基于VxWorks的TrueFFS文件系統(tǒng)的構建與設計.doc

基于VxWorks的TrueFFS文件系統(tǒng)的構建與設計 VxWorks是一種的高性能實時操作系統(tǒng)，其強實時性、高可靠性、良好的可剪裁特性、友好的集成開發(fā)環(huán)境Tornado，使VxWorks成為實時操作系統(tǒng)中最有特色的操作系統(tǒng)之一。加之VxWorks對ARM系列芯片有著良好的支持，使其在軍事、航天、通信、工業(yè)控制等諸多方面應用十分廣泛。但是目前大多數(shù)的嵌入式軟件開發(fā)人員都僅僅是開發(fā)了一些驅(qū)動程序，這樣也可以讓系統(tǒng)運行起來，然而僅僅做到這些是不夠的，構建文件系統(tǒng)，采用文件系統(tǒng)的方式對各個程序加以細化的管理和操作，將更加有利于提高整個系統(tǒng)的效率和可靠性。 TrueFFS是一種硬盤仿真技術，TrueFFS應用程序能從閃存中讀寫，其過程如同從磁性介質(zhì)的機械硬盤驅(qū)動器上的MS-DOS文件系統(tǒng)中讀寫一樣。TrueFFS用磨損測評技術和無用單元收集算法，像硬盤一樣最合理的分配和使用每一個區(qū)塊，減少了區(qū)塊遷移和區(qū)塊過度使用，讓閃盤更可靠、使用壽命更長?？梢栽谠S多嵌入式系的DOC中得以廣泛應用。 VxWorks操作系統(tǒng)在文件系統(tǒng)與設備驅(qū)動程序之間使用一種標準的I/O操作接口， 這樣使得在單個VxWorks操作系統(tǒng)中可以運行多個相同或者不同類型的文件系統(tǒng)。依據(jù)這些標準接口協(xié)議，用戶可以為VxWorks操作系統(tǒng)編寫自己的文件系統(tǒng)，并且可融入自己編寫的設備驅(qū)動程序，以實現(xiàn)兩者的自由組合。有較高的靈活性和可擴展性。1 軟件結構 Window下的文件系統(tǒng)如FAT、NTFS往往不適合用在嵌入式應用系統(tǒng)中，因為第一：嵌入式應用系統(tǒng)工作條件往往比較惡劣。第二：實際的嵌入式應用系統(tǒng)往往資源很有限、不便于支持大型的文件系統(tǒng)。第三：閃存的過編程易造成閃存的損壞。 VxWorks中可支持的文件系統(tǒng)有：dosFs文件系統(tǒng)、TrueFFS文件系統(tǒng)(TrueFFS支持閃存設備)、rawFs文件系統(tǒng)、tapeFs文件系統(tǒng)、cdromFs文件系統(tǒng)、TSFS目標服務器文件系統(tǒng)。其中dosFs文件系統(tǒng)適合于塊存儲設備的實時操作，與MS-DOS文件系統(tǒng)兼容。TrueFFS提供面向多種閃存設備的塊設備接口，可以重進入、線程安全、并支持所有裝載VxWorks的CPU結構。由于閃存非常適合移動設備、手持設備和大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)，而這些要求對于機械硬盤而言則難以滿足。TureFFS與dosFs文件系統(tǒng)是兼容的所以很有實用價值。 TureFFS與dosFs的區(qū)別在于TrueFFS不支持分區(qū)表，也不支持ioctl。值得注意的是，Tornado的這個版本支持SSFDC規(guī)范的NAND器件，但不支持NOR器件。VxWorks中的軟件體系結構如圖1所示。 至底向上依次是硬件設備、塊存取設備、文件系統(tǒng)、設備驅(qū)動、應用程序。硬件設備是閃存、DRAM、串口、網(wǎng)口等；塊存取設備驅(qū)動程序主要是面向設備的啟動層；文件系統(tǒng)主要有dosFs和TrueFFS，這部分是非常重要的，一個良好而高效的嵌入式系統(tǒng)必須要有這樣一個或者多個文件系統(tǒng)。接著是I/O系統(tǒng)接口，VxWorks操作系統(tǒng)中的I/O系統(tǒng)可以提供簡單、統(tǒng)一、與任何設備無關的接口，包括基本I/O和緩沖I/O系統(tǒng)，適應高實型的要求。最頂部是用戶的編寫應用程序與下層的代碼也不直接與硬件聯(lián)系。2 TureFFS層次架構圖2 TrueFFS具有分層結構1.核心層：該層將其他各層連接起來，并處理全局事務，如后臺處理、碎片搜集、計時器和其他系統(tǒng)資源，核心層只有二進制形式。2.轉(zhuǎn)換層：該層包含了存儲媒質(zhì)的文件系統(tǒng)視圖與閃存擦除之間的映射。轉(zhuǎn)換層只有二進制形式。3.MTD層：MTD執(zhí)行閃存媒質(zhì)的低級編程(映射、讀、寫、擦除)，MTD具有源代碼和二進制形式。4.Socket層：Socket層提供TrueFFS與板級硬件之間的接口，提供指定板硬件的存取程序。Socket驅(qū)動程序只具有源代碼形式。