关于嵌入式设备上的Linux 系统开发

简单闪存分区的设备节点

User device node Major number Minor number

Bootloader /dev/mtdblock0 31 0

Kernel /dev/mtdblock1 31 1

Filesystem /dev/mtdblock2 31 2

在本例中，引导装载程序必须将有关 root 设备节点(/dev/mtdblock2)和可以在闪存中找到文件系统的地址(本例中是 FLASH_BASE_ADDRESS + 0x04000000 )的正确参数传递到内核。一旦完成分区，闪存设备就准备装入或挂装文件系统。

Linux 中 MTD 子系统的主要目标是在系统的硬件驱动程序和上层，或用户模块之间提供通用接口。硬件驱动程序不需要知道象 JFFS2 和 FTL 那样的用户模块使用的方法。所有它们真正需要提供的就是一组对底层闪存系统进行 read 、 write 和 erase 操作的简单例程。

嵌入式设备的文件系统

系统需要一种以结构化格式存储和检索信息的方法;这就需要文件系统的参与。Ramdisk(请参阅 参考资料)是通过将计算机的 RAM 用作设备来创建和挂装文件系统的一种机制，它通常用于无盘系统(当然包括微型嵌入式设备，它只包含作为永久存储媒质的闪存芯片)。

用户可以根据可靠性、健壮性和/或增强的功能的需求来选择文件系统的类型。下一节将讨论几个可用选项及其优缺点。

第二版扩展文件系统(Ext2fs)

Ext2fs 是 Linux 事实上的标准文件系统，它已经取代了它的前任 D 扩展文件系统(或 Extfs)。Extfs 支持的文件大小最大为 2 GB，支持的最大文件名称大小为 255 个字符 D 而且它不支持索引节点(包括数据修改时间标记)。Ext2fs 做得更好;它的 优点是：

Ext2fs 支持达 4 TB 的内存。

Ext2fs 文件名称最长可以到 1012 个字符。

当创建文件系统时，管理员可以选择逻辑块的大小(通常大小可选择 1024、2048 和 4096 字节)。

Ext2fs 了实现快速符号链接：不需要为此目的而分配数据块，并且将目标名称直接存储在索引节点(inode)表中。这使性能有所提高，特别是在速度上。

因为 Ext2 文件系统的稳定性、可靠性和健壮性，所以几乎在所有基于 Linux 的系统(包括台式机、服务器和工作站 D 并且甚至一些嵌入式设备)上都使用 Ext2 文件系统。然而，当在嵌入式设备中使用 Ext2fs 时，它有一些 缺点：

Ext2fs 是为象 IDE 设备那样的块设备设计的，这些设备的逻辑块大小是 512 字节，1 K 字节等这样的倍数。这不太适合于扇区大小因设备不同而不同的闪存设备。

Ext2 文件系统没有提供对基于扇区的擦除/写操作的良好管理。在 Ext2fs 中，为了在一个扇区中擦除单个字节，必须将整个扇区复制到 RAM，然后擦除，然后重写入。考虑到闪存设备具有有限的擦除寿命(大约能进行 100,000 次擦除)，在此之后就不能使用它们，所以这不是一个特别好的方法。

在出现电源故障时，Ext2fs 不是防崩溃的。

Ext2 文件系统不支持损耗平衡，因此缩短了扇区/闪存的寿命。(损耗平衡确保将地址范围的不同区域轮流用于写和/或擦除操作以延长闪存设备的寿命。)

Ext2fs 没有特别完美的扇区管理，这使设计块驱动程序十分困难。

由于这些原因，通常相对于 Ext2fs，在嵌入式环境中使用 MTD/JFFS2 组合是更好的选择。

用 Ramdisk 挂装 Ext2fs

通过使用 Ramdisk 的概念，可以在嵌入式设备中创建并挂装 Ext2 文件系统(以及用于这一目的的任何文件系统)。

清单 6. 创建一个简单的基于 Ext2fs 的 Ramdisk

mke2fs -vm0 /dev/ram 4096

mount -t ext2 /dev/ram /mnt

cd /mnt

cp /bin, /sbin, /etc, /dev ... files in mnt

cd ../

umount /mnt

dd if=/dev/ram bs=1k count=4096 of=ext2ramdisk

mke2fs 是用于在任何设备上创建 ext2 文件系统的实用程序 — 它创建超级块、索引节点以及索引节点表等等。

在上面的用法中， /dev/ram 是上面构建有 4096 个块的 ext2 文件系统的设备。然后，将这个设备( /dev/ram )挂装在名为 /mnt 的临时目录上并且复制所有必需的文件。一旦复制完这些文件，就卸装这个文件系统并且设备( /dev/ram )的内容被转储到一个文件(ext2ramdisk)中，它就是所需的 Ramdisk(Ext2 文件系统)。

上面的顺序创建了一个 4 MB 的 Ramdisk，并用必需的文件实用程序来填充它。

一些要包含在 Ramdisk 中的重要目录是：

/bin D 保存大多数象 init 、 busybox 、 shell 、文件管理实用程序等二进制文件。

/devD 包含用在设备中的所有设备节点

/etcD 包含系统的所有配置文件

/libD 包含所有必需的库，如 libc、libdl 等

日志闪存文件系统，版本 2(JFFS2)

瑞典的 Axis Communications 开发了最初的 JFFS，Red Hat 的 David Woodhouse 对它进行了改进。 第二个版本，JFFS2，作为用于微型嵌入式设备的原始闪存芯片的实际文件系统而出现。JFFS2 文件系统是日志结构化的，这意味着它基本上是一长列节点。每个节点包含有关文件的部分信息 D 可能是文件的名称、也许是一些数据。相对于 Ext2fs，JFFS2 因为有以下这些 优点而在无盘嵌入式设备中越来越受欢迎：

JFFS2 在扇区级别上执行闪存擦除/写/读操作要比 Ext2 文件系统好。

JFFS2 提供了比 Ext2fs 更好的崩溃/掉电安全保护。当需要更改少量数据时，Ext2 文件系统将整个扇区复制到内存(DRAM)中，在内存中合并新数据，并写回整个扇区。这意味着为了更改单个字，必须对整个扇区(64 KB)执行读/擦除/写例程 D 这样做的效率非常低。要是运气差，当正在 DRAM 中合并数据时，发生了电源故障或其它事故，那么将丢失整个数据集合，因为在将数据读入 DRAM 后就擦除了闪存扇区。JFFS2 附加文件而不是重写整个扇区，并且具有崩溃/掉电安全保护这一功能。

这可能是最重要的一点：JFFS2 是专门为象闪存芯片那样的嵌入式设备创建的，所以它的整个设计提供了更好的闪存管理。

因为本文主要是写关于闪存设备的使用，所以在嵌入式环境中使用 JFFS2 的 缺点很少：

当文件系统已满或接近满时，JFFS2 会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题(更多信息，请参阅 参考资料)。