嵌入式linux下的文件系統(tǒng)

1、嵌入式 linux 下常見(jiàn)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(lái)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(chǔ)、文件名稱最長(zhǎng) 1012 字符? 可選擇邏輯塊? 快速符號(hào)鏈接

2、? 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(méi)有提供對(duì)基于扇區(qū)的擦除寫操作的良好管理? 如果在一個(gè)扇區(qū)中擦除單個(gè)字節(jié)，必須將整個(gè)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(shí)， 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(duì) flash 的均勻磨損? 在扇區(qū)級(jí)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(shí)，

3、JFFS2 會(huì)大大放慢運(yùn)行垃圾收集Nand 上 yaffs 文件系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)? 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(guò) jffs_node 建立在 RAM 中，占用RAM 空間：對(duì)于 128MB 的 Nand 大概需要 4MB 的空間 來(lái)維護(hù)節(jié)點(diǎn)? 啟動(dòng)的時(shí)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(méi)有日志 編譯 yaffs 文件系統(tǒng)? mtd 的最新補(bǔ)丁升級(jí)？? 接口更新，適合與 yaffs? 與原有的 mtd 驅(qū)動(dòng)程序不兼容，需要重寫? 如果使用舊 mtd 驅(qū)動(dòng)

4、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(guò) cat /proc/yaffs 命令可以看到 yaffs 系 統(tǒng)的相關(guān)信息? mount -t yaffs /dev/mtdblock/0 /mnt/ya ffs關(guān)于 Linux 文件系統(tǒng)JFFS全稱為：The Journalling Flash File System日志閃存文件

5、系統(tǒng)） 最初由瑞典的 AxisCommunications 開(kāi)發(fā)， Red Hat 的 David Woodhouse 對(duì)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 可能是文件的名稱、意味著它基本上是一長(zhǎng)列節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含有關(guān)文件的部分信息 也許是一些數(shù)據(jù)。相對(duì)于 Ext2 fs，JFFS 因?yàn)橛幸韵逻@些優(yōu)點(diǎn)而在無(wú)盤嵌入式設(shè)備中越來(lái) 越受歡迎：1 JFFS 在扇區(qū)級(jí)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(shí)， Ext2 文 件系統(tǒng)將整個(gè)扇區(qū)

6、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(gè)扇區(qū)。這 意味著為了更改單個(gè)字，必須對(duì)整個(gè)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(shí)，發(fā)生了電源故障或其它事故，那么將丟失整個(gè)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(gè)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(gè)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：

7、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(duì)基于 uclinux 開(kāi)發(fā) 產(chǎn)品的廣大工程師有所幫助。關(guān)鍵詞： uclinux vfs jffs任何人可以免費(fèi)獲得、 使用和重發(fā)布本文的目的是希望它能對(duì)讀申明： 這份文檔是按照自由軟件開(kāi)放源代碼的精神發(fā)布的， 新發(fā)布， 但是你沒(méi)有限制別人重新發(fā)布你發(fā)布內(nèi)容的權(quán)利。者有用，但沒(méi)有任何擔(dān)保， 甚至沒(méi)有適合特定目的的隱含的擔(dān)保。 更詳細(xì)的情況請(qǐng)參閱 GNU通用公共許可證 (GPL) ，以及 GNU 自由文檔協(xié)議 (GFDL) 。你應(yīng)該已經(jīng)和文檔一起收到一份GNU通用公共許可證（GPL）的副本。如果還沒(méi)有，寫信給:The

8、Free Software Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge,MA02139, USA歡迎各位指出文檔中的錯(cuò)誤與疑問(wèn)一、 flash 讀寫的特殊性對(duì)于嵌入式系統(tǒng)， flash 是很常見(jiàn)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(duì) 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(duì) flash 操作的特殊性包括：1 ） 不能對(duì)單個(gè)字節(jié)進(jìn)行擦除，最小的擦寫單位是一個(gè)block ，有時(shí)候也稱為一個(gè)扇區(qū)。典型的一個(gè) block 的大小是 64k 。不同的 flash 會(huì)有不

9、同，具體參考 flash 芯片的規(guī)范。2 ） 寫操作只能對(duì)一個(gè)原來(lái)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(shuō)如果要改寫一個(gè)原來(lái)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(gè) 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(chǔ)結(jié)構(gòu)在 jffs 中，所有的文件和目錄是一樣對(duì)待的，都是用一個(gè) jffs_raw_inode 來(lái)表示整個(gè) flash 上就是由一個(gè)一個(gè)的 raw inode 排列組成， 一個(gè)目錄

