嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹
mClinux特點(diǎn)簡(jiǎn)介
1. 取消了內(nèi)存管理單元MMU,具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能。
2. 完備的文件系統(tǒng)支持,采用了romfs文件系統(tǒng)作為根文件系統(tǒng),相對(duì)于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間。
3. 使用了flat可執(zhí)行文件格式:elf格式有很大的文件頭,flat文件對(duì)文件頭和一些段信息做了簡(jiǎn)化。
4. 體積小,可移植性強(qiáng)。
圖1 開(kāi)發(fā)環(huán)境示意圖
常見(jiàn)的基于mClinux的嵌入
式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的構(gòu)建方法
在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,通常都要建立交叉編譯環(huán)境,圖1為常見(jiàn)的嵌入 式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境示意圖,基于以太網(wǎng)下的調(diào)試一般應(yīng)將宿主機(jī)和用戶板接入到局域網(wǎng)中,本文以mClinux +S3C4510B的開(kāi)發(fā)環(huán)境為例進(jìn)行說(shuō)明。通常的做法是在宿主機(jī)上安裝RedHat Linux操作系統(tǒng),并同時(shí)安裝針對(duì)ARM開(kāi)發(fā)的工具鏈arm-elf-tools。這樣,在宿主機(jī)上編輯和編譯好的用戶程序,就可以通過(guò)以太網(wǎng),將編譯 后的可執(zhí)行文件下載到用戶板來(lái)運(yùn)行。下載方式主要有以下幾種。
FTP方式
首先需要打開(kāi)一個(gè)超級(jí)終端,設(shè)置好相應(yīng)的通訊參數(shù),再給系統(tǒng)上電,就可以在超級(jí)終端里看到mClinux的啟動(dòng)信息。這里指明宿主機(jī)的IP地址是:10.5.22.247,用戶板的IP地址是:10.5.22.8,執(zhí)行如下命令來(lái)配置用戶板的IP:
# ifconfig eth0 10.5.22.8
eth0 指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。需要注意的是,用戶板的IP地址需和宿主機(jī)的IP地址在同一網(wǎng)段,否則難以正常的訪問(wèn)宿主機(jī)。
這時(shí)如果可以ping通宿主機(jī),就可以通過(guò)FTP方式訪問(wèn)宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源了。
接下來(lái)選擇用戶程序的存放目錄。應(yīng)注意,如果用戶板用的是romfs文件系統(tǒng),那么只有少數(shù)幾個(gè)目錄可以訪問(wèn)(如tmp ,var等)。選好存放目錄之后,就可以通過(guò)FTP方式訪問(wèn)宿主機(jī)了,鍵入如下命令:
# cd /tmp
# ftp 10.5.22.247
然后輸入用戶名和密碼以確定是否具有訪問(wèn)權(quán)限,成功登陸之后,需要確定文件傳送格式。FTP可以用binary和ascii兩種方式來(lái)傳送文件,這里選擇的是binary方式。輸入以下指令來(lái)獲取文件:
# binary
# get filename
# bye
執(zhí)行# bye后就可以退出FTP。這時(shí)可以鍵入ls命令來(lái)查看文件是否已經(jīng)傳到選定的目錄下。接下來(lái)要做的是改變文件的權(quán)限,如果沒(méi)有可執(zhí)行權(quán)限,在用戶板中就無(wú)法運(yùn)行程序。
# chmod 755 filename
這里的參數(shù)“7”表示擁有讀、寫和執(zhí)行的權(quán)限;“5”僅代表?yè)碛凶x和執(zhí)行的權(quán)限。完成以上配置后,就可以用如下命令執(zhí)行用戶程序了:
# 。/filename
NFS方式
使 用NFS (NetWork File System)方式可以使嵌入式應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試變得更為方便,并在不同的機(jī)器、不同的操作系統(tǒng)間共享文件,因此,NFS在嵌入式開(kāi)發(fā)中得到了廣泛的 應(yīng)用。目前,在mClinux-2.4-x版本下配置NFS相對(duì)比較困難,下面就配置問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
