基于Linux的嵌入式多文件系统的实现.pdf

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1、软件时空中文核惑期鞫徽计羹撬信患(管控一体亿)2 8 年第2 4 卷第8 3 期文章编号：l O 嬲一0 5 7 0(2 0 昭)嬲一3-o l l l 0 3基于L inu x 的嵌入式多文件系统的实现l m p l e m e n t 8 t i o no fE m b e d d e dM u l t l f l|es y s t e mB a s e do nu n u x，(湖南大学)郎平黎福海崔泷刘红燕+淤N GP l f 瑁L lF。羲a ie U l 沁鸣U UH O n g-y a 拜摘要：文镑系统是“洲x 最基拳酶资源，本炙套绍了在嵌入式毯珏溉嚣境下，基于瓣a s 囊毒储器

2、鼹系统中合理使髑C 硌豳争Y a f f s 文件系统的方法，从而合理的使用嵌入式系统中有限的存储空间，本文介绍的内容在笔者的开发过程中都做过验证。关键词：嵌入式U 髓x 操l 乍系统；c 1 黼嬉s 文体系统；Y a 魅文馋系统巾图分类号：1 翟3 粥文献标识码：BA b s t 愀t：曩l e 壬i l es y s t e mi st 王l em o s tf u I l d 锄e n t a ls o u r c eo fH n l l】【。甜I i 8a r t i c l ei n t m d u c e sm ew a y so fu s i n gC r a m f 8 翮dY

3、 a 骶f i l es y 8 t e l mc o r r e c t l yi nt l es e n i n go fE m b e d d e d“n u x，w h i c hi s nt h es y s t e mo nt h eb a s eo fR a s hm e m o r y，s o 也a tt h e6 n i l es t o r a g es p 毒e ee 觚b eu s e dm o r er e s o n a b j e 1 弧ee o n 把n t 8i nt h ea r t i c i eh a v eb e e nj u s t 主靠e d 珂t

4、 h ew r i t e ri n 幽ec o u r s eo fd e v e l o p m e n t K 姆帅r d s：E m b e d d e dL i n 憾；C 姗咄瑚es y s t e m；Y a 凰糊es y s 姗”l引言在嵌人式设备中(如手机、P D A、p M P 等)操作系统越米越多的采麓K n u x，如何蠢效逑使用套袋熬存镨空阕麓嵌入式开发者必须考虑的问题。在嵌入式“n 嗽中，选择合适的文件系统格式是解决这一耀题戆关键赝在。文件系统是操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。交终可能存在予磁盘(磁盘文l 譬系统)、网络(瓣络文件系缀)，或者是一些虚拟的文件

5、(如L i n u x 的p“，c 文件系统)。珏n 馘的一个显著优点是它的寝攘文馋系统(V 糈)撬念。这使得它可以兼容多种文件系统格式。不同的文件系统全部由虚拟文搏系统管理，提供统一的操作接疆供系缆使用。因此，系统不需要因操作的文件系统不同而改变操作方式，为不同文件系统共存予同一系统挺供了方便。目藏，b n 蜮支持多种文件系统，同样，嵌入式“n u x 也支持多种文件系统。最然在嵌入式中。幽于资源受限的原因。它的文体系统攀毽k n u x 的文绺系统有较大的区别，但是，它们的总体架构是一样的都采用翻录树的结构。在嵌入式巾常见的文件系统有R o l l 瓜、c r a 溅、J 胍、Y a 热等

6、。本文将介绍在嵌入式“n u x 环境中构建适合嵌入式系统存储特点的多文件系统的方法。，-，1 存储器隧着嵌入式技术袭各种电子产葫中的广泛应瑙，嵌入式系统中的数据存储和管理已经成为一个熏要的研究课题。n 鼬h存镶器罴密速度快、容鬣大、或本低等很多优点毽_ l 琏：在嵌入式系统中被广泛用做外存储器件。n 聃h 生要有N O R 和N A N D 两种类型。基本上N O R 比较适合存储程序代码，其容量一般较小(_ 比如小于3 2 辍B)，绘榜较离，瑟瓣A 燕D 容量霹这l G B 以上，徐楱也相对便宜，适合存储数据。一般来说1 2 8 M B 以下容量郎平：在读硕士N A N Dn A S H