10、只有一個(gè) raw inode ，對(duì)于文件則是由一個(gè)或多個(gè) raw inode 組成。2、文件組成在文件系統(tǒng) mount 到 flash 設(shè)備上的時(shí)候，會(huì)掃描 flash ，從而根據(jù) flash 上的所有屬于 個(gè)文件的 raw inode 建立一個(gè) jffs_file 結(jié)構(gòu)以及 node list 。面的圖顯示了一個(gè)文件的組成一個(gè)文件是由若干個(gè) jffs_node 組成，每一個(gè) 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(gè)鏈表node 。版本鏈表：主要是描述該 node 創(chuàng)建的早晚，就是說(shuō) version_head 指向的

11、是一個(gè)最老的node ，也就意味著垃圾回收的時(shí)候最該回收的就是這個(gè)最老的區(qū)域鏈表：這個(gè)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 0n-1 之后依次的節(jié)點(diǎn)分別是nm-1 mo-1.其中 nM3、操作對(duì)文件的讀操作應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單，但是寫操作，包括更改文件名等操作都是引起一個(gè)新的jffs_node 的誕生，同時(shí)要寫一個(gè)相映的 raw inode 到 flash 上，這樣的操作有可能導(dǎo)致前 面的某個(gè) jffs_node 上面的數(shù)據(jù)完全失效， 從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng) flash 上的 raw inode 的空間成為dirty 。面舉一個(gè)例子可能會(huì)更清楚一些。一個(gè)

12、文件的 range list 是由上面的三個(gè) jffs_node 組成，當(dāng)我們做如下寫操作的時(shí)候lseek( fd, 10, SEEK_SET );write( fd, buf,40 );第一個(gè)和最后一個(gè) node 被截短了， 第二個(gè) node 完全被新數(shù)據(jù)替換， 該 node 會(huì)從鏈表上 摘下來(lái)， flash 上空間變成 dirty 。如果做如下寫操作的時(shí)候lseek( fd, 23, SEEK_SET );write( fd, buf,5 );此時(shí)，第二個(gè) node 被分裂成兩個(gè) node ，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的 node ， range 鏈表的元素變 成五個(gè)?；?Linux2.6 的 YA

13、FFS 文件系統(tǒng)移植v1.0,2005-6-6、 YAFFS 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介YAFFS，Yet Another Flash File System，是一種類似于 JFFS/JFFS2 的專門為 Flash 設(shè)計(jì) 的嵌入式文件系統(tǒng)。與 JFFS 相比，它減少了一些功能，因此速度更快、占用內(nèi)存更少。YAFFS和JFFS都提供了寫均衡，垃圾收集等底層操作。它們的不同之處在于:1 ）、 JFFS 是一種日志文件系統(tǒng)，通過(guò)日志機(jī)制保證文件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。YAFFS 僅僅借鑒了日志系統(tǒng)的思想，不提供日志機(jī)能，所以穩(wěn)定性不如JAFFS,但是資源占用少。2 ）、JFFS 中使用多級(jí)鏈表管理需要回收的臟塊，并且使用

14、系統(tǒng)生成偽隨機(jī)變量決定要回收的塊，通過(guò)這種方法能提供較好的寫均衡，在YAFFS 中是從頭到尾對(duì)塊搜索，所以在垃圾收集上JFFS的速度慢，但是能延長(zhǎng) NAND的壽命。（3 ）、JFFS支持文件壓縮，適合存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)；YAFFS不支持壓縮，更適合存儲(chǔ)容量大的系統(tǒng)。YAFFS 還帶有 NAND芯片驅(qū)動(dòng)， 并為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問(wèn)文件系統(tǒng)的 API ，用戶可以不使用 Linux 中的MTD 和 VFS ，直接對(duì)文件進(jìn)行操作。 NAND Flash 大多采用MTD+YAFFS 的模式。MTD （ Memory Technology Devices，內(nèi)存技術(shù)設(shè)備） 是對(duì) Flash操作的接口，提

15、供了一系列的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，將硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)分開(kāi)。二、YAFFS文件系統(tǒng)的移植yaffs 代碼可以從 http:/www.aleph1.co.uk/armlinux/projects/下載（ yaffs 代碼包括yaffs_ecc.c， yaffs_fileem.c ， yaffs_fs.c ， yaffs_guts.c ， yaffs_mtdif.c ， yaffs_ramem.c 。）表一 Yaffs 文件系統(tǒng)源代碼相關(guān)文件及功能描述文件名 功 能yaffs_ecc.c ECC 校驗(yàn)算法yaffs_fileem.c 測(cè)試 flashyaffs_fs.c 文件系統(tǒng)接口函數(shù)yaffs_g

16、uts.c Yaffs 文件系統(tǒng)算法yaffs_mtdif.c NAND 函數(shù)yaffs_ramem.c Ramdisk 實(shí)現(xiàn)1.內(nèi)核中沒(méi)有YAFFS，所以需要自己建立 YAFFS目錄，并把下載的 YAFFS代碼復(fù)制到該目錄下面。#mkdir fs/yaffs #cp *.c(yaffs source code) fs/yaffs 2. 修改 fs/Kconfig ，使得可以配置 yaffs : source fs/yaffs/Kconfig 3 修改 fs/makefile ，添加如下內(nèi)容：obj-$(CONFIG_YAFFS_FS) += yaffs/ 4. 在 fs 目錄下生成 yaff

