用NOR Flash建立VxWorks TrueFFS文件系统

邵富杰，徐云宽

（北京跟踪与通信技术研究所 100094）

引 言

VxWorks是美国Wind River公司于1983年开发的高模块化、高性能的32位嵌入式实时多任务操作系统，以其良好的可靠性和卓越的实时性而被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如弹道制导、飞机导航等［1］。

Flash作为一种非易失性的固态存储设备，具有可靠性高、体积小、功耗低等特点，非常适合移动设备、手持设备和嵌入式设备使用。NOR Flash和NAND Flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术，SST39VF1601是一种存储容量为2MB的NOR Flash，应用程序可以直接在芯片内部运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在嵌入式系统中得到广泛的应用。

1 VxWorks TrueFFS文件系统结构

TrueFFS文件系统是VxWorks集成开发环境Tornado提供的一个可选模块，它为种类繁多的Flash存储设备提供了统一的块设备接口，并且具有可重入、线程安全的特点，支持大多数流行的CPU构架。TrueFFS文件为用户屏蔽了底层物理存储设备的差别，应用程序对Flash存储设备的读写可以像对拥有MS－DOS文件系统的磁碟设备的操作一样。TrueFFS文件系统由4个层次组成：核心层、翻译层、MTD层和Socket层，TrueFFS文件系统结构如图1所示。

图1 TrueFFS文件系统结构

核心层：连接其他几个功能层，同时也进行碎片回收及定时器和其他系统资源的维护。该层以二进制形式提供。

翻译层：主要实现TrueFFS与DOSFS之间的高级交互功能，也包含控制Flash映射到块、碎片回收和数据完整性所需的智能化处理功能。该层以二进制形式提供。

MTD层：实现对底层Flash的地址映射、读、写、擦除和ID识别等操作，并设置与Flash密切相关的一些参数。该层以二进制和源码形式提供。

Socket层：提供TrueFFS与板卡硬件之间的接口服务，提供板卡规范的硬件访问例程，并且负责电源管理、卡检测、窗口管理和Socket注册。该层以源码形式提供［2］。

2 SST39VF1601上建立TrueFFS文件系统

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

◆配置完整的DOS文件系统支持；

◆包含核心TrueFFS组件；

◆为翻译层、MTD层和Socket层各提供一个可用的软件模块。

DOS文件系统、核心TrueFFS组件和翻译层可以通过配置集成开发环境Tornado安装目录target＼config＼bspname＼下的config.h文件实现，MTD层和Socket层需要编写驱动程序实现［2］。

2.1 配置TrueFFS文件系统

若没有VxWorks兼容的 MS－DOS文件系统，True－FFS文件系统的配置是没有意义的，因此DOS文件系统及其相关组件都要被包含在TrueFFS文件系统中。另外，还有一些非必需的文件系统的其他组件，可以增加文件系统基本功能的支持（如ls、cd、copy等命令），也需要添加进来。在config.h文件中配置TrueFFS文件系统如下：

定义INCLUDE＿TFFS后，VxWorks系统启动时的初始化代码会调用tffsDrv（）来创建和管理TrueFFS所需的结构和全局变量，并为所有挂接了的Flash设备注册Socket组件驱动。链接时，通过解析与tffsDrv（）相关联的符号可以将TrueFFS所必需的软件模块连接到Vx－Works映像中。

2.2 MTD层实现

MTD层软件为TrueFFS文件系统提供了底层Flash的地址映射、读、写、擦除和ID识别等操作的函数。所有MTD层软件必须包含3个函数：写数据函数、擦除扇区（块）函数和ID识别函数。

在BSP目录下创建SST39VF1601的MTD层驱动程序文件SST39VF1601.c，并为该驱动程序文件编写以下函数：

①Flash ID识别函数sst39vf1601Identify（）。该函数通过读取Flash的ID号，判断底层Flash设备是否适合本MTD层驱动，并为用于底层操作的Flash数据结构vol注册成员函数和成员变量。其中注册的成员函数有地址映射函数、写数据函数和扇区（块）擦除函数，注册变量有Flash存储器的类型type、Flash存储器的大小、平分数据总线的Flash芯片个数interleaving、构建Flash文件系统的Flash芯片个数noOfChips、擦除块的大小erasable－BlockSize等。

②Flash地址映射函数sst39vf1601Map（），用于实现系统地址到Flash地址的转换。

③Flash扇区（块）擦除函数sst39vf1601Erase（），用于擦除Flash的一个块或扇区，擦除大小应与erasable－BlockSize一致，在sst39vf1601Identify（）函数中定义erasableBlockSize为4KB，因此sst39vf1601Erase（）一次可擦除4KB的扇区。

④Flash写数据函数sst39vf1601Write（），向指定的Flash地址处写一段数据。由于SST39VF1601位宽为16位，因此被写入数据的地址必须半字对齐。

