嵌入式操作系統VxWorks中TFFS文件系統的構建

摘要：目前的嵌入式系統多使用FLASH作為主存，因此，如何有效管理FLASH上的數據非常重要。文章以MX29LV160BT芯片為例，討論了在VxWorks操作系統下NorFlash上建立TFFS文件系統的一般步驟，從而為FLASH上的數據管理提供了理想的選擇方式，同時也為開發者和用戶升級程序提供了方便。

關鍵詞：VxWorksFlashMTDTFFS文件系統

嵌入式系統正隨著Internet的發展而在各個領域得到廣泛的應用，作為一個優秀的操作系統，VxWorks實現了比其他實時操作系統更好的有效性、商用性、可裁減性以及互操作性，廣泛應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。

如今越來越多的嵌入式操作系統中，通常都使用FLASH作為主存介質。許多開發者和用戶為了方便以后升級用戶程序，通常在FLASH上建立TFFS文件系統，建立文件系統后，我們就可以象在windows操作系統下對硬盤操作一樣，進行數據的拷貝、刪除以及文件的建立等操作。

NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NORflash技術，徹底改變了原先有EPROM和EEPROM一統天下的局面。NOR的特點是芯片內執行XIPexecuteInPlace，這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，因此在嵌入式系統得到廣泛的應用。

一、TFFS文件系統結構簡介

Tornado的TrueFFS是和VxWorks兼容的一種M-SystemsFlite實現方式，版本為2.0。它為種類繁多的flash存儲設備提供了統一的塊設備接口，并且具有可重入、線程安全的特點，支持大多數流行的CPU構架。有了Tornado的TrueFFS，應用程序對flash存儲設備的讀寫就好象它們對擁有MS-DOS文件系統的磁碟設備的操作一樣。
如圖1所示，TrueFFS由核心層（corelayer）和三個功能層，翻譯層（translationlayer），MTD層（MTDlayer），socket層（socketlayer）組成。

核心層（Corelayer）：核心層主要起相互連接其他幾層的功能。同時它也可以進行碎片回收、定時器和其他系統資源的維護。通常WindRiver公司將這部分內容以二進制文件提供。

翻譯層主要實現TrueFFS和dosFs之間的高級交互功能。它也包含了控制flash映射到塊、wear-leveling、碎片回收和數據完整性所需的智能化處理功能。目前有三種不同的翻譯層模塊可供選擇。選擇哪一種層要看你所用的flash介質是采用NOR-based,還是NAND-based,或者SSFDC-based技術而定。

　　Socket層則是提供TrueFFS和板卡硬件（如flash卡）的接口服務。其名字來源于用戶可以插入flash卡的物理插槽。用來向系統注冊socket設備，檢測設備拔插，硬件寫保護等。后面將詳細講解它的功能。

　　MTD層（MemoryTechnologyDrivers）功能主要是實現對具體的flash進行讀、寫、擦、ID識別等驅動，并設置與flash密切相關的一些參數。TrueFFS已經包含了支持Intel,AMD以及samsung部分flash芯片的MTD層驅動。新的芯片需要新的MTD支持，你可以使用一個標準的接口來加入這些驅動。

　　以上四部分，我們通常要的工作就是后兩層。

　　當在VxWorks下配置TrueFFS時，你必須為每一層至少包含一個軟件模塊。后面我們將詳細討論。

二、MX29LV160BT芯片上建立TrueFFS文件系統

1、配置相關文件

在此，我以NorFlashMX29LV160BT為例，開發工具為Tornado2.2forPPC。要在VxWorks映像中包含TrueFFS文件系統，首先必須在config.h文件中定義INCLUDE_TFFS。這使得VxWorks的初始化代碼調用tffsDrv()來創建管理TrueFFS所需的結構和全局變量，并為所有掛接了的flash設備注冊socket組件驅動。在鏈接的時候，通過解析與tffsDrv()相關聯的符號（symbols）可以將TrueFFS所必需的軟件模塊鏈接到VxWorks映象中。

為了支持TrueFFS，每一個BSP目錄下都必須包含一個sysTffs.c文件。它將TrueFFS所有的層（翻譯層，socket層和MTD層）鏈接到一起并和VxWorks綁定。因此，我必須編輯這個文件并決定哪一種MTD和翻譯層模塊應該包含到TrueFFS中。即：

