用NOR Flash建立VxWorks TrueFFS文件系統

邵富杰，徐云寬

（北京跟蹤與通信技術研究所 100094）

引 言

VxWorks是美國Wind River公司于1983年開發的高模塊化、高性能的32位嵌入式實時多任務操作系統，以其良好的可靠性和卓越的實時性而被廣泛應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如彈道制導、飛機導航等［1］。

Flash作為一種非易失性的固態存儲設備，具有可靠性高、體積小、功耗低等特點，非常適合移動設備、手持設備和嵌入式設備使用。NOR Flash和NAND Flash是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術，SST39VF1601是一種存儲容量為2MB的NOR Flash，應用程序可以直接在芯片內部運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在嵌入式系統中得到廣泛的應用。

1 VxWorks TrueFFS文件系統結構

TrueFFS文件系統是VxWorks集成開發環境Tornado提供的一個可選模塊，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。TrueFFS文件為用戶屏蔽了底層物理存儲設備的差別，應用程序對Flash存儲設備的讀寫可以像對擁有MS－DOS文件系統的磁碟設備的操作一樣。TrueFFS文件系統由4個層次組成：核心層、翻譯層、MTD層和Socket層，TrueFFS文件系統結構如圖1所示。

圖1 TrueFFS文件系統結構

核心層：連接其他幾個功能層，同時也進行碎片回收及定時器和其他系統資源的維護。該層以二進制形式提供。

翻譯層：主要實現TrueFFS與DOSFS之間的高級交互功能，也包含控制Flash映射到塊、碎片回收和數據完整性所需的智能化處理功能。該層以二進制形式提供。

MTD層：實現對底層Flash的地址映射、讀、寫、擦除和ID識別等操作，并設置與Flash密切相關的一些參數。該層以二進制和源碼形式提供。

Socket層：提供TrueFFS與板卡硬件之間的接口服務，提供板卡規范的硬件訪問例程，并且負責電源管理、卡檢測、窗口管理和Socket注冊。該層以源碼形式提供［2］。

2 SST39VF1601上建立TrueFFS文件系統

在SST39VF1601上建立VxWorks TrueFFS文件系統需要完成以下3部分工作：

◆配置完整的DOS文件系統支持；

◆包含核心TrueFFS組件；

◆為翻譯層、MTD層和Socket層各提供一個可用的軟件模塊。

DOS文件系統、核心TrueFFS組件和翻譯層可以通過配置集成開發環境Tornado安裝目錄target＼config＼bspname＼下的config.h文件實現，MTD層和Socket層需要編寫驅動程序實現［2］。

2.1 配置TrueFFS文件系統

若沒有VxWorks兼容的 MS－DOS文件系統，True－FFS文件系統的配置是沒有意義的，因此DOS文件系統及其相關組件都要被包含在TrueFFS文件系統中。另外，還有一些非必需的文件系統的其他組件，可以增加文件系統基本功能的支持（如ls、cd、copy等命令），也需要添加進來。在config.h文件中配置TrueFFS文件系統如下：

定義INCLUDE＿TFFS后，VxWorks系統啟動時的初始化代碼會調用tffsDrv（）來創建和管理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。鏈接時，通過解析與tffsDrv（）相關聯的符號可以將TrueFFS所必需的軟件模塊連接到Vx－Works映像中。

2.2 MTD層實現

MTD層軟件為TrueFFS文件系統提供了底層Flash的地址映射、讀、寫、擦除和ID識別等操作的函數。所有MTD層軟件必須包含3個函數：寫數據函數、擦除扇區（塊）函數和ID識別函數。

在BSP目錄下創建SST39VF1601的MTD層驅動程序文件SST39VF1601.c，并為該驅動程序文件編寫以下函數：

①Flash ID識別函數sst39vf1601Identify（）。該函數通過讀取Flash的ID號，判斷底層Flash設備是否適合本MTD層驅動，并為用于底層操作的Flash數據結構vol注冊成員函數和成員變量。其中注冊的成員函數有地址映射函數、寫數據函數和扇區（塊）擦除函數，注冊變量有Flash存儲器的類型type、Flash存儲器的大小、平分數據總線的Flash芯片個數interleaving、構建Flash文件系統的Flash芯片個數noOfChips、擦除塊的大小erasable－BlockSize等。

②Flash地址映射函數sst39vf1601Map（），用于實現系統地址到Flash地址的轉換。

③Flash扇區（塊）擦除函數sst39vf1601Erase（），用于擦除Flash的一個塊或扇區，擦除大小應與erasable－BlockSize一致，在sst39vf1601Identify（）函數中定義erasableBlockSize為4KB，因此sst39vf1601Erase（）一次可擦除4KB的扇區。

④Flash寫數據函數sst39vf1601Write（），向指定的Flash地址處寫一段數據。由于SST39VF1601位寬為16位，因此被寫入數據的地址必須半字對齊。