17、s 目錄，并在里面生成一個(gè) makefile 和 KconfigMakefile 內(nèi)容為：yaffs-objs := yaffs_fs.o yaffs_guts.o yaffs_mtdif.o yaffs_ecc.oEXTRA_CFLAGS += $(YAFFS_CONFIGS) -DCONFIG_KERNEL_2_6Kconfig 內(nèi)容為：# YAFFS file system configurations config YAFFS_FS tristate Yet Another Flash Filing System(YAFFS) file system support helpYAFFS

18、, for Yet Another Flash Filing System, is a filing system optimised for NAND Flash chips.To compile the YAFFS file system support as a module, choose M here: the module will be called yaffs.If unsure, say N.Further information on YAFFS is available at Memory Technology Device (MTD) supportMTD partit

19、ioning support- User Modules And Translation Layers Direct char device access to MTD devices Caching block device access to MTD devicesNAND Flash Device Drivers - NAND Device Support NAND Flash support for S3C2410 SoCS3C2410 NAND driver debug 7 配置內(nèi)核時(shí)選中 YAFFS 支持：File systems -Miscellaneous filesystem

20、s - Yet Another Flash Filing System(YAFFS) file system supportNAND mtd supportUse ECC functions of the generic MTD-NAND driverUse Linux file caching layerTurn off debug chunk erase checkCache short names in RAM8.編譯內(nèi)核并將內(nèi)核下載到開(kāi)發(fā)板的flash 中。三、 Yaffs 文件系統(tǒng)測(cè)試：1. 內(nèi)核啟動(dòng)之后，在啟動(dòng)信息里面可以看到如下內(nèi)容：NAND device: Manufactur

21、er ID: 0xec, Chip ID: 0x76 (Samsung NAND 64MiB 3,3V 8-bit)Scanning device for bad blocksCreating 5 MTD partitions on NAND 64MiB 3,3V 8-bit: 0x00000000-0x00020000 : vivi 0x00020000-0x00030000 : param 0x00030000-0x00130000 : kernel 0x00130000-0x01a30000 : root 0x01a30000-0x04100000 : user2. 如果在內(nèi)核里面添加了

22、 proc 文件系統(tǒng)的支持那么你在 proc 里面可以看到有關(guān) yaffs 的信 # cat proc/filesystems nodev sysfs nodev rootfs nodev bdevnodev proc nodev sockfs nodev pipefs nodev futexfs nodev tmpfs nodev eventpollfs nodev devpts nodev ramfs vfat nodev devfs nodev nfs yaffs nodev rpc_pipefs3. 查看 dev 目錄下相關(guān)目錄可以看到： # ls dev/mtd -al drwxr-

23、xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 .drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 .crw-rw-rw- 1 root root 90, 0 Jan 1 00:00 0 cr-r-r- 1 root root 90, 1 Jan 1 00:00 0ro crw-rw-rw- 1 root root 90, 2 Jan 1 00:00 1 cr-r-r- 1 root root 90, 3 Jan 1 00:00 1ro crw-rw-rw- 1 root root 90, 4 Jan 1 00:00 2cr-r-r- 1 root roo

24、t 90, 5 Jan 1 00:00 2ro crw-rw-rw- 1 root root 90, 6 Jan 1 00:00 3 cr-r-r- 1 root root 90, 7 Jan 1 00:00 3ro crw-rw-rw- 1 root root 90, 8 Jan 1 00:00 4 cr-r-r- 1 root root 90, 9 Jan 1 00:00 4ro # ls dev/mtdblock/ -al drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 .drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 .brwroot

25、 root 31, 0 Jan 100:00 0brwroot root 31, 1 Jan 100:00 1brwroot root 31, 2 Jan 100:00 2brwroot root 31, 3 Jan 100:00 3brwroot root 31, 4 Jan 100:00 44. mount 、 umount建立 mount 目錄 #mkdir /mnt/flash0 #mkdir /mnt/flash1Mountblockdevice 設(shè)備-#mou nt- yaffs /dev/mtdblock/3 /mn t/flashO-#mou nt- yaffs /dev/mt

26、dblock/4 /mn t/flash1 #cp 1.txt /mnt/flash0 #cp 2.txt /mnt/flash1查看 mount 上的目錄，可以看到該目錄下有剛才拷貝的文件， 將其 umount后，再次 mount上來(lái)可以發(fā)現(xiàn)拷貝的文件仍然存在，這時(shí)刪除該文件然后umount ，再次mount 后，可以發(fā)現(xiàn)拷貝的文件已經(jīng)被刪除，由此可以該分區(qū)可以正常讀寫。5. 在 flash 上建立根文件系統(tǒng)-# mou nt-yaffs /dev/mtdblock/3 /mn t/flashO #cp (your rootfs) /mnt/flash0 #umount /mnt/flash

