摘要：目前的嵌入式系統多使用FLASH作爲主存，因此，如何有效管理FLASH上的數據非常重要。文章以MX29LV160BT芯片爲例，討論了在VxWorks操作系統下Nor Flash上建立TFFS文件系統的一般步驟，從而爲FLASH上的數據管理提供了理想的選擇方式，同時也爲開發者和用戶升級程序提供了方便。
關鍵詞：VxWorks Flash MTD TFFS 文件系統
嵌入式系統正隨着Internet的發展而在各個領域得到廣泛的應用，作爲一個優秀的操作系統，VxWorks實現了比其他實時操作系統更好的有效性、商用性、可裁減性以及互操作性，廣泛應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。
如今越來越多的嵌入式操作系統中，通常都使用FLASH作爲主存介質。許多開發者和用戶爲了方便以後升級用戶程序，通常在FLASH上建立TFFS文件系統，建立文件系統後，我們就可以象在windows操作系統下對硬盤操作一樣，進行數據的拷貝、刪除以及文件的建立等操作。
NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel於1988年首先開發出NOR flash技術，徹底改變了原先有EPROM和EEPROM一統天下的局面。NOR的特點是芯片內執行XIP execute In Place，這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，因此在嵌入式系統得到廣泛的應用。
一、TFFS文件系統結構簡介
Tornado的TrueFFS是和VxWorks兼容的一種M-Systems Flite實現方式，版本爲2.0。它爲種類繁多的flash存儲設備提供了統一的塊設備接口，並且具有可重入、線程安全的特點，支持大多數流行的CPU構架。有了Tornado的TrueFFS，應用程序對flash存儲設備的讀寫就好象它們對擁有MS-DOS文件系統的磁碟設備的操作一樣。
如圖1所示，TrueFFS由核心層（core layer）和三個功能層，翻譯層（translation layer），MTD層（MTD layer），socket層（socket layer）組成。
核心層（Core layer）：核心層主要起相互連接其他幾層的功能。同時它也可以進行碎片回收、定時器和其他系統資源的維護。通常WindRiver公司將這部分內容以二進制文件提供。
翻譯層：主要實現TrueFFS和dosFs之間的高級交互功能。它也包含了控制flash映射到塊、wear-leveling、碎片回收和數據完整性所需的智能化處理功能。目前有三種不同的翻譯層模塊可供選擇。選擇哪一種層要看你所用的flash介質是採用NOR-based, 還是NAND-based, 或者SSFDC-based技術而定。
Socket層：則是提供TrueFFS和板卡硬件（如flash卡）的接口服務。其名字來源於用戶可以插入flash卡的物理插槽。用來向系統註冊socket設備，檢測設備拔插，硬件寫保護等。後面將詳細講解它的功能。
MTD層（Memory Technology Drivers）：功能主要是實現對具體的flash進行讀、寫、擦、ID識別等驅動，並設置與flash密切相關的一些參數。TrueFFS已經包含了支持Intel,AMD以及samsung部分flash芯片的MTD層驅動。新的芯片需要新的MTD支持，你可以使用一個標準的接口來加入這些驅動。
以上四部分，我們通常要的工作就是後兩層。
當在VxWorks下配置TrueFFS時，你必須爲每一層至少包含一個軟件模塊。後面我們將詳細討論。
二、 MX29LV160BT芯片上建立TrueFFS文件系統
1、配置相關文件
在此，我以Nor Flash MX29LV160BT爲例，開發工具爲Tornado2.2 for PPC。要在VxWorks映像中包含TrueFFS文件系統，首先必須在config.h文件中定義INCLUDE_TFFS。這使得VxWorks的初始化代碼調用tffsDrv()來創建管理TrueFFS所需的結構和全局變量，併爲所有掛接了的flash設備註冊socket組件驅動。在鏈接的時候，通過解析與tffsDrv()相關聯的符號（symbols）可以將TrueFFS所必需的軟件模塊鏈接到VxWorks映象中。
爲了支持TrueFFS，每一個BSP目錄下都必須包含一個sysTffs.c文件。它將TrueFFS所有的層（翻譯層，socket層和MTD層）鏈接到一起並和VxWorks綁定。因此，我必須編輯這個文件並決定哪一種MTD和翻譯層模塊應該包含到TrueFFS中。即：
#define INCLUDE_MTD_MX29LV