3 構建支持TrueFFS系統(tǒng)的步驟 選擇MTD組件，MTD是軟件模塊既可以用WINDRIVER公司的產(chǎn)品也可以用戶自己編寫。MTD支持的閃存設備有CFI接口的也有SCS接口，根據(jù)自己的Flash芯片，決定采用什么樣的BSP組件。確定Socket驅(qū)動程序、sysTffs.c文件中執(zhí)行、在相應的BSP中也要有所定義。配置系統(tǒng)。添加dosFs和其他組件。并且必須要有一個核心組件INCLUDE_TFFS。構建項目。在這里包含多種組件，主要是與選擇的Flash種類有關，各種公司生產(chǎn)的閃存設備都對應了不同的組件。如INCLUDE_MTD_AMD就是包含AMD、Fujitsu的閃存設備。引導目標機以及格式化驅(qū)動程序。安裝驅(qū)動程序。使用usrTffsConfig()函數(shù)將文件系統(tǒng)安裝在TrueFFS閃存驅(qū)動器。檢測驅(qū)動程序。確保文件操作的正確性。啟動系統(tǒng)，注冊Socket驅(qū)動程序后，調(diào)出shell程序，用tfsDevFormat()格式化Flash。由于系統(tǒng)中有一部分是下載的系統(tǒng)映象文件，所以這部分區(qū)域不能被格式化，所以創(chuàng)建啟動鏡像區(qū)域是有必要的。4 閃存驅(qū)動程序設計 這部分的程序應該放在MTD層中實現(xiàn)。通用設備驅(qū)動程序是放在子程序usrRoot()中、而BSP專用設備驅(qū)動程序是放在子程序sysHWInit()中。硬件的行為和特性是通過內(nèi)部寄存器來控制的，對內(nèi)部寄存器的訪問，有兩種方式，I/O方式和存儲器映射閃存方式，在ARM系統(tǒng)里把外設I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址。驅(qū)動程序是界于硬件和上層應用軟件之間的低層程序代碼，驅(qū)動程序負責低層硬件和上層應用程序間的數(shù)據(jù)交換，直接面向硬件操作。驅(qū)動程序?qū)懙煤脛t使得上層應用程序的工作量相對減少很多。為防止阻塞，在驅(qū)動程序中設置狀態(tài)檢查至關重要，對硬件操作延時必然會產(chǎn)生，延時可以測出，通過時間判斷延時和死機等異常情況，從而做出相應處理。對Flash可以分扇區(qū)擦除也可以整片擦除，對閃存的寫數(shù)據(jù)其實也是先擦除再寫入，讀出數(shù)據(jù)也是分塊讀出數(shù)據(jù)，可以按照周期時序規(guī)則對指定的寄存器寫入指令和讀出或者寫入數(shù)據(jù)。盡量循環(huán)擦除以避免造成閃存某一個區(qū)域的過編程，這樣可以有效利用各個塊的存儲空間也可以延長壽命。還必須注意數(shù)據(jù)的長度和數(shù)據(jù)類型的選擇，使內(nèi)存地址必須對齊，否則可能造成系統(tǒng)不可預知的問題。下面是部分代碼。/定義_廠各種指令代碼#define FLASH_CMD_FIRST 0xaa#define FLASH_CMD_SECOND 0x55/定義了總線周期地址#define FLASH_REG_FIRST_CYCLE *(unsigned short *)(0x2000000+0x555*2)#define FLASH REG_SECOND_CYCLE *(unsigned short *)(Ox2000000+Ox2aa*2)#define FLASH_CMD_PROGRAM1 0x80#define FLASH_CMD_PROGRAM2 0x10/flash按扇區(qū)擦除STATUS sysFlashEraseSector(unsigned int addr)/flash整片擦除STATUS sysFlashChipErase(void)/flash讀出整塊數(shù)據(jù)void FLASH_READ(unsigned int addr，unsigned short int *pread，int nwords)/flash寫入整塊數(shù)據(jù)STATUS sysFlashWrite (unsigned short int data，short int size，unsigned int addr) 為了盡可能的延長使用壽命，TrueFFS使用了一種稱為磨損測評的技術和無用單元收集算法。磨損測評可以緩解“過編程”的現(xiàn)象，平衡整個介質(zhì)的磨損情況，使每個單元的擦除次數(shù)近似相等。無用存儲單元收集技術對已經(jīng)擦除塊進行再次聲明，便于循環(huán)使用。5 小結 本文介紹了TrueFFS文件系統(tǒng)的建立過程，分析了各個層次架構，介紹了Flash驅(qū)動程序。