27、0重新啟動(dòng)，改變啟動(dòng)參數(shù)：param set linux_cmd_linenoinitrdroot=/dev/mtdblock3init=/linuxrcconsole=ttySAC0重新啟動(dòng)，開(kāi)發(fā)板就可以從flash 啟動(dòng)根文件系統(tǒng)了。注：這里你得在內(nèi)核中添加devfs 文件系統(tǒng)的支持，否則內(nèi)核無(wú)法找到/dev/mtdblock/3目錄目前 flash 的文件系統(tǒng)比較多，用的比較多的就是JFFS2 文件系統(tǒng)?；?NOR flash 上的JFFS2 文件系統(tǒng)可以說(shuō)算是比較成熟了，支持NAND flash 的 JFFS2 也已經(jīng)發(fā)布了。源代碼可以到 http:/www.linux-mtd.in

28、上面下載。但是在我的測(cè)試過(guò)程中，在nand flash 上掛接的JFFS2文件系統(tǒng)很不穩(wěn)定,經(jīng)常有 CRC 錯(cuò)誤產(chǎn)生。特別是進(jìn)行寫操作的時(shí)候，每次復(fù)位都會(huì)產(chǎn)生 CRC 錯(cuò)誤，可以說(shuō)支持 NAND flash 的 JFFS2 文件系統(tǒng)目前還不成熟。而 YAFFS 文件系統(tǒng)則是專門針對(duì) NAND flash 的，源代碼可以到http:/www.aleph1.co.uk/yaffs/index.html上下載。在測(cè)試過(guò)程中穩(wěn)定性能比 JFFS2 文件系統(tǒng)要穩(wěn)定的多， 而且 mount 分區(qū)的時(shí)間也比 JFFS2 文件系統(tǒng)少的多。 用 JFFS2 mount一個(gè)2m的文件系統(tǒng)大約

29、需要 1s。下面分別介紹在 uciinux下面使用JFFS2和YAFFS文件系統(tǒng)。1 、 JFFS2到 上面下載最新的 MTD 和 JFFS2 壓縮包。壓縮包里面還有有關(guān)的內(nèi)核補(bǔ)丁和一些 MTD 的相關(guān)工具。 主要的補(bǔ)丁就是 iiookup-2.4.23.patch因?yàn)樽钚碌?MTD 驅(qū)動(dòng)中要用到一個(gè) ilookup ()函數(shù)。打完補(bǔ)丁、 更新了 MTD 驅(qū)動(dòng)和 JFFS2文件系統(tǒng)之后就開(kāi)始寫自己 nand fiash 驅(qū)動(dòng)了。如果不想把 JFFS2 作為根文件系統(tǒng)的話，spia.c 。還需要修改 MTD_BLOCK_MAJOR

30、 。驅(qū)動(dòng)可以參考里面的例子，最簡(jiǎn)單的就是參考 寫驅(qū)動(dòng)主要工作是定義 flash 分區(qū)結(jié)構(gòu)、定義 flash 讀寫地址、寫控制 flash 的 *_hwcontrol()函數(shù)。具體的操作要看所用的 nand fiash 的芯片資料。相對(duì) NOR fiash 來(lái)說(shuō)驅(qū)動(dòng)要簡(jiǎn)單多 了。 :)改完之后再配置Memory Technology Devices(MTD)CONFIG_MTD=YCONFIG_MTD_DEBUG=YCONFIG_MTD_DEBUG_VERBOSE=3CONFIG_MTD_PARTITIONS=YCONFIG_MTD_CHAR=YCONFIG_MTD_BLOCK=YNAND Fl

31、ash Device Drivers 下CONFIG_MTD_NAND=Y定義自己的驅(qū)動(dòng)文件File systems 下CONFIG_JFFS2_FS=YCONFIG_JFFS2_FS_DEBUG=2CONFIG_JFFS2_FS_NAND=y /* 這個(gè)是新加的 */在 uClinux v1.3.4 ConfigurationFlash Tools 下CONFIG_USER_MTDUTILS=YCONFIG_USER_MTDUTILS_ERASE=YCONFIG_USER_MTDUTILS_ERASEALL=YCONFIG_USER_MTDUTILS_MKFSJFFS2=YJFFS2 文件系統(tǒng)例如把第一個(gè)分最后就是辛苦了調(diào)試工作了。 :(MTD 驅(qū)動(dòng)調(diào)試完之后，就可以在上面掛接 了。參看 flash 分區(qū)情況： cat /proc/mtd ，擦