#define INCLUDE_TL_FTL
#define FLASH_BASE_ADRS 0x2a10000
#undef FLASH_SIZE
#define FLASH_SIZE 0x001f0000
其他無關的MTD driver包含頭都#undef掉，同時定義Flash在系統中的基地址和大小。另外，還必須編輯sysLib.c中的sysPhysMemDesc[ ]數組，將Flash基地址和大小加入到MMU中，以供將來訪問Flash，否則訪問Flash會失敗。如果BSP目錄下沒有sysTffs.c文件，那麼我們可以從其他BSP目錄下拷貝一個即可，然後做上述修改，其他的內容基本可以不用修改。
接下來需要修改tffsConfig.c文件，爲了方便管理，通常我們將src/drv/tffs/目錄下該文件拷貝到我們BSP目錄下，然後再做出修改。在MTDidentifyRoutine mtdTable[]表中加入如下語句：
#ifdef INCLUDE_MTD_MX29LV
mx29lvMTDIdentify,
#endif
並在該文件開頭聲明。
#ifdef INCLUDE_MTD_MX29LV
FLStatus mx29lvMTDIdentify (FLFlash vol);
#endif
最後就是將我們的flash相關MTD驅動加入到makefile中。即：
MACH_EXTRA = mx29lvMtd.o
爲了方便我們調試MTD驅動，應該在重新編譯VxWorks映象前將諸如格式化flash、創建TrueFFS塊設備、綁定此塊設備到dosFs所必要的功能包含到VxWorks映像中。比如如下定義：
#define INCLUDE_TFFS
#ifdef INCLUDE_TFFS
#define INCLUDE_TFFS_DOSFS
#define INCLUDE_TFFS_SHOW
#define INCLUDE_DOSFS
#define INCLUDE_SHOW_ROUTINES
#define INCLUDE_TL_FTL
#define INCLUDE_IO_SYSTEM
#define INCLUDE_DISK_UTIL
#endif
2、MTD驅動簡介
做了上述配置後，進入VxWorks操作系統後，我們在shell上利用tffsShow工具來顯示flash的信息。TffsShow函數最終會調用MTD驅動中的mx29lvMtdIdentiy( )函數，在mx29lvMtdIdentiy ( )函數主要是通過讀取MX29LV160BT芯片的設備和廠商ID來識別它，然後對FLFlash結構成員進行初始化，最主要的幾個參數是：
type
Flash內存的JEDEC ID號。
erasableBlockSize
Flash內存的擦除塊大小（字節）。設置這個值時應考慮到interleaving。因此，通常通過如下方法來設置它的大小。
Vol.erasableBlockSize = MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE * vol.interleaving;
對於MX29LV160BT，MX29LV_MTD_SECTOR_SIZE爲64K字節。
chipSize
使用來構建TrueFFS文件系統的flash實際大小（字節）。
noOfChips
使用來構建TrueFFS文件系統的flash實際片數。
interleaving
Flash內存交叉因子（interleaving factor）。即擴展數據總線的設備數。比如，一個32位數據總線上，我們可以使用4片8位或2片16位的設備。
map
指向flash內存映射（map）函數。該函數將flash映射到內存區。
read
指向flash內存的讀函數。在MTD驅動識別函數中，這個成員函數已經被初始化爲缺省的讀函數。通常情況下，我們不需要再初始化它，否則還需要修改很多相關的函數。
write
指向flash內存的寫函數。這個成員必須初始化，這是我們要做的一個重要工作。
erase
指向flash內存的擦除函數。這個成員必須初始化，這也是我們要做的一個重要工作。
針對FLFlash結構成員，我們所關心的兩個函數就是寫和擦除函數。在mx29lvMtdIdentiy()函數中必須有如下定義：
vol.write = mx29lvWrite;
vol.erase = mx29lvErase;
在mx29lvWrite()函數中主要是實現將數據寫到flash中。首先需要對扇區進行解鎖，然後寫入寫命令，之後才能進行數據的寫入。最後需要判斷數據是否寫完。爲了確保操作成功，我們應該在寫完每個數據後進行數據的比較，比較正確後方能進行下一個數據的操作。