7、芯片的一页大小为5 2 8 字节，用来存放数据。另矫每一蕊还有1 6 字节的备粥空阕(S p a r e D a t a，O O B)，用来存储E c c 校验，坏块标志等信息再由若干页组成一个块，通常一块为3 2 燹1 6 K。与N 0 技裾院，N A N D 不是完全可靠豹，每块芯片出厂时都有一定比例的坏块存在，对数据的存取不是使用地缝映龛孝 i l；是通过寄存器酶操佟，串符存致数据。2 方案分析鉴于玎a s h 存储介质的读写特点，传统U n u x 中的文件系统已经不稷适合应用褒嵌入式系统审。毙秘E x 垃文终系统，是专为像I D E 设备那样的块设备设计的，没有提供很好的扇医擦写支持

8、，不支持损耗乎鹰，没有捧电保护，也没套 受好的扇嚣管理。这些缺点都表明，在n a s h 存储介质上应用为块设备设计的传统文l 串系统不是一个提好的选择。基于这撵豹溅涎，产生了很多专为n a s h 设备而设计的文件系统，比如本文将使用的C 腿m f s 翻Y a 蕊文件系统。3C r a 曲和Y a 凰的性能特点3 1C r a m f 8 文件系统c r a m f s 是u n u x 的创始人“n u sT o r v a l d s 开发的一种经匪缩的、檄为简单的只读文件系统。其聪缩比高达2：l，可以为嵌入式设备节省大量的存储空间。另外，它的速度快、效率寓其强读的特点有绢于保护文侔免

9、遭破环，提裔系统韵可靠馁：但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷，使得用户无法对其内容进行扩充。3 2Y a 凰文件系统Y 鑫蕊(Y e tA n 蕊e r 秘a 豳F 瀣S y s t 嘲)文件系统雉专门锋对N A N D 闪存设计的嵌入式文件系统。目前有Y 趣和Y a 凰2 两个叛奉，疆个黢本豹主簧区鄹之一在于Y a 懿2 能够受委 酶支持大容量的N A N DF L A s H 芯片。Y a 侬文件系统有些类似于疆酸热2 交箨系统，与之不丽的是联磙蕊2 文季掌系统最初怒赞对N O RF L A s H 的应用场合设计的。且与J 舱相比，Y a 凰减少一1 1 4 3 6 0 元，年邮局订阅

10、号：8 2-9 4 6 万方数据匦匿霍塑壁塑疆垂圜，软件时空了一些魂麓，强貌速度更快，占震蠹存更少。)1 2 8 麓4 嵌入式L i n 蜮文件系统的构建方案综会考虑襻德空阕翻系统霹耀性爨素，霹以采耀混合使用C 粼椎和Y a 凰文件系统，使用c 瑚豳文件系统，西以获得更大的空间节省(高压缩比)和更快的运行速度；同时，由于嵌入式系统要求软件定制，可以把系统软件以及一些不希望被用户玻舔豹重要数据徽戒c 硎褊格式，这就提供了穰好静误潮除保护。使用Y a 热文件系统，可以为用户提供读写空间，方便用户添加自己的个人文件和数据，比如个人通讯录以及声音和槐菝交馋等，莠显Y 8 蠡采用一耪多篆晦混合酶楚毂强牧

