??? 摘? 要： 對以S3C44B0X微處理器為核心的嵌入式系統的特點進行了詳細討論，分析了在不支持Remap的系統中實現JFFS2的必要性和可能性。通過在MTD中加關/開中斷的方法，實現了在不支持Remap的系統中建立JFFS2文件系統。
??? 關鍵詞： S3C44B0X? JFFS2? Remap? 文件系統

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??? JFFS2文件系統是針對Flash存儲設備而專門設計的一種日志文件系統，已在嵌入式系統中得到廣泛應用。但是它的實現通常都依賴于Remap(地址可重映射)的嵌入式處理器。本文在不支持地址重映射的嵌入式系統中實現了JFFS2，與傳統的實現相比，它有著其自身的特點。
1? JFFS2文件系統簡介
??? ROMFS是μClinux默認的根文件系統，它相對于一般的EXT2文件系統具有節約空間等優點，但它卻是一種只讀文件系統，不支持動態擦寫和保存。盡管對于需要動態保存的數據可以采用虛擬ram盤的方法來保存，可是一旦系統掉電，ram盤的內容就會全部丟失。
??? 為了克服上述問題，人們設計開發了JFFS2文件系統。JFFS文件系統是一種基于Flash的日志文件系統。它在設計時充分考慮了Flash的讀寫特性和嵌入式系統用電池供電的特點，在讀取文件時，若遇系統突然掉電，確保其文件的可靠性不受影響。后來，JFFS文件系統又進行了一系列改進，形成了JFFS2文件系統。JFFS2主要改善了存取策略以提高Flash的抗疲勞性，同時也優化了碎片整理性能，增加了數據壓縮功能。JFFS2的不足是：當文件系統已滿或接近滿時，由于垃圾收集方面的原因，會引起JFFS2運行速度顯著降低。
??? JFFS是建立在MTD（Memory Technology Device）基礎之上的文件系統，MTD在硬件和上層之間提供一個抽象接口。MTD可以理解為Flash的驅動程序，它主要向上提供兩個接口，一個是MTD字符設備，另一個是MTD塊設備。通過這兩個接口，可以像讀寫普通文件一樣對Flash設備進行讀寫操作。經過簡單的配置，MTD在系統啟動后可以自動識別支持CFI或JEDEC接口的Flash芯片，并自動采用適當的命令參數對Flash進行讀寫或擦除。
??? MTD支持NOR型和NAND型的Flash。NOR型Flash的主要特點是芯片內執行（XIP，eXecute In Place），應用程序可以直接在Flash內運行；而NAND型Flash具有存儲密度高和寫入/擦除速度快的特點。
2? 硬件系統
??? 系統采用Samsung的ARM7TDMI芯片S3C44B0X作為微處理器。S3C44B0X上的存儲系統地址空間分為8個存儲體，每個存儲體可達32MB，共計256MB。Bank0～Bank5可支持ROM、SRAM，Bank6和Bank7可支持ROM、SRAM和FP/EDO/SDRAM等。Flash芯片采用的是SST公司的NOR型芯片SST39VF160（1×16ＭB），將它的片選連接到S3C44B0X的nGCS0引腳，映射到Bank0上，地址范圍為0x00000000～0x001fffff。SDRAM選用Samsung的16位芯片K4S641632F，將它與S3C44B0X的GCS6引腳相接，映射到Bank6上，地址范圍為0x0c000000～0x0c7fffff^[6]。
??? S3C44B0X與其他處理器相比具有一個很重要的特點，即不支持Remap。圖1是復位后的S3C44B0X的存儲器映射圖。一旦Flash和SDRAM的片選與S3C44B0X的nGCSx引腳連接之后，它們在S3C44B0X地址空間中的映射位置就固定不變了。而支持地址重映射的處理器則不同。下面以Samsung的另一款專門針對網絡應用的ARM7TDMI處理器S3C4510B為例來介紹。
??? S3C4510B內部有幾個特殊寄存器，用于實現各存儲介質在地址空間中的重映射。
??? (1)SYSCFG：該寄存器決定系統管理器中特殊寄存器的起始地址，以及片內SRAM的使用方式和起始地址。
??? (2)ROMCON0～ROMCON5：分別對應S3C4510B支持的6個ROM/SRAM/FLASH組。可設置每組的起始物理地址和結束物理地址。
??? (3)DRAMCON0～DRAMCON3：分別對應S3C4510B所支持的4個DRAM組。可設置每組的起始物理地址和結束物理地址。
??? 可以通過改變ROMCONx和DRAMCONx寄存器中基指針和尾指針的相應位來方便地實現S3C4510B系統中地址空間的重映射。圖2是S3C4510B在實際應用中典型的Remap實現。
??? 明確了地址可重映射與不可重映射的關系之后，下面將詳細討論如何在一個不支持Remap的系統中實現JFFS2文件系統。
3? JFFS2文件系統的實現
3.1 添加Flash的Map文件及芯片參數
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/maps下添加本系統MPU的Map文件s3c44b0x.c。該文件包含了系統中Flash的相關信息，如Flash的起始物理地址、大小、數據總線的寬度、分區、讀寫函數、初始化和注銷程序等。具體配置如下：
??? (1)定義SST39VF160在系統中的起始地址、大小、總線寬度：
??? #define WINDOW_ADDR 0x00000000/*從0地址開始*/
??? #define WINDOW_SIZE 0x00200000/*2MB*/
