MTD_I28F640

　　i28f640Identify,

　　#endif

　?。?）i28f640.c：實(shí)現(xiàn)MTD層的功能

　　根據(jù)js28f640j3數(shù)據(jù)手冊編寫FLFlash結(jié)構(gòu)體的各項(xiàng)成員，包括i28f640Write、i28f640Erase、i28f640Identify、lv28f640MTDMap。

　　程序中需要注意以下幾點(diǎn)：

　?、賹τ贜OR Flash，不需要編寫i28f640Read函數(shù)；

　?、谌绻?jiǎng)?chuàng)建多于1個(gè)TFFS文件系統(tǒng)，需要對每個(gè)文件系統(tǒng)編寫lv28f640MTDMap函數(shù)；

　?、凼状蝿?chuàng)建時(shí)，最好#define DEBUG_PRINT printf，可以觀察整個(gè)創(chuàng)建過程，便于查找問題；

　?、苄枰诓脸蛯懖僮髦衅帘沃袛?，因?yàn)镕lash在擦除、讀寫ID狀態(tài)時(shí)，不能正常讀取Flash中的數(shù)據(jù)。而VxWorks的異常入口位于Flash存儲器的開始處，異常發(fā)生時(shí)不能得到正常的入口指令，會導(dǎo)致系統(tǒng)跑飛。

　　5文件系統(tǒng)創(chuàng)建

　　第一次啟動時(shí)設(shè)置通過網(wǎng)絡(luò)加載映像，當(dāng)系統(tǒng)啟動成功后在Shell中執(zhí)行以下命令：

　　-> tffsShowAll

　　TFFS Version 2.2

　　0: socket=RFA: type=0x17, unitSize=0x20000, mediaSize=0x800000

　　1: socket=RFA: type=0x17, unitSize=0x20000, mediaSize=0x800000

　　value = 48 = 0x30 = '0'

　　-> sysTffsFormat

　　value = 0 = 0x0

　　-> sysTffsFormat

　　-> usrTffsConfig 0,0,"/tffs"

　　value = 0 = 0x0

　　-> devs

　　drv name

　　0 /null

　　1 /tyCo/0

　　5 host:

　　6 /vio

　　3 /tffs

　　value = 25 = 0x19

　　此時(shí)可以看到“3 /tffs”，說明設(shè)備掛接已經(jīng)成功。執(zhí)行dosFsShow “/tffs/”命令，/tffs空間5.68 MB可用。

6結(jié)束語

　　通過對TrueFFS相關(guān)函數(shù)的配置，可實(shí)現(xiàn)嵌入式VxWorks中非2的n次冪TFFS文件系統(tǒng)的構(gòu)建。本文詳細(xì)描述了創(chuàng)建過程及注意事項(xiàng)。這種方式已經(jīng)應(yīng)用到某發(fā)射系統(tǒng)的顯控技術(shù)上，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，具有較大的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

　　［1］ 曹桂平,等. VxWorks設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.

　?。?］ Wind River systems Inc. VxWorks reference manual［Z］. 1999.

　?。?］ Wind River Systems Inc. VxWorks drivers API reference［Z］. 2006.