基于VxWorks的TrueFFS文件系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計(jì).doc

基于VxWorks的TrueFFS文件系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計(jì) VxWorks是一種的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其強(qiáng)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(yīng)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(dòng)程序，這樣也可以讓系統(tǒng)運(yùn)行起來，然而僅僅做到這些是不夠的，構(gòu)建文件系統(tǒng)，采用文件系統(tǒng)的方式對各個(gè)程序加以細(xì)化的管理和操作，將更加有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性。 TrueFFS是一種硬盤仿真技術(shù)，TrueFFS應(yīng)用程序能從閃存中讀寫，其過程如同從磁性介質(zhì)的機(jī)械硬盤驅(qū)動(dòng)器上的MS-DOS文件系統(tǒng)中讀寫一樣。TrueFFS用磨損測評(píng)技術(shù)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(gè)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(yīng)用。 VxWorks操作系統(tǒng)在文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間使用一種標(biāo)準(zhǔn)的I/O操作接口， 這樣使得在單個(gè)VxWorks操作系統(tǒng)中可以運(yùn)行多個(gè)相同或者不同類型的文件系統(tǒng)。依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)兩者的自由組合。有較高的靈活性和可擴(kuò)展性。1 軟件結(jié)構(gòu) Window下的文件系統(tǒng)如FAT、NTFS往往不適合用在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，因?yàn)榈谝唬呵度胧綉?yīng)用系統(tǒng)工作條件往往比較惡劣。第二：實(shí)際的嵌入式應(yīng)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(shè)備)、rawFs文件系統(tǒng)、tapeFs文件系統(tǒng)、cdromFs文件系統(tǒng)、TSFS目標(biāo)服務(wù)器文件系統(tǒng)。其中dosFs文件系統(tǒng)適合于塊存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)時(shí)操作，與MS-DOS文件系統(tǒng)兼容。TrueFFS提供面向多種閃存設(shè)備的塊設(shè)備接口，可以重進(jìn)入、線程安全、并支持所有裝載VxWorks的CPU結(jié)構(gòu)。由于閃存非常適合移動(dòng)設(shè)備、手持設(shè)備和大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)，而這些要求對于機(jī)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(shí)用價(jià)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(gè)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(jié)構(gòu)如圖1所示。 至底向上依次是硬件設(shè)備、塊存取設(shè)備、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用程序。硬件設(shè)備是閃存、DRAM、串口、網(wǎng)口等；塊存取設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要是面向設(shè)備的啟動(dòng)層；文件系統(tǒng)主要有dosFs和TrueFFS，這部分是非常重要的，一個(gè)良好而高效的嵌入式系統(tǒng)必須要有這樣一個(gè)或者多個(gè)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(shè)備無關(guān)的接口，包括基本I/O和緩沖I/O系統(tǒng)，適應(yīng)高實(shí)型的要求。最頂部是用戶的編寫應(yīng)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(gòu)圖2 TrueFFS具有分層結(jié)構(gòu)1.核心層：該層將其他各層連接起來，并處理全局事務(wù)，如后臺(tái)處理、碎片搜集、計(jì)時(shí)器和其他系統(tǒng)資源，核心層只有二進(jìn)制形式。2.轉(zhuǎn)換層：該層包含了存儲(chǔ)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(jìn)制形式。3.MTD層：MTD執(zhí)行閃存媒質(zhì)的低級(jí)編程(映射、讀、寫、擦除)，MTD具有源代碼和二進(jìn)制形式。4.Socket層：Socket層提供TrueFFS與板級(jí)硬件之間的接口，提供指定板硬件的存取程序。Socket驅(qū)動(dòng)程序只具有源代碼形式。3 構(gòu)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(shè)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(dòng)程序、sysTffs.c文件中執(zhí)行、在相應(yīng)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(gè)核心組件INCLUDE_TFFS。構(gòu)建項(xiàng)目。在這里包含多種組件，主要是與選擇的Flash種類有關(guān)，各種公司生產(chǎn)的閃存設(shè)備都對應(yīng)了不同的組件。如INCLUDE_MTD_AMD就是包含AMD、Fujitsu的閃存設(shè)備。引導(dǎo)目標(biāo)機(jī)以及格式化驅(qū)動(dòng)程序。安裝驅(qū)動(dòng)程序。使用usrTffsConfig()函數(shù)將文件系統(tǒng)安裝在TrueFFS閃存驅(qū)動(dòng)器。檢測驅(qū)動(dòng)程序。確保文件操作的正確性。啟動(dòng)系統(tǒng)，注冊Socket驅(qū)動(dòng)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(dòng)鏡像區(qū)域是有必要的。4 閃存驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 這部分的程序應(yīng)該放在MTD層中實(shí)現(xiàn)。通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是放在子程序usrRoot()中、而BSP專用設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(chǔ)器映射閃存方式，在ARM系統(tǒng)里把外設(shè)I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址。驅(qū)動(dòng)程序是界于硬件和上層應(yīng)用軟件之間的低層程序代碼，驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)低層硬件和上層應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換，直接面向硬件操作。驅(qū)動(dòng)程序?qū)懙煤脛t使得上層應(yīng)用程序的工作量相對減少很多。為防止阻塞，在驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)置狀態(tài)檢查至關(guān)重要，對硬件操作延時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生，延時(shí)可以測出，通過時(shí)間判斷延時(shí)和死機(jī)等異常情況，從而做出相應(yīng)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(shí)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(shí)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(gè)區(qū)域的過編程，這樣可以有效利用各個(gè)塊的存儲(chǔ)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(yù)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(píng)的技術(shù)和無用單元收集算法。磨損測評(píng)可以緩解“過編程”的現(xiàn)象，平衡整個(gè)介質(zhì)的磨損情況，使每個(gè)單元的擦除次數(shù)近似相等。無用存儲(chǔ)單元收集技術(shù)對已經(jīng)擦除塊進(jìn)行再次聲明，便于循環(huán)使用。5 小結(jié) 本文介紹了TrueFFS文件系統(tǒng)的建立過程，分析了各個(gè)層次架構(gòu)，介紹了Flash驅(qū)動(dòng)程序。