??? #define BUSWIDTH ?2/*16位*/
??? (2)定義SST39VF160中字節、半字及字的讀寫操作函數。
??? (3)定義SST39VF160中的具體分區。在本系統中ROMFS文件系統是與內核編譯在一起的，因此定義了三個分區，分別用于放置引導內核啟動的BootLoader程序、經過壓縮的系統內核以及需要保存的動態數據。其中第三個區是要實現JFFS2文件系統的分區。
??? (4)定義用于初始化SST39VF160的int_init init_s3c44b0x(void)函數。因為S3C44B0X不支持Remap，所以注釋掉了與ioremap有關的語句，否則在系統啟動時將返回一個錯誤“Failed to ioremap”。另外SST39VF160是遵循JEDEC標準的Flash芯片，在探測時直接采用“jedec_probe”。
int _init init_s3c44b0x(void) {
……
??? /*s3c44b0x_map.map_priv_1 =(unsigned long)ioremap(WINDOW_ADDR，WINDOW_SIZE)；
if(!s3c44b0x_map.map_priv_1) {
??? printk(″Failed to ioremapn″)；
??? return -EIO；
}*/
mymtd=do_map_probe(″jedec_probe″，&s3c44b0x_map)；
……
/*iounmap((void *)s3c44b0x_map.map_priv_1)；*/
……
}
??? (5)定義用于注銷SST39VF160的static void _exit cleanup_s3c44b0x(void)函數。同理，注釋掉了與ioremap有關的語句。
??? static void _exit cleanup_s3c44b0x(void)
??? {? ……
??? ?/*if (s3c44b0x_map.map_priv_1) {
??????? ??iounmap((void *)s3c44b0x_map.map_priv_1)；
??????? ??s3c44b0x_map.map_priv_1=0；
??? ?}*/
??? }
??? (6)由于在linux-2.4.x版本中沒有關于SST39VF160的定義，所以需要在μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/chips/jedec_probe.c中添加SST39VF160的相關信息。
3.2 修改MTD配置文件
??? 本節將論述地址可重映射與不支持地址重映射的嵌入式系統在實現JFFS2文件系統上的最大差別。當ARM處理器發生異常時，程序計數器PC會被強制地從異常類型對應的固定存儲器地址開始執行程序。這些固定的地址稱為異常向量（exception vector）。ARM中異常向量定位在32位地址空間的低端，正常地址范圍為：0x00000000～0x0000001C。每個異常向量內存放用戶編寫的一條跳轉指令，可以轉到中斷服務子程序的首地址。
??? 在嵌入式系統中，為了保證系統上電或復位時BootLoader 程序能夠首先被加載運行，Flash只能連接到存儲空間的0地址處。對于地址可重映射的系統，當系統啟動后，可將存放在Flash中的異常向量表的內容拷貝到SDRAM的基地址處，然后修改相應的寄存器，將SDRAM 重映射到0地址。這樣系統產生異常時，PC就可以直接從SDRAM中取指令，從而加快了程序的存取速度，縮短了中斷的響應時間。
??? 對于不支持地址重映射的系統，異常向量表中的內容只能存放在Flash的0地址處。每次系統進入異常的時候，系統必須從Flash中讀取指令。這一點對于實時性要求不高的場合影響不大，但要在這樣的系統上實現JFFS2文件系統則會出現問題。具體情況為：對Flash進行擦除(erase/eraseall)或寫入(cp/cat/dd)操作時會發生中斷，這時系統將強制PC指向異常向量表中的相應位置。在不支持地址重映射的系統中，異常向量表存放在Flash的0地址處。當PC開始從Flash中讀取指令時，系統就會死機。這是因為Flash在擦除或寫入的時候是不能執行讀操作的，否則就會發生不可預料的錯誤，從而不能完成擦除或寫入操作。相反，在支持地址重映射的系統中就不會出現這樣的問題。因為它是從SDRAM中讀取中斷跳轉指令的，不會出現在Flash擦除或寫入時執行讀操作的情況。
??? 為了解決在不支持地址重映射的系統中不能對Flash進行正常擦除或寫入的問題，采用了在MTD最低層的驅動函數的相應位置加關中斷和開中斷的方法。具體過程如下：
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/include/asm/arch/hardware.h中定義：
??? #define?INT_ENABLE(n)?IntMask &=～(1<<(n))
??? #define?INT_DISABLE(n)?IntMask |=(1<<(n))
??? 在μClinux-dist/linux-2.4.x/include/asm/arch/irqs.h中定義：
??? #define?INT_GLOBAL??? 26?????? /*總中斷允許位*/
??? 對μClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/mtd/chips/cfi_cmdset_0002.c文件做如下修改：