服務(wù)器(Sever)端的設(shè)置
首先需要設(shè)置 Linux下的/etc/exports文檔,它是NFS的主要設(shè)定文檔。在Linux下的shell終端,進(jìn)行如下操作:
# vim /etc/exports
將這個(gè)默認(rèn)的空文件修改為只有如下一行內(nèi)容:
/home/tmp *(rw,no_root_ squash)
這就表示在任何情況下,客戶端都可以訪問(wèn)服務(wù)器端的/home/tmp目錄。
接下來(lái)要在服務(wù)器端開(kāi)啟如下的兩個(gè)進(jìn)程:
1.開(kāi)啟NFS服務(wù)
# /etc/rc.d/init.d/nfs start
啟動(dòng)NFS服務(wù): [ OK ]
Starting NFS quotas: [ OK ]
啟動(dòng)NFS 守護(hù)進(jìn)程: [ OK ]
啟動(dòng)NFS mounted : [ OK ]
2.開(kāi)啟portmap服務(wù)
# /etc/rc.d/init.d/portmap start
配置完成后,可用如下辦法簡(jiǎn)單測(cè)試一下NFS是否配置成功(注意在Linux下要將防火墻關(guān)閉):在宿主機(jī)上自己mount自己,看是否成功。例如,在宿主機(jī)/目錄下執(zhí)行:
mount 10.5.22.247:/root/ /home/zhang/mount
然后到/home/zhang/mount/目錄下看是否可以列出/root/目錄下的所有文件和目錄。若可以,則說(shuō)明NFS在服務(wù)器端的配置成功。
客戶端(Client)的設(shè)置
相 對(duì)于Sever端的設(shè)置,Client端使用的是 mClinux, 設(shè)置起來(lái)相對(duì)復(fù)雜一些,需要對(duì)mClinux的內(nèi)核重新編譯,并進(jìn)行相關(guān)配置。需要設(shè)置Customize Kernel Settings 和 Customize Vender/User Setings(NEW)兩項(xiàng)。
1. 對(duì)Customize Kernel Settings進(jìn)行配置
?。?* ] Customize Kernel Settings
進(jìn)入File systems的設(shè)置,可以看到Network file systems---,將NFS File system support選中。
2.設(shè)置Customize Vender/User Setings(NEW)
[ * ] Customize Vender/User Setings(NEW)
在Customize Vender/User Setings 項(xiàng)目中,選擇Network Applications之后,需要其中的portmap服務(wù),[*] portmap即可。然后選擇mount和umount服務(wù)使mClinux支持mount和umount指令。mClinux-2.4-x的內(nèi)核對(duì) NFS mount的支持不夠,這使得在mClinux上添加NFS服務(wù)存在一些困難,而在較新的mClinux版本mClinux-2.6-x中重寫了對(duì) NTFS文件系統(tǒng)的支持。在BusyBox中選擇mount和umount及mount NFS support三項(xiàng)即可,這樣客戶端的配置完成。最后重新編譯內(nèi)核,指令如下:
# make menuconfig ------------- 內(nèi)核配
# make dep -------------尋找依存關(guān)系
# make clean------------清除以前構(gòu)造內(nèi)核時(shí)生成的文件
# make lib_only-----------該命令編譯庫(kù)文件
# make user_only----------編譯用戶應(yīng)用程序文件
# make romfs ----------生成romfs文件系統(tǒng)
# make image----------生成romfs.o文件
# make
重 新編譯后,會(huì)在。。。/image/目錄下生成image.rom文件,它是壓縮了的內(nèi)核在rom的映像文件,將其燒寫到用戶板的Flash即可。用戶板 重新啟動(dòng)之后,新的內(nèi)核已經(jīng)開(kāi)始工作,這時(shí)就可以在終端里進(jìn)行NFS mount了(以在minicom為例)。輸入如下指令:
#mount -t nfs 10.5.22.247:/home/tmp /var/tmp /nfsmount -o nolock
# mount
執(zhí)行完兩條指令后,在Linux下的minicom里會(huì)看到如下信息:
Rootfs on / type rootfs (rw)
/dev/rom0 on / type rootfs (ro)
/proc on/proc type proc (rw)
/dev/ram0 on/var type ext2 (rw)
/dev/ram1 on /disk type ext2 (rw)
10.5.22.247:/home/tmp on /var/tmp type nfs (rw,v3,rsize=8192,hard, udp,nolock,addr=10.5.22.2)
這樣就將宿主機(jī)的/home/tmp目錄掛載到了用戶板的/var/tmp目錄。
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上兩種方式的比較,可以看到,就開(kāi)發(fā)的效率來(lái)說(shuō),NFS的方式明顯具有優(yōu)勢(shì)。畢竟,用戶開(kāi)發(fā)的程序往往不能一次就調(diào)試成功,采用 NFS方式使得多人同時(shí)開(kāi)發(fā)一個(gè)程序成為可能。事實(shí)上,除了文中提到的兩種方式以外,還有其它以太網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式開(kāi)發(fā)手段,如telnet等,限于篇 幅,不再詳細(xì)介紹。
嵌入式文件系統(tǒng)要求分析
嵌入式linux下常見(jiàn)的文件系統(tǒng)
? RomFS:只讀文件系統(tǒng),可以放在ROM空間,也可以在系統(tǒng)的RAM中,嵌入式linux中常用來(lái)作
根文件系統(tǒng)
? RamFS:利用VFS自身結(jié)構(gòu)而形成的內(nèi)存文件系統(tǒng),使用系統(tǒng)的RAM空間
? JFFS/JFFS2:為Flash設(shè)計(jì)的日志文件系統(tǒng)
? Yaffs:專門為Nand Flash設(shè)計(jì)
? proc:為內(nèi)核和內(nèi)核模塊將信息發(fā)送給進(jìn)程提供一種機(jī)制,可以查看系統(tǒng)模塊裝載的信息
? devFS:設(shè)備文件系統(tǒng)
Linux上的Ext2fs
? 支持4 TB 存儲(chǔ)、文件名稱最長(zhǎng)1012 字符
? 可選擇邏輯塊
? 快速符號(hào)鏈接
? Ext2不適合flash設(shè)備
? 是為象IDE 設(shè)備那樣的塊設(shè)備設(shè)計(jì)的,邏輯塊大小必須是512 byte、1 KB、2KB等
? 沒(méi)有提供對(duì)基于扇區(qū)的擦除/寫操作的良好管理
? 如果在一個(gè)扇區(qū)中擦除單個(gè)字節(jié),必須將整個(gè)扇區(qū)復(fù)制到RAM,然后擦除,再重寫入
? 在出現(xiàn)電源故障時(shí),Ext2fs 是不能防止崩潰的
? 文件系統(tǒng)不支持損耗平衡,縮短了flash的壽命
jffs/jffs2文件系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
? 日志文件系統(tǒng)
? 提供了更好的崩潰、掉電安全保護(hù)
? jffs2支持對(duì)flash的均勻磨損
? 在扇區(qū)級(jí)別上執(zhí)行閃存擦除/寫/讀操作要比Ext2文件系統(tǒng)好
? 文件系統(tǒng)接近滿時(shí),JFFS2 會(huì)大大放慢運(yùn)行速度——垃圾收集
Nand上yaffs文件系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
? 專門為Nand flash設(shè)計(jì)的日志文件系統(tǒng)
? jffs/jffs2不適合大容量的Nand flash
? jffs的日志通過(guò)jffs_node建立在RAM中,占用RAM空間:對(duì)于128MB的Nand大概需要4MB的空間來(lái)維護(hù)節(jié)點(diǎn)
? 啟動(dòng)的時(shí)候需要掃描日志節(jié)點(diǎn),不適合大容量的Nand flash
? FAT系統(tǒng)沒(méi)有日志
編譯yaffs文件系統(tǒng)
? mtd的最新補(bǔ)丁升級(jí)?