11、舞法，结合了贪心策略的高效性和随机选择的平均性，达到了兼顾损耗平均和系统开销的目的。5 文件系统构建流程在嵌入式“n u x 系统巾混合使用C 粼矗、Y a 热两种文徉系统的具体操作分为以下几个步骤。(1)配置内核：将M r D、C r a m f s、Y a 纸模块编译进内核。(2 麓分懿矗s h 分区：对秘蕊物理空逮送行分黻，羧囊在不同的分区上存放不同的数据，采用不两的文件系统格式；必要时编写M A P s 文件。(3)修改系统脚本：在系统痿动詹番l 震瓣本挂载文件系统。(4)创建文件系统镜像文件：稠用工具生成文件系统镜像文件，并通过F 1 a 8 h 烧写T 具将镜像文件烧写到n a s

12、 h 物理空间。这几个步骤的详细过程如下。(1)琵萋醛国驱动器序稻文箨系统嵌入式u n u x 中使用F 1 L A S HM T D 驱动程序和文件系统配置本文采用的率宿主机+目标板的开发模式。宿主机为P C+R 嚣转 差矗窍。0，嚣掭扳为三星公霭酶s 3 c 2 4 l e+嵌入式毡捌x，黢本为2 6 11 1 2。N A N D 闪存怒i 星公司6 4 M B 的K 9 粉6 0 8 u o C。N A N D 被分为两个区分别存放内核和根文件系统。在“n u x 内核懿露录下以R O O T 权限键入：m a l【e 粼n n 蕊g，开始配置炎棱选项。可驻瓣觅”麓e 翻【0 r y e

13、 l l n o l o g y 糯v i c e s M 嘲)t”和”F i l es y s t e m”两个选项，配置如下：进入”M e m o r yT e c h n 0 1 0 9)rD e v i c e 8(M T D)”选项，设置M e m o r yT e e h n 0 1 0 9 yD e v i c e s(M T D)s u p p o r t。该选矮选择使麓逶露麓豫设备瑟。理焱需要设置酶选褒骞：M T Dp a n i t i o n i n g 鲫p p o n，$提供对分区的支持4，D i r e c tc h a rd e v i c ea c c e 8

14、8t oM 7 I Dd e v i c e s，提供原始字符访阕群c a c h i n gb k kd e v i c e e e 鹪t o 猢除畦两c e 扩提供原始块访问$，D e b u g g i n g设置黯飘A S 珏酶魂试缓掰然盾进入”N A N Dn a s hD e v i e e 拍v e r s”进行设置，将具体的硬件驱动程序加入内核。需设鼹的选项有：N 矗N D 蚤e v 主e es 珏p 弦彰奉挺供怼嚣赋转默S 珏支持鬈N A N DF L A S Hd e v i c eo nI C Ec 硼Eb o a 础 提供对具体N A N DF L A s H 电路板的

15、支持，最后对N A N DR A S Hs 泌进行设置：)1 6 酝()3 2 M。(8)6 4 M用于选择N A N D 阢A s H 的大小。进入”F i l es y s t e m”选项，需要设置的选项有：宰 Y A f 弱矗k y s 埝糖。珏N A N 掰 支持Y A 薹墨葛文箨系统鬈完成对文件系统的配疑后还要提供设备文件涞挂载文件系统，在根文件系统，d e v 中使用m k n o d 命令增加块设备文件(主设备号失9 0)m t d b l o c k o m 自腩l o c k l，字符设备文l 牛(主设备号淹3 1)m 斑O，m t d k；这样魏可敬遥避强删丑l 会令来挂

16、载分区，在分区上进行相应的读碍操作。(2)系统F L A s H 分区翻照e 狂秘赢&v i c e 黼p 剃。nx x x 赫a 蠢选顼定义的配置宏可以在d r i v e 础n t d，m a p s，目录下找到相应的m a p s 文件。如果没有，可以参照已有的m 印s 文件写一个。在这个文件腿，需要将弛办芯冀的物理地址转换成寝撼她蛙。势将虚拟苔地址、n a s h 空闻大小、总线宽度等填入到一个s|a 娃es t m e tm a p j n f o类型的结构中，同时婺将F l a s h 的字节、半字、字的读写操作和块拷贝操作等注册到这个结构中，这个结构惑供c H 接口检测震的。接下

