(轉) 嵌入式根文件系統的移植和製做（一）

轉自 http://www.mcuos.com/thread-3822-1-10.html 一．文件系統簡介 理論上說一個嵌入式設備若是內核可以運行起來，且不須要運行用戶進程的話，是不須要文件系統的，文件系統簡單的說就是一種目錄結構，因爲linux操做系統的設備在系統中是以文件的形式存在，將這些文件進行分類管理以及提供和內核交互的接口，就造成必定的目錄結構也就是文件系統，文件系統是爲用戶反映系統的一種形式，爲用戶提供一個檢測控制系統的接口。 根文件系統，我認爲根文件系統就是一種特殊的文件系統,那麼根文件系統和普通的文件系統有什麼區別呢？因爲根文件系統是內核啓動時掛在的第一個文件系統，那麼根文件系統就要包括Linux啓動時所必須的目錄和關鍵性的文件，例如Linux啓動時都須要有init目錄下的相關文件，在Linux掛載分區時Linux必定會找/etc/fstab這個掛載文件等，根文件系統中還包括了許多的應用程序bin目錄等，任何包括這些Linux系統啓動所必須的文件均可以成爲根文件系統。 Linux支持多種文件系統，包括ext二、ext三、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，爲了對各種文件系統進行統一管理，Linux引入了虛擬文件系統VFS(Virtual FileSystem)，爲各種文件系統提供一個統一的操做界面和應用編程接口。 Linux啓動時，第一個必須掛載的是根文件系統；若系統不能從指定設備上掛載根文件系統，則系統會出錯而退出啓動。以後能夠自動或手動掛載其餘的文件系統。所以，一個系統中能夠同時存在不一樣的文件系統。 不一樣的文件系統類型有不一樣的特色，於是根據存儲設備的硬件特性、系統需求等有不一樣的應用場合。在嵌入式Linux應用中，主要的存儲設備爲RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常採用FLASH存儲器)，經常使用的基於存儲設備的文件系統類型包括：jffs2,yaffs,cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。 1. 基於FLASH的文件系統 Flash(閃存)做爲嵌入式系統的主要存儲媒介，有其自身的特性。Flash的寫入操做只能把對應位置的1修改成0，而不能把0修改成1(擦除Flash就是把對應存儲塊的內容恢復爲1)，所以，通常狀況下，向Flash寫入內容時，須要先擦除對應的存儲區間，這種擦除是以塊(block)爲單位進行的。 閃存主要有NOR和NAND兩種技術。Flash存儲器的擦寫次數是有限的，NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序。所以，必須針對Flash的硬件特性設計符合應用要求的文件系統；傳統的文件系統如ext2等，用做Flash的文件系統會有諸多弊端。 一塊Flash芯片能夠被劃分爲多個分區，各分區能夠採用不一樣的文件系統；兩塊Flash芯片也能夠合併爲一個分區使用，採用一個文件系統。即文件系統是針對於存儲器分區而言的，而非存儲芯片。 在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnologyDevice,存儲技術設備)爲底層硬件(閃存)和上層(文件系統)之間提供一個統一的抽象接口，即Flash的文件系統都是基於MTD驅動層的(參見上面的Linux下的文件系統結構圖)。使用MTD驅動程序的主要優勢在於，它是專門針對各類非易失性存儲器(以閃存爲主)而設計的，於是它對Flash有更好的支持、管理和基於扇區的擦除、讀/寫操做接口。 (1) jffs2 JFFS文件系統最先是由瑞典AxisCommunications公司基於Linux2.0的內核爲嵌入式系統開發的文件系統。JFFS2是RedHat公司基於JFFS開發的閃存文件系統，最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發的嵌入式文件系統，因此JFFS2也能夠用在Linux, uCLinux中。 Jffs2: 日誌閃存文件系統版本2 (Journalling Flash FileSystem v2) 主要用於NOR型閃存，基於MTD驅動層，特色是：可讀寫的、支持數據壓縮的、基於哈希表的日誌型文件系統，並提供了崩潰/掉電安全保護，提供「寫平衡」支持等。缺點主要是當文件系統已滿或接近滿時，由於垃圾收集的關係而使jffs2的運行速度大大放慢。 jffs不適合用於NAND閃存主要是由於NAND閃存的容量通常較大，這樣致使jffs爲維護日誌節點所佔用的內存空間迅速增大，另外，jffs文件系統在掛載時須要掃描整個FLASH的內容，以找出全部的日誌節點，創建文件結構，對於大容量的NAND閃存會耗費大量時間。 (2) yaffs：Yet Another Flash File System yaffs/yaffs2是專爲嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日誌型文件系統。與jffs2相比，它減小了一些功能(例如不支持數據壓縮)，因此速度更快，掛載時間很短，對內存的佔用較小。另外，它仍是跨平臺的文件系統，除了Linux和eCos，還支持WinCE,pSOS和ThreadX等。 yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動，而且爲嵌入式系統提供了直接訪問文件系統的API，用戶能夠不使用Linux中的MTD與VFS，直接對文件系統操做。固然，yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。 yaffs與yaffs2的主要區別在於，前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存，後者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內存空間佔用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提高。 (3) Cramfs：Compressed ROM File System Cramfs是Linux的創始人 LinusTorvalds參與開發的一種只讀的壓縮文件系統。它也基於MTD驅動程序。在cramfs文件系統中，每一頁(4KB)被單獨壓縮，能夠隨機頁訪問，其壓縮比高達2:1,爲嵌入式系統節省大量的Flash存儲空間，使系統可經過更低容量的FLASH存儲相同的文件，從而下降系統成本。 Cramfs文件系統以壓縮方式存儲，在運行時解壓縮，因此不支持應用程序以XIP方式運行，全部的應用程序要求被拷到RAM裏去運行，但這並不表明比Ramfs需求的RAM空間要大一點，由於Cramfs是採用分頁壓縮的方式存放檔案，在讀取檔案時，不會一會兒就耗用過多的內存空間，只針對目前實際讀取的部分分配內存，尚沒有讀取的部分不分配內存空間，當咱們讀取的檔案不在內存時，Cramfs文件系統自動計算壓縮後的資料所存的位置，再即時解壓縮到RAM中。 另外，它的速度快，效率高，其只讀的特色有利於保護文件系統免受破壞，提升了系統的可靠性。 因爲以上特性，Cramfs在嵌入式系統中應用普遍。 可是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶沒法對其內容對進擴充。 Cramfs映像一般是放在Flash中，可是也能放在別的文件系統裏，使用loopback 設備能夠把它安裝別的文件系統裏。 (4) Romfs 傳統型的Romfs文件系統是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統，不支持動態擦寫保存，按順序存放數據，於是支持應用程序以XIP(eXecuteInPlace，片內運行)方式運行，在系統運行時，節省RAM空間。uClinux系統一般採用Romfs文件系統。 其餘文件系統：fat/fat32也可用於實際嵌入式系統的擴展存儲器(例如PDA,Smartphone,數碼相機等的SD卡)，這主要是爲了更好的與最流行的Windows桌面操做系統相兼容。ext2也能夠做爲嵌入式Linux的文件系統，不過將它用於FLASH閃存會有諸多弊端。