周翔

　　（中国电波传播研究所 第四研究部，山东 青岛 266107）

        摘要：介绍了嵌入式VxWorks的TrueFFS（True Flash File System）文件系统的结构和算法，针对项目开发中遇到的问题提出了非2的n次幂大小的TFFS文件系统的构建，描述了该理论的实现过程。经实践证明该方法可行，并且为Flash存储器的充分利用和通过TFFS加载镜像提供了参考。

　　关键词：嵌入式；VxWorks；TFFS；存储器

　　中图分类号：TP316.2文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674--7720.2017.06.007

　　引用格式：周翔. 非2的n次幂大小的TrueFFS文件系统的构建［J］.微型机与应用，2017,36（6）：19-21.

0引言

　　Flash存储器以其体积小、耗电省、非易失的特性，越来越广泛地应用于嵌入式系统开发中，成为重要的程序和数据载体。TrueFFS 文件系统是M-systems 公司推出的Flash管理软件，它为种类繁多的Flash 提供了标准的块设备接口，因此被包括VxWorks在内的很多嵌入式操作系统所采用。建立TFFS 后，用户可以像操作标准磁盘一样实现对Flash的管理。

1TrueFFS文件系统结构

　　图1TrueFFS结构及其在系统中的位置TrueFFS位于DOS文件系统和Flash存储器之间，可以实现对底层Flash的读写操作，同时对上层提供应用接口，使Flash像标准磁盘设备一样由操作系统和文件系统所管理。其在整个系统中的位置和结构如图1所示。

　　核心层为文件系统提供完整的块设备功能；翻译层负责管理文件系统和Flash各个块的关系，实现逻辑块到物理块的映射，另外它还实现设备模拟算法和Flash管理算法，如坏块管理、碎片回收、损耗均衡等；MTD(Memory Technology Driver) 层实现Flash底层驱动，如读、写、擦除等；Socket层提供TFFS与硬件之间的接口服务，如向系统注册Socket设备、检测插拔、硬件写保护等［1］。

2TrueFFS文件系统算法

　　TrueFFS能均匀使用Flash，用冗余数据结构保证可靠的数据操作，能排除损坏以避免错误，实现了FTL（Flash Translation Layer）标准［2］。

　　（1）损耗均衡算法

　　Flash存储器的擦除寿命有限，随着使用次数的增多，它最终会变成只读状态。为延长其寿命，行之有效的方法就是平衡使用所有的存储单元，而不让某一单元过度使用。TrueFFS使用一种基于动态维护表的blocktoflash(块对应于Flash)传输系统来实现损耗均衡技术。当块数据被修改、移动或碎片回收后，这张维护表会自动调整。

　　（2）碎片回收

　　块数据的修改使得Flash的一些块区域被填满无效数据，这些区域在擦除之前变得不可写。TrueFFS使用一种碎片回收（garbage collection）机制来回收这些块。该机制从一个预擦除单元内拷贝所有的有效数据块到一个新的单元，然后更新blocktoflash映射表，最后擦除废旧的预擦除单元。

　　（3）块分配和关联数据集结

　　TrueFFS会将关联的数据（如出自同一个文件）集结到同一个单独擦除单元（erase unit）内的一段连续的区域中。为此，TrueFFS尽量在同一个擦除单元（erase unit）内维持一个由多个物理上连续自由的块组成的存储池。这就提高了数据的读取效率，减少碎片的产生。

　　（4）错误恢复

　　TrueFFS使用了一种“先写后擦”的策略。当更新Flash一个扇区的数据时，只有在更新操作完成并且新存储的数据校验成功后，先前的数据才会被允许擦掉。操作成功，新扇区的数据才有效，否则老扇区的数据有效。

3开发背景介绍

　　在开发中使用的硬件电路板焊接了64 MB SDRAM，两片NOR Flash，每片8 MB。嵌入式VxWorks开发时生成bootrom.bin文件为256 KB，VxWorks镜像文件为5.13 MB。计划借助TrueFFS创建两个磁盘C和D，C中存放bootrom.bin和VxWorks镜像文件，D中存放数据文件和工作日志。但创建TFFS时，Flash大小必须以2的正整数次幂对齐，即C盘空间只能为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，所以无法实现将该Flash全部创建TFFS，导致不仅无法存放VxWorks镜像文件，而且还造成Flash空间的浪费。

4实现过程

　　将第一片NOR Flash（Intel公司生产的JS28F640J3）起始处的2 MB空间用于固化bootrom.bin文件，上电后可自动运行bootrom；另外6 MB空间创建TFFS文件系统。构建TFFS的过程中涉及5个文件的修改：config.h、Makefile、sysTffs.c、tffsConfig.c、i28f640.c。各文件改动如下：