17、来，就是划分R a s|分逸，向麓稻添秀嚣塞己黪魏蕊分区表下面是n a s h 分区表的一个示例：s t a t i c 8 t n l c t m t d 坤a n i t i o nm)r-p a r t i t i o n s 口=n a m e”B 0 0 d o a d e r+分区名$，s i 瓣：o x 0 0 0 4 0 0，宰分区大小形e 瓢e：0，分酝物理怒始地址m 躺k-n a g s：M I D W R r r E A B L E，丰强制只读奉，魏8 瓣e：“X e 氆e l“。8 i 就：0)【0 0 1o()O o o o 鲴睦旧t：0】【0 0 0 C O O o

18、 o。，差n a m e：”e 璐m f s”s i z e：O x O O A O C l 0 I m 棚f 8 e t：O x o o l C 0 0 0 0。；，n 棚e：”Y a f f i”s i z e：F L A S H 心觋0 氍O O B C o o 嗽抵l：O，瀚转C O O ；这个数组的每一矮对应一个勰【Db l o c k 设备，比始繁O 项鄂m 疆瓣o e k o，第i 项蠲蛐d 秘o c k l，泼魏类推。需要注意的是，必须把用做根目录的设备作为启动参数传递给内核。比如，如果使用第2 项，即c r a m f s 分区作为根文件系统，则需要通过b 0 0 卜l o

19、蠢e r 将这个参数传递绘走核。鹭然，氇可以在内核配置酶时候设置默认的内核启动参数，比如：D e f a u l tk e m e lc o m m a n d8 t r i n g：I m o t；d e v，m t d b l o c k 2rc o n s o l e=t t y oc o n s o l e=t t y S o l1 5 2 0 0 i n i t 枷i n-越x f c”。傲完系统分医，沲棱方嚣酶设置基本完成，霹以运稔痰核编译命令m a k ed e p，m a k eb z l m a g e 对内核进行编译了。(3)系统启动脚本设置还有些工作是磁动脚本的设置，需要

20、在e t c 凰缸l b 文件中(奎一白技一邮局订阅母：8 2-9 柏3 6 0 元，年一1 1 5 一 万方数据软件时空中文菝密期刊徽计算橇巷患管控一俸亿)2 8 年麟2 4 卷第8 w 3 麓添加如F 的儿行。崔泷刘级燕，d e 湘t d b I o c k 2，c 哪怕d e f a u I 间O C o l k 妒o fE l e c t r 主c 馥lA n dI 晌蛐E 喇棘r 圣n gH 渊粕耀e 咖心l o e 蠡3 釉瑚ey 撼d e 蠡疆l t 国0馨癌V e 商玲4 l 溺冬歉蔑G 琢舔轴城e 帆如果在配鬣内核时没有配置自动m o u n t 选项，那么就需要L I uH

21、 o n 鬈吖a n在，l i n u x r c 文件中添加m o u n t h o m e 语句。通讯地址：(4 l 配湖南湖南大学十五舍3 1 4 房)郎平扶上嚣的设黉可以看如，系统把檄文俘系统徽成e 磁惑竣穰爨麓：2 0 0 8。6。3 修璃珏期：2 8 8。5 格式，把屈o m e 目录作秀Y A F 糈分区。(4)创建文件系统镜像文件最后一个步骤是，使用文件系统工具生成c r a|瞒分区和Y a 嚣s 分速鹚镜像文俘，使耀秘a s h 烧写王其将镜像文俘烧写蓟n 聃h 物理空间。c r a m f s 和Y a 腿镜像文件生成方法如下。生成c m m f s 镜像文件使用工具：黼

