基于TFFS的成像声呐文件系统设计
发布时间：2015-10-30 15:34
发布者：designapp
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1 VxWorks系统的启动流程 嵌入式VxWorks操作系统的启动包括两个阶段，一是BootRom引导，二是VxWorks操作系统映像的启动。BootRom映像也叫做启动映像，它主要是初始化串口、网口等很少的硬件系统来下载VxWorks映像。VxWorks映像包含完整的VxWorks OS，是真正在目标板上运行的操作系统。它启动后会重新初始化几乎所有的硬件系统，这样操作系统才可以在目标板上正常运行。两种映像的区别如表 1所示。  VxWorks内核有多种启动流程。本文基于的声呐原型机采用了最常见的一种启动方法，将BootRom映像存放在Flash中，负责初始化一些简单的硬件如网口、串口等，然后下载VxWorks映像到RAM中并将控制权交由操作系统开始执行。VxWorks映像存放在干端主机上，通过网络加载到目标机中，启动时还需要打开FTP进行配置。图 1所示为基于网络加载的VxWorks启动方式。此种启动方法比较繁琐，而且需要网络的支持，启动速度也比较慢。  产品定型之后，BootRom映像和VxWorks映像不再需要进行修改，本文建立基于Flash的文件系统，将VxWorks映像拷贝到文件系统中，通过Flash文件系统加载VxWorks映像，不需要网络和FTP软件的支持，提高了启动速度。基于Flash文件系统的加载的VxWorks启动方式如图 2所示。  2 Flash文件系统 2.1 文件系统比较与选择 文件系统的选择与存储设备的物理特性和系统的要求密切相关。I/O系统、文件系统和块设备之间的联系如图 3所示。  dosFs文件系统是一种与MS_DOS文件系统相兼容的文件系统，具有能够满足实时应用的多种要求;支持可扩展的目录结构;支持使用连续文件;支持存储盘缓存，提高数据读写效率的特点。 TrueFFS(简称TFFS)旨在提高闪存的使用效率。它具有线程安全、可重入的特点，忽略了底层存储介质的不同，使得用户可以像操作磁质设备一样操作存储介质。通过wear-leveling技术、磨损均衡及碎片回收等机制平衡所有存储单元的使用频率，以此来达到延长存储介质使用寿命的目的。但是TrueFFS不能单独使用，需要DOS文件系统的支持。 因此本文选择在嵌入式VxWorks操作系统下基于Flash建立TFFS系统，在TFFS上挂载dosFs文件系统来进行I/O操作。如此一来，对Flash设备中文件和数据的读取就像对磁盘操作一样，方便快捷。 2.2 TrueFFS系统分析 VxWorks下的TFFS位于dosFs文件系统和底层硬件之间，由一个核心层和翻译层、MTD层、Socket层三个功能层组成。要在VxWorks下包含TFFS系统，每一层至少有一个软件模块与之对应。图4为TFFS结构图。  核心层(Core Layer)的主要作用是将其它三层有机结合起来，同时还控制着碎片回收、定时器和其他一些系统资源。翻译层(Translation Layer)是TrueFFS系统的核心，主要实现TrueFFS和DOS文件系统(dosFs)之间的高级交互功能。MTD(Memory Technology Drivers)层针对具体Flash存储器件，提供读、写、擦除、ID识别、映射等基本操作。Socket层(Socket Layer)，又称套接层，提供TrueFFS和硬件系统之间的接口，用来向系统注册socket设备、检测设备插拔、硬件写保护等。 3 TrueFFS系统设计 3.1 功能层的实现 为了使生成的VxWorks映像支持TrueFFS系统，需要对如下文件进行配置： config.h用来定义系统包含的配置，这使得VxWorks的初始化代码调用tffsDrv()来创建管理TrueFFS所需的结构和全局变量，并在运行MTD确认程序之前为所有挂接了的Flash设备注册socket组件驱动。在链接时，通过解析与tffsDrv()相关联的符号可以将TrueFFS所必须的软件模块链接到VxWorks映像中。 xxxMtd.c是MTD驱动文件，主要包含了针对所使用的具体Flash设备所编写的底层驱动函数，由于我们使用的Flash是SPANSION公司的S29GL512P10TFIR20芯片，Tornado或者Workbench并未提供相应的MTD驱动，需要自己编写，具体在3.2节中进行了阐述。 