在mx29lvErase ()函數中主要是實現flash扇區的擦除。如今的flash一般都是按照扇區進行擦除操作的。在擦除操作之前也應該首先對扇區進行解鎖，然後寫擦除建立和扇區擦除命令。擦除成功後，flash中的內容應該是0xffff。所以爲了確保成功，我們還是應該在擦除後進行比較，比較正確後方能進入下一個扇區的擦除操作，否則返回擦除錯誤標誌。
所以，對於MTD驅動的調試，基本上就是調試寫和擦除兩個函數。在調試過程中，我們可以在這兩個函數相應位置加入打印語句來調試。爲了能調試這兩個函數，我們通過在shell上輸入命令tffsDevFormat來格式化flash，tffsDevFormat最終會調用mx29lvErase和mx29lvWrite函數，如果成功就會返回0，否則返回-1。當然也可以調用tffsDevCreate函數來驗證我們的寫和擦除函數的正確性。圖2說明了tffsDevCreate調用過程。
在shell上利用tffsShow來驗證mx29lvMtdIdentiy。
è tffsShow
0: socket=RFA: type=0x2249, unitSize=0x10000, mediaSize=0x1f0000
value = 49 = 0x31 = "1"
說明已正確識別到MX29LV160BT設備，設備號爲0x2249。
三、 建立TFFS設備
1、掛接設備名
MTD驅動調試成功後，我們就可以給flash設備掛接上dos設備名，如下操作：
格式化：
è tffsDevFormat
value = 1
è usrTffsConfig 0,0,”/tffs0”
value = 0
然後通過devs來查看掛接的設備名。
è devs
drv name
0 /null
1 /tyCo/0
1 /tyCo/1
5 host:
6 /pty/rlogin.S
7 /pty/rlogin.M
3 /tffs0/
8 /vio
value = 25 = 0x19
看到/tffs0/說明掛接設備已經成功，接下來就可以利用dosFs文件系統相關命令來操作flash了。如，ls、copy等。
2、從Flash中啓動並下載VxWorks映像
要從flash中下載VxWorks映像，首先需要把VxWorks映像拷貝到flash中，在shell中的操作命令爲copy “VxWorks”,”/tffs0/VxWorks”，然後修改config.h文件中引導行，如下：
#define DEFAULT_BOOT_LINE /
"tffs=0,0(0,0)host:/tffs0/VxWorks h=192.168.0.153 e=192.168.0.154 u=target pw=target o=cpm"
修改完後，重新編譯生成bootrom_uncmp.bin，並把它燒寫到flash中（注意：該flash與上面建立TFFS文件系統的flash不一樣，它並沒有建立文件系統）。然後重新啓動，即可看到如下啓動畫面：
boot device : tffs=0,0
unit number : 0
processor number : 0
host name : host
file name : /tffs0/VxWorks
inet on ethernet (e) : 192.168.0.154
host inet (h) : 192.168.0.153
user (u) : target
ftp password (pw) : target
flags (f) : 0x0
other (o) : cpm
Attaching to TFFS... done.
Loading /tffs0/VxWorks...894304
Starting at 0x10000...
Development System
VxWorks version 5.5.1
KERNEL: WIND version 2.6
Copyright Wind River Systems, Inc., 1984-2003
CPU: Motorola ADS - PowerPC 860. Processor #0.
Memory Size: 0x1000000. BSP version 1.2/5.
WDB Comm Type: WDB_COMM_END
WDB: Ready.
到此，說明引導成功。flash整個TFFS文件系統就已經建立成功。
四、 結論
VxWorks操作系統中支持TFFS文件系統，我們將VxWorks映像作爲文件放到flash上，這就有利於開發者和用戶更新應用程序而不需要影響bootrom，直接更新VxWorks映像或者將應用程序直接copy到flash中，然後裝載到RAM中運行。
參考文獻
1 VxWorks 5.5 Programmer’s Guide.