周翔

　?。ㄖ袊姴▊鞑パ芯克?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)的結構和算法，針對項目開發(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)的構建,，描述了該理論的實現(xiàn)過程,。經(jīng)實踐證明該方法可行，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,。

　　關鍵詞：嵌入式,；VxWorks；TFFS,；存儲器

　　中圖分類號：TP316.2文獻標識碼：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)的構建［J］.微型機與應用,，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 提供了標準的塊設備接口，因此被包括VxWorks在內的很多嵌入式操作系統(tǒng)所采用,。建立TFFS 后,，用戶可以像操作標準磁盤一樣實現(xiàn)對Flash的管理。

1TrueFFS文件系統(tǒng)結構

　　圖1TrueFFS結構及其在系統(tǒng)中的位置TrueFFS位于DOS文件系統(tǒng)和Flash存儲器之間,，可以實現(xiàn)對底層Flash的讀寫操作,，同時對上層提供應用接口，使Flash像標準磁盤設備一樣由操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)所管理,。其在整個系統(tǒng)中的位置和結構如圖1所示,。

　　核心層為文件系統(tǒng)提供完整的塊設備功能；翻譯層負責管理文件系統(tǒng)和Flash各個塊的關系,，實現(xiàn)邏輯塊到物理塊的映射,，另外它還實現(xiàn)設備模擬算法和Flash管理算法，如壞塊管理,、碎片回收,、損耗均衡等；MTD(Memory Technology Driver) 層實現(xiàn)Flash底層驅動,，如讀,、寫、擦除等,；Socket層提供TFFS與硬件之間的接口服務,，如向系統(tǒng)注冊Socket設備、檢測插拔,、硬件寫保護等［1］,。

2TrueFFS文件系統(tǒng)算法

　　TrueFFS能均勻使用Flash,，用冗余數(shù)據(jù)結構保證可靠的數(shù)據(jù)操作，能排除損壞以避免錯誤,，實現(xiàn)了FTL（Flash Translation Layer）標準［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)維護表的blocktoflash(塊對應于Flash)傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)損耗均衡技術,。當塊數(shù)據(jù)被修改,、移動或碎片回收后，這張維護表會自動調整,。

　?。?）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）機制來回收這些塊,。該機制從一個預擦除單元內拷貝所有的有效數(shù)據(jù)塊到一個新的單元，然后更新blocktoflash映射表,，最后擦除廢舊的預擦除單元,。

　　（3）塊分配和關聯(lián)數(shù)據(jù)集結

　　TrueFFS會將關聯(lián)的數(shù)據(jù)（如出自同一個文件）集結到同一個單獨擦除單元（erase unit）內的一段連續(xù)的區(qū)域中,。為此，TrueFFS盡量在同一個擦除單元（erase unit）內維持一個由多個物理上連續(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。

　?。?）錯誤恢復

　　TrueFFS使用了一種“先寫后擦”的策略,。當更新Flash一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)時，只有在更新操作完成并且新存儲的數(shù)據(jù)校驗成功后,，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)時生成bootrom.bin文件為256 KB,，VxWorks鏡像文件為5.13 MB。計劃借助TrueFFS創(chuàng)建兩個磁盤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,，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，所以無法實現(xiàn)將該Flash全部創(chuàng)建TFFS,，導致不僅無法存放VxWorks鏡像文件,，而且還造成Flash空間的浪費。

4實現(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,，上電后可自動運行bootrom,；另外6 MB空間創(chuàng)建TFFS文件系統(tǒng)。構建TFFS的過程中涉及5個文件的修改：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編譯進系統(tǒng)映像,，加入定義

　　MACH_EXTRA = i28f640.o

　　（3）sysTffs.c：配置TFFS各項參數(shù)

　　#defineINCLUDE_MTD_I28F640

　　/* 可以調用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中各個參數(shù)的定義［3］。

　　typedef struct {

　　long int bootImageLen;

　　/*bootImage需要從flash開始處預留的長度*/

　　unsignedpercentUse;

　　/*Flash被格式化的百分率,，為了提高TrueFFS的性能,，不要設為100%，以便任何時候都有空余空間,。默認值為99%*/

　　unsignednoOfSpareUnits;

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

　　unsigned long vmAddressingLimit;

　　/* FTL 在RAM中映射的大小,，默認為61Kbytes*/

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

　　/* 回調函數(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卷標號*/

　　char FAR1 * volumeLabel;

　　/*Dos卷標字符串,，如果為NULL，則沒有卷標*/

　　unsigned noOfFATcopies;

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

　　unsigned embeddedCISlength;

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

　　char FAR1 * embeddedCIS;

　　/* 單元頭部被結構化用來作為一個PCMCIA''tuple'' 鏈(a CIS)的起始,，它包含了一個數(shù)據(jù)組織tuple，通常用16進制的0xFF來標示上一個單元頭部結束的位置（''endoftuplechain''）,。*/

　　} FormatParams;

　　實際使用的格式化參數(shù)為 {0x00200000l, 99, 1, 0x10000l , NULL, {0,0,0,0}, NULL, 2, 0, NULL} 。此文件的改寫是實現(xiàn)非2的n次冪TFFS文件系統(tǒng)創(chuàng)建的關鍵,。在設置Flash地址和空間大小時依據(jù)NOR Flash的實際參數(shù)配置，而在對Flash格式化時修改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：實現(xiàn)MTD層的功能

　　根據(jù)js28f640j3數(shù)據(jù)手冊編寫FLFlash結構體的各項成員,，包括i28f640Write、i28f640Erase,、i28f640Identify、lv28f640MTDMap,。

　　程序中需要注意以下幾點：

　　①對于NOR Flash，不需要編寫i28f640Read函數(shù),；

　　②如果要創(chuàng)建多于1個TFFS文件系統(tǒng),，需要對每個文件系統(tǒng)編寫lv28f640MTDMap函數(shù),；

　　③首次創(chuàng)建時,，最好#define DEBUG_PRINT printf,，可以觀察整個創(chuàng)建過程,，便于查找問題；

　?、苄枰诓脸蛯懖僮髦衅帘沃袛?，因為Flash在擦除、讀寫ID狀態(tài)時,，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)生時不能得到正常的入口指令,，會導致系統(tǒng)跑飛,。

　　5文件系統(tǒng)創(chuàng)建

　　第一次啟動時設置通過網(wǎng)絡加載映像,，當系統(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

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

6結束語

　　通過對TrueFFS相關函數(shù)的配置，可實現(xiàn)嵌入式VxWorks中非2的n次冪TFFS文件系統(tǒng)的構建,。本文詳細描述了創(chuàng)建過程及注意事項。這種方式已經(jīng)應用到某發(fā)射系統(tǒng)的顯控技術上,，設備運行穩(wěn)定,、可靠，具有較大的實用價值,。

參考文獻

　?。?］ 曹桂平,等. VxWorks設備驅動開發(fā)詳解［M］. 北京：電子工業(yè)出版社,，2011.

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

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