⑤编程结束检测函数doneDetect（），检测擦除、写入操作是否结束，调用Flash擦除函数和写入函数后必须调用该函数，检测当前操作是否结束，是否可以再次进行读、写和擦除操作。

MTD层驱动程序编写完成后，还应向Socket层注册MTD层驱动程序，过程如下。

①配置tffsConfig.c文件。将Tornado安装目录target＼src＼drv＼tffs下的tffsConfig.c文件拷贝至 BSP目录下，在函数声明中添加：

②添加MTD模块至BSP。打开BSP目录下的Makefile文件，设置添加：MACH＿EXTRA＝sst39vf1601.o ftpdLib.o…

即把SST39VF1601的MTD层驱动程序添加到目标代码中，连同内核模块一起编译。

2.3 Socket层实现

Socket层提供了TrueFFS与板卡硬件之间的接口服务，由systffs.c文件实现。系统在Tornado安装目录target＼config＼comps＼src下提供了一个原始systffs.c文件，可以将此文件拷贝到自己的BSP目录下进行修改，来实现Socket层驱动。systffs.c文件的修改有以下几个关键点：

◆sysTffsInit（）函数，完成TrueFFS文件系统的初始化，并调用注册函数rfaRegister（）；

◆rfaRegister（）函数，负责注册Socket结构的各个成员函数；

◆被rfaRegister（）函数注册的各个成员函数；

◆设备硬件相关的宏定义。

在系统提供的原始文件systffs.c中，定义了所有必需的函数。设计在一片NOR Flash SST39VF1601上建立TrueFFS文件系统的情况下，原始sysTffsInit（）函数和各个被注册函数可以完成TrueFFS文件系统的初始化、Socket层的管理，因此也不需要更改。该文件中需要重新定义与硬件相关的宏：

需要注意的是，硬件设计中SST39VF1601的起始地址是从0x00000000开始的，之所以定义FLASH＿BASE＿ADRS为0x00080000，是因为SST39VF1601的前0.5MB用于存储VxWorks的BootRom，在调用TrueFFS文件系统格式化函数tffsDevFormat（）时不应将该部分格式化。

3 挂接VxWorks DOS文件系统

包含TrueFFS文件系统的VxWorks映像在目标机上运行时，必须在TrueFFS的Flash驱动上挂接Vx－Works DOS文件系统后，TrueFFS文件系统才真正能够使用，VxWorks DOS文件系统挂接过程如图2所示。

VxWorks DOS文件系统的挂接过程如下。

（1）格式化Flash设备

在Flash设备上首次建立TrueFFS文件系统时，应该调用TrueFFS文件系统格式化函数tffsDevFormat（）格式化Flash设备，该函数原型如下：

图2 VxWorks DOS文件系统挂接过程

tffsDriveNo为TrueFFS设备驱动号，此处只构建一个TrueFFS设备，因此设置为0；arg为格式化参数结构tffsDevFormatParams的地址，此处为0，表示使用target＼h＼tffs目录下头文件tffsDev.h中定义的TrueFFS标准格式化参数TFFS＿STD＿FORMAT＿PARAMS，即从地址为Flash＿BASE＿ADRS处开始，格式化大小为FLASH＿SIZE的空间，若NOR Flash支持则格式化为FAT格式；函数调用返回状态STATUS，格式化成功为OK，否则为ERROR。

（2）配置TrueFFS文件系统

格式化Flash设备后，就可以调用usrTffsConfig（）挂接VxWorks DOS文件系统，该函数原型如下：STATUS usrTffsConfig （int drive，int removable，char ＊fileName）；

drive为TrueFFS设备驱动号，此处只构建一个TrueFFS设备，因此设置为0；removable为Flash存储介质是否可移除标记，0表示不可移除，1表示可以移除，此处为0；fileName为文件系统挂接点的名字，此处使用“／tffs0／”；函数调用返回状态 STATUS，格式化成功为OK，否则为ERROR。

（3）测试TrueFFS文件系统

配置TrueFFS文件系统后，可调用devs函数，显示系统中挂接的所有设备，若出现设备“／tffs0／”，则表示True－FFS文件系统挂接成功。此时调用VxWorks DOS命令chdir（“／tffs0／”），将当前目录切换到 TrueFFS文件系统挂接点／tffs0／，调用VxWorks DOS命令ls显示当前目录下所有文件。可用FTP客户端登陆目标机，可上传、下载文件，如图3所示。 28

图3 使用FTP上传、下载文件

结 语

本文以VxWorks实时多任务操作系统为基础，详细描述了在嵌入式系统中常用的NOR Flash存储器上建立TrueFFS文件系统的方法。TrueFFS文件系统建立后，可以很方便地更新系统程序、存取设备数据，有效地提高了嵌入式设备的可维护性和易用性。

［1］李忠民，杨刚，顾亦然，等.ARM嵌入式VxWorks实践教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006：6－7.

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