sysTffs.c文件将TrueFFS三个功能层链接到一起，并与VxWorks关联并决定应该包含哪个翻译层和MTD模块，本文Flash芯片采用的是NOR-based技术，包含INCLUDE_TL_FTL组件即可。 tffsConfig.c文件在mtdTable[]表中注册自己的MTD。如果你新写了一个MTD并希望TrueFFS可以识别它，就需要在此表中添加它的注册信息。 Makefile文件用来添加TrueFFS的目标文件。 3.2 MTD驱动的编写 MTD和具体的Flash存储器相关，实现读、写、擦除、映射等操作，这里我们针对S29GL512P10TFIR20芯片编写了驱动文件的入口函数、Flash映射函数、Flash擦除函数、Flash写函数。擦除和写函数是编写MTD驱动时最关键的两个函数。 MTD入口函数主要用来探测设备并识别设备ID。若返回的设备ID是其支持的设备ID，则对FLFlash结构成员进行初始化;否则返回失败。 Flash地址映射函数将系统传递给map函数的Flash片内地址转换为系统地址。一般直接在片内地址的基础上加上Flash的基地址即可。 Flash擦除函数主要用于擦除TrueFFS管理的Flash区域。Flash的擦除操作是成块进行的，擦除前先要对扇区进行解锁，然后写入擦除建立和擦除扇区命令，擦除成功后，内容应该均为1，以此来判断是否擦除成功。 Flash写函数主要实现写Flash操作。写入前首先要对扇区解锁，然后判断是否是改写操作，若是则需要进行擦除操作，否则直接写命令、写数据。最后需要判断数据是否写完。 MTD驱动文件的编写需要注意几个方面：(1)Flash芯片的数据手册中给出指令地址是按字而言的，在本文中不能直接使用，需要左移一位。(2)擦除和写操作是需要屏蔽中断的，可以用intLock()函数来屏蔽中断，用intUnlock()函数来使能中断。(3)可以在各个操作函数中添加打印信息以方便调试。 4 嵌入式文件系统的创建 一旦VxWorks包含了TrueFFS系统，启动时usrRoot()会调用tffsDev()进行设备初始化，通过xxxRegister()函数注册socket驱动。此过程如图 5所示。  4.1 Flash设备的识别 在TrueFFS中包含了INCLUDE_TFFS_SHOW 和INCLUDE_SHOW_ROUTINES后，就可以在shell中使用tffsShow()和tffsShowAll()任意一个显示程序来识别Flash设备。 4.2 格式化TrueFFS 在实际加载使用TrueFFS之前，需要格式化TrueFFS。格式化是否成功，在于你的MTD驱动代码是否正确。因此可以用格式化操作来调试MTD层。在shell中输入tffsDevFormat命令来格式化TrueFFS，tffsDevFormat最终会调用s29gl512MTDErase()和s29gl512MTDWrite()函数。这两个函数是MTD层的主要的两个函数。格式化成功则返回0，否则返回-1。 4.3 挂载DOS设备名 格式化TrueFFS成功之后，就可以给Flash设备挂接DOS设备名了。在usrTffs.c文件中提供了一个标准的初始化函数usrTffsConfig()，可用来在TrueFFS块设备上建立dosFs文件系统。加载完成后，就可以使用加载点来访问文件系统了。 5 文件系统测试 一般为了调试MTD驱动的方便，在VxWorks映像中建立文件系统而非在BootRom中建立文件系统。先通过网络加载VxWorks映像。在shell中调试MTD驱动，创建TrueFFS系统。然后使用dosFs文件系统的相关命令如copy等将VxWorks映像拷贝到TrueFFS文件系统中，改变config.h中的启动引导行，从文件系统加载。修改完后，重新编译生成bootrom_uncmp.bin，并把它烧写到Flash中然后重新启动，在超级终端中即可看到如图 6和图 7所示的启动画面。  6 结束语 本文首先介绍了VxWorks系统的启动流程和加载方式，分析了网络加载的缺点和建立Flash文件系统的必要性;接着介绍了VxWorks下支持的文件系统，选择了适用于硬件平台和系统需求的TrueFFS文件系统;然后分析了TrueFFS文件系统需要配置的文件以及驱动层的编写;最后在文件配置好的基础上创建TrueFFS文件系统并对文件系统进行了测试，成功基于文件系统加载了VxWorks映像，将系统的启动时间缩短到了20s，提高了产品的用户体验。 |
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