　　（1）config.h：加入必要的定义

　　#defineINCLUDE_TFFS

　　#defineINCLUDE_TFFS_DOSFS

　　#defineINCLUDE_TFFS_SHOW

　　#defineINCLUDE_DOSFS

　　#defineINCLUDE_TL_FTL

　　/* 包含需要使用的翻译层 */

　　（2）Makefile：将生成的i28f640.o编译进系统映像，加入定义

　　MACH_EXTRA = i28f640.o

　　（3）sysTffs.c：配置TFFS各项参数

　　#defineINCLUDE_MTD_I28F640

　　/* 可以调用i28f640Identify函数 */

　　#defineINCLUDE_TL_FTL

　　/* 包含需要使用的翻译层 */

　　#undefINCLUDE_TL_SSFDC

　　/* 去掉不使用的翻译层 */

　　#defineFLASH_BASE_ADRS0

　　/* TFFS空间从0地址开始 */

　　#defineFLASH_SIZE0x00800000

　　/* 共8MB */

　　改写sysTffsFormat函数，完成格式化过程。此处必须弄清tffsDevFormatParams中各个参数的定义［3］。

　　typedef struct {

　　long int bootImageLen;

　　/*bootImage需要从flash开始处预留的长度*/

　　unsignedpercentUse;

　　/*Flash被格式化的百分率，为了提高TrueFFS的性能，不要设为100%，以便任何时候都有空余空间。默认值为99%*/

　　unsignednoOfSpareUnits;

　　/*空余擦除单元数目，目的在于flash出现坏块时可以用它来替代，默认为1*/

　　unsigned long vmAddressingLimit;

　　/* FTL 在RAM中映射的大小，默认为61Kbytes*/

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

　　/* 回调函数，用来监测flash擦除过程，如果返回值为OK，则继续，否则停止擦除*/

　　char volumeId［4］;

　　/*Dos卷标号*/

　　char FAR1 * volumeLabel;

　　/*Dos卷标字符串，如果为NULL，则没有卷标*/

　　unsigned noOfFATcopies;

　　/* 文件分配表（FAT）的拷贝数，正常情况下只使用一个FAT，而另一个只有在使用的FAT被破坏的情况下用来恢复分配表，默认为2*/

　　unsigned embeddedCISlength;

　　/* CIS 嵌在单元头部（unit header）之后的字节长度*/

　　char FAR1 * embeddedCIS;

　　/* 单元头部被结构化用来作为一个PCMCIA''tuple'' 链(a CIS)的起始，它包含了一个数据组织tuple，通常用16进制的0xFF来标示上一个单元头部结束的位置（''endoftuplechain''）。*/

　　} FormatParams;

　　实际使用的格式化参数为 {0x00200000l, 99, 1, 0x10000l , NULL, {0,0,0,0}, NULL, 2, 0, NULL} 。此文件的改写是实现非2的n次幂TFFS文件系统创建的关键。在设置Flash地址和空间大小时依据NOR Flash的实际参数配置，而在对Flash格式化时修改bootImageLen参数，将2 MB空间给bootrom，而TFFS只使用后面6 MB空间。

　　（4）tffsConfig.c：在MTDidentifyRoutine mtdTable［］中加入定义

　　#ifdefINCLUDE_MTD_I28F640

　　i28f640Identify,

　　#endif

　　（5）i28f640.c：实现MTD层的功能

　　根据js28f640j3数据手册编写FLFlash结构体的各项成员，包括i28f640Write、i28f640Erase、i28f640Identify、lv28f640MTDMap。

　　程序中需要注意以下几点：

　　①对于NOR Flash，不需要编写i28f640Read函数；

　　②如果要创建多于1个TFFS文件系统，需要对每个文件系统编写lv28f640MTDMap函数；

　　③首次创建时，最好#define DEBUG_PRINT printf，可以观察整个创建过程，便于查找问题；

　　④需要在擦除和写操作中屏蔽中断，因为Flash在擦除、读写ID状态时，不能正常读取Flash中的数据。而VxWorks的异常入口位于Flash存储器的开始处，异常发生时不能得到正常的入口指令，会导致系统跑飞。

　　5文件系统创建

　　第一次启动时设置通过网络加载映像，当系统启动成功后在Shell中执行以下命令：

　　-> 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

　　此时可以看到“3 /tffs”，说明设备挂接已经成功。执行dosFsShow “/tffs/”命令，/tffs空间5.68 MB可用。

6结束语

　　通过对TrueFFS相关函数的配置，可实现嵌入式VxWorks中非2的n次幂TFFS文件系统的构建。本文详细描述了创建过程及注意事项。这种方式已经应用到某发射系统的显控技术上，设备运行稳定、可靠，具有较大的实用价值。

参考文献

　　［1］ 曹桂平,等. VxWorks设备驱动开发详解［M］. 北京：电子工业出版社，2011.

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

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