? 接口更新,適合與yaffs
? 與原有的mtd驅(qū)動(dòng)程序不兼容,需要重寫
? 如果使用舊mtd驅(qū)動(dòng)需要定義Makefile中MTD_OLD = -DCONFIG_YAFFS_USE_OLD_MTD
? 參考文檔: yaffs-rootfs-howto
? 最新版的yaffs網(wǎng)站:http://www.aleph1.co.uk/armlinux/projects/yaffs
使用yaffs文件系統(tǒng)
? 通過(guò)cat /proc/yaffs命令可以看到y(tǒng)affs系統(tǒng)的相關(guān)信息
? mount -t yaffs /dev/mtdblock/0 /mnt/yaffs
關(guān)于Linux文件系統(tǒng)
JFFS 全稱為:The Journalling Flash File System(日志閃存文件系統(tǒng))最初由瑞典的 Axis Communications 開(kāi)發(fā),Red Hat 的 David Woodhouse 對(duì)它進(jìn)行了改進(jìn)。作為用于微型嵌入式設(shè)備的原始閃存芯片的實(shí)際文件系統(tǒng)而出現(xiàn)。JFFS文件系統(tǒng)是日志結(jié)構(gòu)化的,這意味著它基本上是一長(zhǎng)列節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含有關(guān)文件的部分信息 — 可能是文件的名稱、也許是一些數(shù)據(jù)。相對(duì)于 Ext2 fs,JFFS 因?yàn)橛幸韵逻@些優(yōu)點(diǎn)而在無(wú)盤嵌入式設(shè)備中越來(lái)越受歡迎:
1 JFFS 在扇區(qū)級(jí)別上執(zhí)行閃存擦除/寫/讀操作要比 Ext2 文件系統(tǒng)好。
2 JFFS 提供了比 Ext2 更好的崩潰/掉電安全保護(hù)。當(dāng)需要更改少量數(shù)據(jù)時(shí),Ext2 文件系統(tǒng)將整個(gè)扇區(qū)復(fù)制到內(nèi)存(DRAM)中,在內(nèi)存中合并新數(shù)據(jù),并寫回整個(gè)扇區(qū)。這意味著為了更改單個(gè)字,必須對(duì)整個(gè)扇區(qū)(64 KB)執(zhí)行讀/擦除/寫例程 — 這樣做的效率非常低。要是運(yùn)氣差,當(dāng)正在 DRAM 中合并數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)生了電源故障或其它事故,那么將丟失整個(gè)數(shù)據(jù)集合,因?yàn)樵趯?shù)據(jù)讀入 DRAM 后就擦除了閃存扇區(qū)。JFFS 附加文件而不是重寫整個(gè)扇區(qū),并且具有崩潰/掉電安全保護(hù)這一功能。
3 這可能是最重要的一點(diǎn):JFFS 是專門為象閃存芯片那樣的嵌入式設(shè)備創(chuàng)建的,所以它的整個(gè)設(shè)計(jì)提供了更好的閃存管理。
要構(gòu)建JFFS文件系統(tǒng),首先要有硬件設(shè)備FLASH及支持JFFS文件系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。
摘要:本文主要分析了uclinux 2.4內(nèi)核的jffs文件系統(tǒng)機(jī)制。希望能對(duì)基于uclinux開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的廣大工程師有所幫助。
關(guān)鍵詞:uclinux vfs jffs
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一、flash讀寫的特殊性
對(duì)于嵌入式系統(tǒng),flash是很常見(jiàn)的一種設(shè)備,而大部分的嵌入式系統(tǒng)都是把文件系統(tǒng)建立在flash之上,由于對(duì)flash操作的特殊性,使得在flash上的文件系統(tǒng)和普通磁盤上的文件系統(tǒng)有很大的差別,對(duì)flash操作的特殊性包括:
?。?) 不能對(duì)單個(gè)字節(jié)進(jìn)行擦除,最小的擦寫單位是一個(gè)block,有時(shí)候也稱為一個(gè)扇區(qū)。典型的一個(gè)block的大小是64k。不同的flash會(huì)有不同,具體參考flash芯片的規(guī)范。
(2) 寫操作只能對(duì)一個(gè)原來(lái)是空(也就是該地址的內(nèi)容是全f)的位置操作,如果該位置非空,寫操作不起作用,也就是說(shuō)如果要改寫一個(gè)原來(lái)已經(jīng)有內(nèi)容的空間,只能是讀出該sector到ram,在ram中改寫,然后寫整個(gè)sector。
由于這些特殊寫,所以在flash這樣的設(shè)備上建立文件也有自己獨(dú)特的特點(diǎn),下面我們就以jffs為例進(jìn)行分析。
二、jffs體系結(jié)構(gòu)介紹
1、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
在jffs中,所有的文件和目錄是一樣對(duì)待的,都是用一個(gè)jffs_raw_inode來(lái)表示
整個(gè)flash上就是由一個(gè)一個(gè)的raw inode排列組成,一個(gè)目錄只有一個(gè)raw inode,對(duì)于文件則是由一個(gè)或多個(gè)raw inode組成。
2、文件組成
在文件系統(tǒng)mount到flash設(shè)備上的時(shí)候,會(huì)掃描flash,從而根據(jù)flash上的所有屬于一個(gè)文件的raw inode建立一個(gè)jffs_file結(jié)構(gòu)以及node list。
下面的圖顯示了一個(gè)文件的組成
一個(gè)文件是由若干個(gè)jffs_node組成,每一個(gè)jffs_node是根據(jù)flash上得jffs_raw_inode而建立的,jffs_file主要維護(hù)兩個(gè)鏈表
版本鏈表:主要是描述該node創(chuàng)建的早晚,就是說(shuō)version_head指向的是一個(gè)最老的node,也就意味著垃圾回收的時(shí)候最該回收的就是這個(gè)最老的node。
區(qū)域鏈表:這個(gè)鏈表主要是為讀寫文件創(chuàng)建的,version_head指向的node代表的文件數(shù)據(jù)區(qū)域是0~~~n-1 之后依次的節(jié)點(diǎn)分別是 n~~~m-1 m~~~~o-1 ……。其中n《M《=“” p=“” /》
3、操作
對(duì)文件的讀操作應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單,但是寫操作,包括更改文件名等操作都是引起一個(gè)新的jffs_node的誕生,同時(shí)要寫一個(gè)相映的raw inode到flash上,這樣的操作有可能導(dǎo)致前面的某個(gè)jffs_node上面的數(shù)據(jù)完全失效,從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)flash上的raw inode的空間成為dirty。
下面舉一個(gè)例子可能會(huì)更清楚一些。
一個(gè)文件的range list是由上面的三個(gè)jffs_node組成,當(dāng)我們做如下寫操作的時(shí)候
lseek( fd, 10, SEEK_SET );
write( fd, buf,40 );
第一個(gè)和最后一個(gè)node被截短了,第二個(gè)node完全被新數(shù)據(jù)替換,該node會(huì)從鏈表上摘下來(lái),flash上空間變成dirty。如果做如下寫操作的時(shí)候
lseek( fd, 23, SEEK_SET );
write( fd, buf,5 );
此時(shí),第二個(gè)node被分裂成兩個(gè)node,同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的node,range鏈表的元素變成五個(gè)。
評(píng)論