#defineINCLUDE_MTD_MX29LV/*MX29LV160BTMTDdriver*/
#defineINCLUDE_TL_FTL/*FTLtranslationlayer*/
#defineFLASH_BASE_ADRS0x2a10000/*Flashmemorybaseaddress*/
#undefFLASH_SIZE
#defineFLASH_SIZE0x001f0000/*Flashmemorysize,2M(parameterblock)*/

其他無關的MTDdriver包含頭都#undef掉，同時定義Flash在系統中的基地址和大小。另外，還必須編輯sysLib.c中的sysPhysMemDesc[]數組，將Flash基地址和大小加入到MMU中，以供將來訪問Flash，否則訪問Flash會失敗。如果BSP目錄下沒有sysTffs.c文件，那么我們可以從其他BSP目錄下拷貝一個即可，然后做上述修改，其他的內容基本可以不用修改。

接下來需要修改tffsConfig.c文件，為了方便管理，通常我們將src/drv/tffs/目錄下該文件拷貝到我們BSP目錄下，然后再做出修改。在MTDidentifyRoutinemtdTable[]表中加入如下語句：

#ifdefINCLUDE_MTD_MX29LV
mx29lvMTDIdentify,
#endif/*INCLUDE_MTD_MX29LV*/
并在該文件開頭聲明。
#ifdefINCLUDE_MTD_MX29LV
FLStatusmx29lvMTDIdentify(FLFlashvol);
#endif/*INCLUDE_MTD_MX29LV*/
最后就是將我們的flash相關MTD驅動加入到makefile中。即：
MACH_EXTRA=mx29lvMtd.o
為了方便我們調試MTD驅動，應該在重新編譯VxWorks映象前將諸如格式化flash、創建TrueFFS塊設備、綁定此塊設備到dosFs所必要的功能包含到VxWorks映像中。比如如下定義：
#defineINCLUDE_TFFS
#ifdefINCLUDE_TFFS
#defineINCLUDE_TFFS_DOSFS
#defineINCLUDE_TFFS_SHOW
#defineINCLUDE_DOSFS/*dosFsfilesystem*/
#defineINCLUDE_SHOW_ROUTINES/*showroutinesforsystemfacilities*/
#defineINCLUDE_TL_FTL
#defineINCLUDE_IO_SYSTEM
#defineINCLUDE_DISK_UTIL
#endif/*INCLUDE_DOSFS*/

2、MTD驅動簡介
做了上述配置后，進入VxWorks操作系統后，我們在shell上利用tffsShow工具來顯示flash的信息。TffsShow函數最終會調用MTD驅動中的mx29lvMtdIdentiy()函數，在mx29lvMtdIdentiy()函數主要是通過讀取MX29LV160BT芯片的設備和廠商ID來識別它，然后對FLFlash結構成員進行初始化，最主要的幾個參數是：
type
Flash內存的JEDECID號。

erasableBlockSize

Flash內存的擦除塊大小（字節）。設置這個值時應考慮到interleaving。因此，通常通過如下方法來設置它的大小。
Vol.erasableBlockSize=MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE*vol.interleaving;
對于MX29LV160BT，MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE為64K字節。
chipSize
使用來構建TrueFFS文件系統的flash實際大?。ㄗ止潱?。
noOfChips
使用來構建TrueFFS文件系統的flash實際片數。
interleaving
Flash內存交叉因子（interleavingfactor）。即擴展數據總線的設備數。比如，一個32位數據總線上，我們可以使用4片8位或2片16位的設備。
map
指向flash內存映射（map）函數。該函數將flash映射到內存區。
read
指向flash內存的讀函數。在MTD驅動識別函數中，這個成員函數已經被初始化為缺省的讀函數。通常情況下，我們不需要再初始化它，否則還需要修改很多相關的函數。
write
指向flash內存的寫函數。這個成員必須初始化，這是我們要做的一個重要工作。
erase
指向flash內存的擦除函數。這個成員必須初始化，這也是我們要做的一個重要工作。

