基于INTEL StrataFlash在VxWorks上构建TrueFFS文件系统

一 前言

VxWorks是美国WindRiver公司于1983年推出的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，它以突出的可靠性，实时性，可裁减性等特点被广泛应用于航空，航天，军事，通信，安防等领域。

在嵌入式系统中，通常用flash作为永久存储介质，用来存储系统引导程序、操作系统映像、用户应用程序以及系统的配置参数等。基于VxWorks 操作系统，在flash上建立TureFFS文件系统，可以使用户操作flash时，就像操作硬盘一样，支持文件的建立、拷贝、删除等操作。

StrataFlash系列flash是2005年初INTEL公司推出的在技术上有重大突破的产品，它开创了在单个晶体管中存储两位数据的存储技术，从而大大地降低了成本，一经推出，迅速被广泛采用。在其上构建TrueFFS文件系统，可以为其他开发者提供有益的借鉴。

二 TrueFFS文件系统介绍

TrueFFS文件系统为种类繁多的flash存储设备提供了统一的块设备接口，它具有可重入性、线程安全等特点。在TrueFFS的支持下，应用程序对flash设备的操作就好像对有DOS文件系统支持的硬盘设备的操作一样。

TrueFFS文件系统包括一个核心层（Core Layer）和三个功能层：转换层（Translation Layer）、驱动层（Memory Technology Driver (MTD) Layer）、套接层（Socket Layer）,共四层。层次结构如图 1所示。

核心层的主要功能是使其他各层互相连接，为其他层的通信提供通道以及完成一些象碎片收集，定时器管理等全局任务。WindRiver公司通常以二进制代码的形式提供核心层模块，开发者不需对核心层进行任何修改。

转换层主要负责维护一个文件系统的逻辑块和flash中删除块之间的映射图。这个映射图主要是用来实现对flash的平衡磨损策略，以及进行错误恢复。所谓平衡磨损是指，flash的寿命通常是有限的，每个块的擦写次数大概在十万次左右（实际上要少的多），因此在擦写时不能一直对某一个块重复擦写，即使是对同一个数据改写时也是这样，一个数据改写前在这个块中存放，改写后可能就存放到另外一块了，而且flash是先写后删，这就可以在写入发生错误时进行错误恢复了。转换层也是以二进制代码的形式提供的。

驱动层是对不同种类的flash提供底层的操作，如映射(map)，读（read），写（write）,删（erase)等。构建TrueFFS文件系统的主要工作就是针对不同类型的flash芯片编写相应的驱动层代码。

套接层是提供TrueFFS和硬件之间的接口，提供访问特定硬件的访问进程。包括套接字注册，电源管理，写保护等。WindRiver公司为开发者提供一个套接层模板，需要针对特定的硬件进行修改。

三 INTEL StrataFlash系列FLASH上构建TrueFFS文件系统

本文以INTEL StrataFlash系列中常用的32Mbit 28F320J3A为例说明构建TrueFFS文件系统的过程。

1 修改相关系统文件

修改config.h文件，此文件一般存放在BSP文件夹中，在此文件中定义支持TrueFFS功能以及其他相关功能的宏，包括：

#define    INCLUDE_TFFS

#ifdef      INCLUDE_TFFS

#define    INCLUDE_DOSFS 

#define    INCLUDE_SHOW_ROUTINES

#endif 

修改sysTffs.c文件，此文件一般存放在BSP文件夹中，此文件定义哪个MTD驱动和转换层模块被包含到TrueFFS中，以及定义flash的基地址和大小，会有以下定义出现：

#define    INCLUDE_MTD_I28FJ3A

#define    INCLUDE_TL_FTL 

#define    FLASH_BASE_ADRS           0x10000000

#define    FLASH_SIZE                             0x00400000

修改sysLib.c文件，此文件一般存放在BSP文件夹中，在数组sysPhysMemDesc[]中加入FLASH_BASE_ADRS、 FLASH_SIZE所指定的地址段，MMU属性设为VM_STATE_WRITABLE和VM_STATE_CACHEABLE_NOT等。[page]

修改tffsConfig.c文件，此文件一般存放在src\drv\tffs文件夹中，可以拷贝到BSP文件夹中，在 MTDidentifyRoutine mtdTable[]中把定义的宏INCLUDE_MTD_I28FJ3A和MTD识别函数关联起来：

