uClinux平台下的Flash存储技术
CPU启动后直接运行系统内核是可以实现的。对于uClinux来说,启动代码必须包括芯片的初始化和RAM的初始化等硬件配置;同时加载内核的代码段到RAM中,并清除初始化的数据段内容。尽管这些实现起来很直观,但是要具体把启动代码存放在Flash中正确的地址偏移单元内,使CPU一启动便能执行就比较困难了。不过,现在技术比较先进的CPU都将默认的偏移地址设置为0,或者在偏移地址为0的附近存放起始地址。
Bootloader是一段单独的代码,用以负责基本硬件的初始化过程,并且加载和运行uClinux的内核代码。作为系统启动工具,Bootloader经过配置可以加载Flash中的多个内核,甚至可以通过串口和网口来加载内核和系统的镜像到RAM中运行。Bootloader同时也提供对内核镜像文件的多级别保护,这一点对于以Flash作为存储设备的系统来说非常重要。譬如,当系统进行内核升级和重要数据备份时,系统突然掉电,正如PC机进行BIOS刷写过程中的旧电一样,都是灾难性的。但是利用Bootloader就可以实现保护性的恢复。
目前运行在uClinux上的免费Bootloader有COLILO、MRB、PPCBOOT和DBUG。也有为特殊需求设计的SNAPGEAR和ARCTURUS NETWORKS。
4 uClinux的块驱动器
对于嵌入式系统的块设备,可选择存储文件系统的块驱动器(Block Driver)主要有三种选择。
①Blkmem driver。Blkmem driver仍是uClinux上使用最普通的Flash驱动器。它是为uClinux而设计的,但是它的结构相对比较简单,并且仅支持NOR Flash的操作,需要在RAM中建立根文件系统。同时它也很难配置,需要代码修改表来建立Flash分区。尽管如此,它还是提供了最基本的分区擦/写操作。
②MTD driver。MTD driver是Linux下标准的Flash驱动器。它支持大多数Flash存储设备,兼有功能
强大的分区定义和映像工具。借用交叉存取技术(interleaving),MTD driver甚至可支持同一系统中不同类型的Flash,Linux内核中关于MTD driver配置有较为详细的选择项。
③RAM disk driver。在无盘启动的标准Linux中,用得最多的就是RAM disk driver;但它不支持底层的Flash存储器,仅对根文件系统的建立有意义,即根文件系统压缩以后存放在Flash的什么地方。
通过上面的比较可以看到,MTD driver提供对Flash最有力的支持同,同时它也支持在Flash上直接运行文件系统,譬如JFFS和JFFS2,而B1kmem driver则不支持。
5 根文件系统
uClinux中的文件系统可以有多种选择。通常情况下,ROMfs是使用最多的文件系统,它是一种简单、紧凑和只读的文件系统。ROMfs顺序存储文件数据,并可以在uClinux支持的存储设备上直接运行文件系统,这样可以在系统运行时节省许多RAM空间。
Cramfs是针对Linux内核2.4之后的版本所设计的一种新型文件系统,也是压缩和只读格式的。它主要的优点是将文件数据以压缩形式存储,在需要运行的时候进行解压缩。由于它存储的文件形式是压缩的格式,所以文件系统不能直接在Flash上运行。虽然这样可以节约很多Flash存储空间,但是文件系统运行需要将大量的数据拷贝进RAM中,消耗了RAM空间。
考虑到多数系统需要能够读/写的文件系统,可以使用MTD driver的JFFS和JFFS2日志式文件在Flash头部建立根文件系统(Root Filesystem)。日志式文件系统可以免受系统突然掉电的危险,并且在下一次系统引导时不需要文件系统的检查。由于JFFS和JFFS2文件格式是特别为Flash存储器设计的,二者都具一种称为“损耗平衡”的特点,也就是说Flash的所有被擦写的单元都保持相同的擦写次数。利用这些特有保护措施,Flash的使用周期得到相当大的提升。JFFS2使用压缩的文件格式,为Flash节省了大量的存储空间,它更优于JFFS格式在系统中使用。值得注意的是,使用JFFS2格式可能带来少量的Flash空间的浪费,这主要是由于日志文件的过度开销和用于回收系统的无用存储单元,浪费的空间大小约是两个数据段。
如果使用RAM disk,一般应选择EXT2文件格式,但EXT2并不是一块特别高效的文件存储空间。由于存在RAM dis
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