針對FLFlash結構成員，我們所關心的兩個函數就是寫和擦除函數。在mx29lvMtdIdentiy()函數中必須有如下定義：
vol.write=mx29lvWrite;
vol.erase=mx29lvErase;
在mx29lvWrite()函數中主要是實現將數據寫到flash中。首先需要對扇區進行解鎖，然后寫入寫命令，之后才能進行數據的寫入。最后需要判斷數據是否寫完。為了確保操作成功，我們應該在寫完每個數據后進行數據的比較，比較正確后方能進行下一個數據的操作。
在mx29lvErase()函數中主要是實現flash扇區的擦除。如今的flash一般都是按照扇區進行擦除操作的。在擦除操作之前也應該首先對扇區進行解鎖，然后寫擦除建立和扇區擦除命令。擦除成功后，flash中的內容應該是0xffff。所以為了確保成功，我們還是應該在擦除后進行比較，比較正確后方能進入下一個扇區的擦除操作，否則返回擦除錯誤標志。
所以，對于MTD驅動的調試，基本上就是調試寫和擦除兩個函數。在調試過程中，我們可以在這兩個函數相應位置加入打印語句來調試。為了能調試這兩個函數，我們通過在shell上輸入命令tffsDevFormat來格式化flash，tffsDevFormat最終會調用mx29lvErase和mx29lvWrite函數，如果成功就會返回0，否則返回-1。當然也可以調用tffsDevCreate函數來驗證我們的寫和擦除函數的正確性。圖2說明了tffsDevCreate調用過程。

在shell上利用tffsShow來驗證mx29lvMtdIdentiy。
tffsShow
0:socket=RFA:type=0x2249,unitSize=0x10000,mediaSize=0x1f0000
value=49=0x31="1"
說明已正確識別到MX29LV160BT設備，設備號為0x2249。

三、建立TFFS設備
1、掛接設備名
MTD驅動調試成功后，我們就可以給flash設備掛接上dos設備名，如下操作：
格式化：
tffsDevFormat
value=1
usrTffsConfig0,0,”/tffs0”
value=0
然后通過devs來查看掛接的設備名。
devs
drvname
0/null
1/tyCo/0
1/tyCo/1
5host:
6/pty/rlogin.S
7/pty/rlogin.M
3/tffs0/
8/vio
value=25=0x19
看到/tffs0/說明掛接設備已經成功，接下來就可以利用dosFs文件系統相關命令來操作flash了。如，ls、copy等。

2、從Flash中啟動并下載VxWorks映像
要從flash中下載VxWorks映像，首先需要把VxWorks映像拷貝到flash中，在shell中的操作命令為copy“VxWorks”,”/tffs0/VxWorks”，然后修改config.h文件中引導行，如下：
#defineDEFAULT_BOOT_LINE
"tffs=0,0(0,0)host:/tffs0/VxWorksh=192.168.0.153e=192.168.0.154u=targetpw=targeto=cpm"
修改完后，重新編譯生成bootrom_uncmp.bin，并把它燒寫到flash中（注意：該flash與上面建立TFFS文件系統的flash不一樣，它并沒有建立文件系統）。然后重新啟動，即可看到如下啟動畫面：
bootdevice:tffs=0,0
unitnumber:0
processornumber:0
hostname:host
filename:/tffs0/VxWorks
inetonethernet(e):192.168.0.154
hostinet(h):192.168.0.153
user(u):target
ftppassword(pw):target
flags(f):0x0
other(o):cpm
AttachingtoTFFS...done.
Loading/tffs0/VxWorks...894304
Startingat0x10000...

DevelopmentSystem
VxWorksversion5.5.1
KERNEL:WINDversion2.6
CopyrightWindRiverSystems,Inc.,1984-2003
CPU:MotorolaADS-PowerPC860.Processor#0.
MemorySize:0x1000000.BSPversion1.2/5.
WDBCommType:WDB_COMM_END
WDB:Ready.

到此，說明引導成功。flash整個TFFS文件系統就已經建立成功。

四、結論
VxWorks操作系統中支持TFFS文件系統，我們將VxWorks映像作為文件放到flash上，這就有利于開發者和用戶更新應用程序而不需要影響bootrom，直接更新VxWorks映像或者將應用程序直接copy到flash中，然后裝載到RAM中運行。

參考文獻
1VxWorks5.5Programmer’sGuide.