#ifdef  INCLUDE_MTD_I28FJ3A

           i28fj3aMtdIdentify,

#endif 

系统在调用tffsdev（）函数安装flash的MTD驱动时会调用这个表项来查找并识别flash设备。

2 MTD驱动程序组成

在MTD驱动中，最重要的函数是i28fj3aMtdIdentify()函数，可以把它看作是MTD的初始化函数。它负责读取芯片制造商和设备的ID 号，INTEL公司的代码是0x0089，28F320J3A的设备代码是0x0016。然后对FLFlash结构的成员进行初始化。FLFlash结构定义在target\h\tffs\FLFlash.h中：

typedef  struct  tFlash  FLFlash;

struct tFlash {

FlashType              type;      

long                      erasableBlockSize; 

    　　　　long                      chipSize;

int                         noOfChips;

int                         interleaving;

int                         flags;

void                      *mtdVars;

FLSocket                     *socket;

void  FAR0           *(*map)(FLFlash *, CardAddress, int);

FLStatus               (*read)(FLFlash *, CardAddress, void FAR1 *, int, int);

FLStatus               (*write)(FLFlash *, CardAddress, const void FAR1 *, int, int);

FLStatus               (*erase)(FLFlash *, int, int);

void                      (*setPowerOnCallback)(FLFlash *);

};

其中，type指flash的设备类型；erasableBlockSize指flash可擦除块的大小,单位为字节；chipsize指flash存储容量，单位为字节；noOfChips指构成flash存储阵列的存储器的片数；interleaving指存储阵列的交叉存取参数，必须为2的整数幂，用于定义在一个存储芯片上，两个字节连续媒体的地址差异；socket是指向FLSocket结构的指针，这个FLSocket结构含有指向socket 层函数的指针和数据。当注册socket驱动时，该FLSocket结构中涉及的函数将被安装。

map是指向flash映射函数的指针，该函数将flash映射到内存的一个区域。read是指向flash读函数的指针。write是指向 flash写函数的指针。erase是指向flash擦除函数的指针。setPowerOnCallback是指TFFS在flash设备上电后应当执行一个函数以便挂接该设备，setPowerOnCallback成员就是指向这个函数的指针，许多flash存储设备不需要此函数。

在MTD驱动中最重要的两个函数是write和erase。write的过程一般是这样的，写入前首先要对扇区解锁，如果是进行改写，需要把待改写扇区的数据读出来，修改相应的部分，然后擦除扇区，接着再写入写命令，写入数据；如果是写入空扇区，直接写命令、写数据就可以了，最后判断数据是否写完。为了确保写入成功，写完数据后要进行数据的比较。对flash的erase操作是按照扇区进行的，擦除前首先要对扇区解锁，然后写入擦除建立和扇区擦除命令，擦除成功后，内容应为0xFFFF。为了确保擦除成功，擦完后也要进行数据比较。

当VxWorks内核支持TFFS文件系统，在启动时，usrRoot()函数将会调用tffsdev()进行TFFS设备初始化，调用tffsdev()的目的是注册套接组件驱动程序。

在使用TFFS之前首先要调用tffsdevcreate（）创建此设备，经过一系列的调用，最后运行flidentifyflash（），这个函数按照 sysTffs.c中宏所指定的flash，调用识别函数i28fj3aMtdIdentify()进行识别，来确认究竟是那种flash接入了系统,并向FLFLash数据结构注册MTD驱动中的读、写、擦除、映射等flash操作函数。

3 TFFS操作方法

在使用TFFS前，要用shell命令tffsDevFormat对flash设备进行格式化，并用usrTffsConfig命令把flash设备挂接上DOS设备名，接着就可以用此设备名对flash设备进行操作了。支持的命令包括：ls,copy,remove等常用命令。

还可以通过修改DEFAULT_BOOT_LINE中的参数，将TFFS作为一个启动设备。将boot device改为tffs=0,0 ,将file name 改为/tffs0/VxWroks,就可以把系统启动起来了。

四 结论

在基于VxWorks的嵌入式系统中支持TrueFFS文件系统，可以将VxWorks操作系统映像、应用程序、系统配置等以文件的形式存放到flash 上，与系统的引导程序bootrom分开。这样可以支持用户的在线升级，当应用程序和系统配置需要更新时，直接以文件的形式拷贝到flash中就可以了，非常方便。当然，支持TrueFFS文件系统是有少量存储空间的开销，但这和使用TrueFFS文件系统所获得的好处相比是微乎其微的。本文作者的创新点是为新推出的Intel StrataFlash系列flash编写了驱动程序，并在其上构建了TrueFFS文件系统。

参考文献

[1] VxWorks 5.5 Programmer’s Guide.  WindRiver Systems,Inc

[2] Intel StrataFlash Memory(J3) Datasheet.  Intel Corporation

[3] 王明飞，张效义，李鸥，邢明. VxWorks下MPC860的中断处理机制及其应用. 微计算机信息，2005,3：1～2页

[4] 李方敏.  《VxWorks高级程序设计》.  清华大学出版社.  2004.5

[5] 陈智育,温彦军,陈琪.  《VxWorks程序开发实践》.  人民邮电出版社.  2004.5