22、k c 疆惑。这个芏具在珏n 馘源玛包基栽骞。其位激在s c 却t 哦r a l l l f 彭目录下。使用方法：，m k c r a m f sm y d i r，m k C 胎m f s i m g。生成1 I f a 蕊镜像文件使惩工翼m k y 蕊，使用m l(y 8 羝工蒜爵以将N A N D 狂矗s H中的分区格式化为y a 凰格式(如，b i I l，m k y 柏酬d e v，m t d b l o c k，0 命令可以将第一个M 7 r D 块设备分区格式化为y a 凰)，丽使用m 蠡y 8 熬 m a g e 馔鬣予m k e 黼赫、璜羹翁溺霹羧褥菜掰录生残势y a 跽文件

23、系统镜像。6 结语本文主要讲述基于F l a 藤的一些文绊系统的搭建。提塞了c r a n 底和Y a 舔文件系统在嵌入式设备l 二的应用，主要是锋对N A N DF I A s H，通过具体的测试，表明谯启动速度有很大的提高，内存占有量明显减少。但还很不完羲，有很多地方需要改进。滋安羹霹激借鉴s a m s 珏n ；|；公霹的毯n 娃x 文箨系统一冀。醵s tF i l es y s t e m(R F s)，提高数据的读写速率，进一步保证系统的健壮慷，进一步完善系统，使其跟M T D 驱动更好的结合。由于作者承乎稳簇疆鸯限，套些阏题舞不麓游褥缀清楚，蕤至出现错误，希望读者麓够加以指正共同提

24、高。本文创新点：本文主要讲述了在嵌入式u n u x 中多文件系统的搭建，使C 黼m f s 翔Y a 热文件系统共同终媚在嵌入式设备上。及两大大的掇高7 嵌入式设备静瘘动速度，同时又减少了内存的占有量。参考文献【l 琢l e“n 毂K e 糊砖孤撙e r：A 勃p 固a 黼矗郭嘲矗纽x s 6 懿dP o w e 巾CA r c h i t e c t u 糟sB yC l a u d i aS a l z b e r gf b d r i g L I e z，G o 耐o nF i s c h e r，S t e v e nS m o l 8 k i，S e p t e m b e r2

25、1，2 0 0 5婆 琢eC o 强p l e eG u i d eT 0“n u xs y 8 t e 黻A d|珏i 珏娥蒯。玎，kW e l l s，A 两l l，2 0【3】杨密，杨欣欣，楚含进应用平台创建囊件(P C s)进行嵌入式L i n u x 成用的研究f J】微计算机信息2 0 0 5，7：0 0 3 2 一0 3终褰篱奔：郎_ 乎(1 9 8 l 一)，女，瀵，溪南大攀电气与蓿患工程学藏电路与系统在读硕士，主要研究方向嵌入式系统应闱；黎福海(1 9“一)，男，汉，博士，教授，研究领域：嵌入式系统应用；崔泷f 1 9 8 l 一)，男，汉，磺，泰塞岛镁监分禺。璜喇p h y

26、：L A N GP i n g(1 9 8 l 一)，f e m a l ef m 髓e t|l n i c)，h u 嘲p r o V i n c e，h u n 舳u n i V e 璐i t y，m 鹅t e r，C i r c u i t s 姐dS y s t e m s，r e s e a r c hi nE l n b e d d e dA p p l i c a t i o n4 l 黼救潮毒潮素大学卷气与穰蠹王糍学靛酆警黎福海(上接第5 7 页)本文的创新点在于：在分析l O l 规约的基础上，通过规定电基信息数缮辏式穰信息俸蔟J 搴斡萝i 燕定，采耀G 豫s 缀瓣技术，以V