??? #include
??? #include
??? static inline int do_erase_oneblock(struct map_info *map，struct flchip *chip，unsigned long adr)
{?? ……
??? INT_DISABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
??? INT_ENABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
}
??? static int do_write_oneword(struct map_info *map，struct
????????? flchip *chip，unsigned long adr，_u32 datum，int fast)
{?? ……
??? INT_DISABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
??? INT_ENABLE(INT_GLOBAL)；
??? ……
}
3.3 內核配置文件設置
??? Menuconfig下的配置選項與在支持地址重映射的系統中實現JFFS2時的配置相同。為了避免MTDBLOCK與BLK-MEM主設備號的沖突，將?滋Clinux-dist/linux-2.4.x/drivers/block/blkmem.c與μClinux-dist/linux-2.4.x/includee/linux/major.h中的BLKMEM_MAJOR值從“31”改為“30”，然后添加MTD設備節點到/vendors/Samsung/44B0目錄下的Makefile文件中。
3.4 內核的編譯與啟動
??? 以上步驟完成之后，運行內核編譯命令，啟動內核。在超級終端中將顯示：
??? s3c44b0x flash device：200000 at 0
??? Found：SST SST39VF160
??? number of JEDEC chips：1
??? Creating 3 MTD partitions on ″S3C44B0X flash device″：
??? 0x00000000-0x00020000：″reserved for bootloader(128k)″
??? mtd：Giving out device 0 to reserved for bootloader(128k)
??? 0x00020000-0x00140000：″kernel(1152K)″
??? mtd：Giving out device 1 to kernel(1152K)
??? 0x00140000-0x00200000：″jffs2(768K)″
??? mtd：Giving out device 2 to jffs2(768K)
3.5 創建和拷貝JFFS2映像文件
??? /> eraseall /dev/mtd2
??? Erased 768 Kibyte @ 0 - 100% complete.
??? /> cd /var/tmp
??? /var/tmp> mkdir jffs2
??? /var/tmp> mkdir jffs2/file
??? /var/tmp> mkfs.jffs2 -d jffs2 -o jffs2.img
??? /var/tmp> cp jffs2.img /dev/mtd2
3.6 Mount JFFS2分區
??? /var/tmp> mount -t jffs2 /dev/mtdblock2 /mnt
??? /var/tmp> cd /proc
??? /proc> cat mounts
??? ……
??? /dev/mtdblock2 /mnt jffs2 rw 0 0?????? /*mount成功*/
??? /proc> cd /mnt
??? /mnt> ls
??? file
??? 如果希望μClinux每次啟動時，自動將Flash的第三個分區mount到/mnt目錄，可以在/vendors/Samsung/44B0目錄下的rc文件中加入：mount -t jffs2 /dev/mtdblock2/mnt。
4? 結束語
??? 本文討論了在不支持Remap的系統中建立JFFS2文件系統的必要性和可能性，并結合Samsung的S3C44B0X芯片，通過在MTD Driver中加關中斷和開中斷的方法實現了在不支持Remap的系統中建立JFFS2文件系統。由于在MTD Driver中關中斷和開中斷的操作增加了系統的復雜性，因此推薦采用兩片Flash：一片NOR型Flash用于存儲啟動裝載程序和內核；一片NAND型Flash用于存儲用戶的動態數據和應用程序。其中NAND型Flash可以采用新型的YAFFS文件系統。
參考文獻
1?? 賈東耀.μClinux下Nor Flash的JFFS2文件系統構建.國外電子元器件，2004；（9）
2?? 李桂良，劉發貴．JFFS2文件系統的關鍵技術及其在嵌入式系統中的應用.計算機應用，2003；（7）
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4?? 吳明暉，徐睿，黃健等．基于ARM的嵌入式系統開發與應用.北京：人民郵電出版社，2004
5?? 王田苗．嵌入式系統設計與實例開發.北京：清華大學出版社，2002