⑤編程結束檢測函數doneDetect（），檢測擦除、寫入操作是否結束，調用Flash擦除函數和寫入函數后必須調用該函數，檢測當前操作是否結束，是否可以再次進行讀、寫和擦除操作。

MTD層驅動程序編寫完成后，還應向Socket層注冊MTD層驅動程序，過程如下。

①配置tffsConfig.c文件。將Tornado安裝目錄target＼src＼drv＼tffs下的tffsConfig.c文件拷貝至 BSP目錄下，在函數聲明中添加：

②添加MTD模塊至BSP。打開BSP目錄下的Makefile文件，設置添加：MACH＿EXTRA＝sst39vf1601.o ftpdLib.o…

即把SST39VF1601的MTD層驅動程序添加到目標代碼中，連同內核模塊一起編譯。

2.3 Socket層實現

Socket層提供了TrueFFS與板卡硬件之間的接口服務，由systffs.c文件實現。系統在Tornado安裝目錄target＼config＼comps＼src下提供了一個原始systffs.c文件，可以將此文件拷貝到自己的BSP目錄下進行修改，來實現Socket層驅動。systffs.c文件的修改有以下幾個關鍵點：

◆sysTffsInit（）函數，完成TrueFFS文件系統的初始化，并調用注冊函數rfaRegister（）；

◆rfaRegister（）函數，負責注冊Socket結構的各個成員函數；

◆被rfaRegister（）函數注冊的各個成員函數；

◆設備硬件相關的宏定義。

在系統提供的原始文件systffs.c中，定義了所有必需的函數。設計在一片NOR Flash SST39VF1601上建立TrueFFS文件系統的情況下，原始sysTffsInit（）函數和各個被注冊函數可以完成TrueFFS文件系統的初始化、Socket層的管理，因此也不需要更改。該文件中需要重新定義與硬件相關的宏：

需要注意的是，硬件設計中SST39VF1601的起始地址是從0x00000000開始的，之所以定義FLASH＿BASE＿ADRS為0x00080000，是因為SST39VF1601的前0.5MB用于存儲VxWorks的BootRom，在調用TrueFFS文件系統格式化函數tffsDevFormat（）時不應將該部分格式化。

3 掛接VxWorks DOS文件系統

包含TrueFFS文件系統的VxWorks映像在目標機上運行時，必須在TrueFFS的Flash驅動上掛接Vx－Works DOS文件系統后，TrueFFS文件系統才真正能夠使用，VxWorks DOS文件系統掛接過程如圖2所示。

VxWorks DOS文件系統的掛接過程如下。

（1）格式化Flash設備

在Flash設備上首次建立TrueFFS文件系統時，應該調用TrueFFS文件系統格式化函數tffsDevFormat（）格式化Flash設備，該函數原型如下：

圖2 VxWorks DOS文件系統掛接過程

tffsDriveNo為TrueFFS設備驅動號，此處只構建一個TrueFFS設備，因此設置為0；arg為格式化參數結構tffsDevFormatParams的地址，此處為0，表示使用target＼h＼tffs目錄下頭文件tffsDev.h中定義的TrueFFS標準格式化參數TFFS＿STD＿FORMAT＿PARAMS，即從地址為Flash＿BASE＿ADRS處開始，格式化大小為FLASH＿SIZE的空間，若NOR Flash支持則格式化為FAT格式；函數調用返回狀態STATUS，格式化成功為OK，否則為ERROR。

（2）配置TrueFFS文件系統

格式化Flash設備后，就可以調用usrTffsConfig（）掛接VxWorks DOS文件系統，該函數原型如下：STATUS usrTffsConfig （int drive，int removable，char ＊fileName）；

drive為TrueFFS設備驅動號，此處只構建一個TrueFFS設備，因此設置為0；removable為Flash存儲介質是否可移除標記，0表示不可移除，1表示可以移除，此處為0；fileName為文件系統掛接點的名字，此處使用“／tffs0／”；函數調用返回狀態 STATUS，格式化成功為OK，否則為ERROR。

（3）測試TrueFFS文件系統

配置TrueFFS文件系統后，可調用devs函數，顯示系統中掛接的所有設備，若出現設備“／tffs0／”，則表示True－FFS文件系統掛接成功。此時調用VxWorks DOS命令chdir（“／tffs0／”），將當前目錄切換到 TrueFFS文件系統掛接點／tffs0／，調用VxWorks DOS命令ls顯示當前目錄下所有文件。可用FTP客戶端登陸目標機，可上傳、下載文件，如圖3所示。 28

圖3 使用FTP上傳、下載文件

結 語

本文以VxWorks實時多任務操作系統為基礎，詳細描述了在嵌入式系統中常用的NOR Flash存儲器上建立TrueFFS文件系統的方法。TrueFFS文件系統建立后，可以很方便地更新系統程序、存取設備數據，有效地提高了嵌入式設備的可維護性和易用性。

［1］李忠民，楊剛，顧亦然，等.ARM嵌入式VxWorks實踐教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2006：6－7.

［2］Wind River.VxWorks Programmer's Guide 5.5，2002：295－297，300－301.