27、 j s u a lc#为开发T 具开发的电压检测仪数据管理系统具有通信效率高、费用低、技术先进、维护方便简单、运行稳定、逶薅性强等优点。该产箍推广后，预计产生经济效益在l o o 万元以上。参考文献【l】中华人鼹共和国电力行业标准D r 6 3 4 5 l O l 一2 0 0 2 腿C 6 0 8 一弦5 一1 0 l：2 2，中国魄力壅舨莅，2 鼢【2】张胜提高I E c6 0 8 7 0 一5 一l O l 协议互操作饿的应用经验啪电力系统自动化，2 0 0 6，3 0(2 3)：1 0 4 1 0 7 瑟】赵海茭，搴坚涎。|E C 国8 7 0 一5 一l O l 魏约在醚邀自动纯系

28、统数据通信巾的应用f j】电阴技术，2 0 0 6。3 0()：8 7 9 0【4】雷闪耀，梁昭峰，朱启晨I E c l O l 1 0 4 规约在生态小水电一体他强u 巾憋应用豳微诗算机信息，2 溺，2：2 2 6 2 2 8。1 5】魏民，爹安使用露良)c 重象酶设谛技术实现电力逶信规约豳电网技术，2 0 0 2。2 6(3)：6 8 7 1【6】丁田力，邵玉槐，张眷娟E c 6 0 8 7 0 l 一1 0 l 规约的v B 程序实瑗睚太簸疆工大学学掇，2 7，3 8(2)：6 8 一1 7。【7】岑宗浩I E C6 0 8 7 0 5 一l O l 的应用实践田电力系统自动化，2 0

29、0 4，2 8(1 8)：8 0 8 2 传者麓介：张立国1 9 7 9 如男，硬坐，动教，磁巍方囊：人工智能在电力系统中的应用。B i o g r a p h y：Z H A N G“一g u o(1 9 7 9 一)，m a n，m a s t e r，t e a c h i n g_ a s s i s t a n l，m a j o r：A p p l i c a i o nA Ii np o w e rs y s t e m 孵l l 海囊僳定溺弛农整大学傣意科学毒技术学院；。张立国划兴龙王斌刘永福(C o H e g eo fI n f o m a t i o nS c i e 眦

30、ea n dT h 肿1 0 嚣，A g r i c u 黼糌E l l i 张商够露珏e B e i，躲藤i l 毽孵l 瓣l，C 粒璐)Z 薹薹轰N G 琰一鲫L I U 蛳l o n gW A N GB i nL mY o n g-f 通讯地址：(0 7 l 1 河北保定河北农业大学信息科学与技术学院信息技术教育系)张立国f 睃藕瓣麓：2 s。6。3)渗稿霹期：2 8 8。5 现场总线技术应用2 0 0 例5 5 元，本(免邮资)汇至P L C 应用2 0 0 例 O 元，本免邮资)汇至地址：北京海淀区皂君庙1 4 号院鑫雅苑6 号楼6 0 1 室徽毒算枫售意邮缤：O 0 0 8 电话：

31、0 1 0 6 2 1 3 2 霹3 60 1 融6 2 1 9 2 6 1 6fT，Fl一1 1 6 3 6 0 元，警邮局订阅警：8 2-9 4 6 万方数据基于Linux的嵌入式多文件系统的实现基于Linux的嵌入式多文件系统的实现作者：郎平，黎福海，崔泷，刘红燕，LANG Ping，LI Fu-hai，CUI Long，LIU Hong-yan作者单位：湖南大学电气与信息工程学院,湖南,410082刊名：微计算机信息英文刊名：CONTROL&AUTOMATION年，卷(期)：2008,24(24)参考文献(3条)参考文献(3条)1.杨密;杨欣欣;楚含进 应用平台创建套件(PCS)进行嵌入式Linux应用的研究期刊论文-微计算机信息 2005(07)2.Nick Wells The Complete Guide To Linux System Administration 20073.The Linux;Kernel Primer;Gordon Fischer;Steven Smolski A Top-Down Approach for x86 and PowerPCArchitectures By Claudia Salzberg Rodriguez 2005 本文链接：http:/