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1　引　言

在以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合的信息時(shí)代的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的形勢(shì)下，3C（Computer，Communication，Consumer）合一的趨勢(shì)已經(jīng)形成，其結(jié)果必然就是將計(jì)算機(jī)工業(yè)的中心從計(jì)算產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到嵌入式信息產(chǎn)品。

然而由于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求及成本因素決定了嵌入式系統(tǒng)在系統(tǒng)資源，包括硬件資源和軟件資源方面都是非常精簡(jiǎn)和高效的。因此在嵌入式系統(tǒng)中的存儲(chǔ)設(shè)備一般不會(huì)采用硬盤(pán)等大容量高功耗設(shè)備，而改用諸如CompactFlash，EPROM等存儲(chǔ)介質(zhì)。因此本文就M-systems公司開(kāi)發(fā)的新一代閃存FlashDiskOnChip 2000，介紹在基于嵌入式Linux系統(tǒng)上文件系統(tǒng)和塊設(shè)備的支持及驅(qū)動(dòng)。

2　硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電子盤(pán)的內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)Flash是近幾年來(lái)發(fā)展最快的一種存儲(chǔ)芯片，他具有E2PROM可擦寫(xiě)的特點(diǎn)，又同時(shí)具有EPROM廉價(jià)的特點(diǎn)，他是一種高性能、低功耗、電可擦除的存儲(chǔ)器件。根據(jù)其以上一些特點(diǎn)，電子盤(pán)已廣泛應(yīng)用于信息存儲(chǔ)、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算以及嵌入式計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。

M-system公司推出的DiskOnChip 2000系列是新一代閃存磁盤(pán)（Flash Disk）。為標(biāo)準(zhǔn)32腳DIP封裝，他與標(biāo)準(zhǔn)的E2PROM完全兼容。一般的閃存器（FlashMemory）只包含存儲(chǔ)器部分，而控制器要另加。為了對(duì)閃存磁盤(pán)進(jìn)行管理，DiskOnChip中已裝有MSystem公司的閃存文件系統(tǒng)（TrueFFS）軟件。這使得他使用簡(jiǎn)單，工作中不需要任何其他特殊復(fù)雜的算法。他的讀／寫(xiě)與硬盤(pán)完全相同，因此他可以作為獨(dú)立硬盤(pán)使用，并與其他磁盤(pán)兼容。可以直接引導(dǎo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而不需要其他系統(tǒng)盤(pán)。他適用于3．3 V和5 V電源，功耗很小，對(duì)于那些空間受限，小型便攜式裝置，DiskOnChip將是最佳選擇。DOC2000結(jié)構(gòu)主要由系統(tǒng)接口單元（SystemIterface）、系統(tǒng)引導(dǎo)模塊（BootBlock）、閃存控制單元（FlashControl）以及和Flash存儲(chǔ)介質(zhì)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中系統(tǒng)接口單元為DOC2000提供了類(lèi)似SRAM的接口，使之能夠通過(guò)CPU的本地總線(xiàn)、ISA總線(xiàn)以及SRAM總線(xiàn)建立與操作系統(tǒng)的連接。DOC提供片選信號(hào)（CE＃）、讀寫(xiě)信號(hào)（WE＃）、使能信號(hào)（OE＃）以及13位寬的地址線(xiàn)（A［0：12］）和8位寬的數(shù)據(jù)總線(xiàn)（D［0：7］）。系統(tǒng)接口在主總線(xiàn)信號(hào)（讀、寫(xiě)、地址和片選）的控制下產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)送入閃存磁盤(pán)，其內(nèi)部的ROM提供一種IPL碼，此碼在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中將閃存文件系統(tǒng)軟件裝入PC內(nèi)存。他在PC的擴(kuò)展BIOS中安排了8 kB以上的存儲(chǔ)區(qū)域，其地址為0C000H～0EFFFH。計(jì)算機(jī)開(kāi)機(jī)自檢后，DiskOnChip作為PC的BIOS標(biāo)準(zhǔn)操作的一部分，BIOS搜尋ROM擴(kuò)展碼，找到后BIOS執(zhí)行閃存磁盤(pán)內(nèi)的初始化碼，此碼將閃存文件系統(tǒng)軟件裝入內(nèi)存。閃存磁盤(pán)也將被安裝為系統(tǒng)的一個(gè)磁盤(pán)，然后將傳輸器控制回到BIOS碼。當(dāng)操作系統(tǒng)要確認(rèn)適合系統(tǒng)的磁盤(pán)時(shí)，閃存磁盤(pán)軟件即模仿一個(gè)硬盤(pán)做出反應(yīng)。

3　TrueFFS與Linux的文件系統(tǒng)

TrueFFS是M-system公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的專(zhuān)用于電子盤(pán)設(shè)備的專(zhuān)利技術(shù)。TrueFFS是Tornadoll開(kāi)發(fā)環(huán)境中的一個(gè)集成的快速閃存文件系統(tǒng)，通過(guò)TrueFFS對(duì)DOC塊設(shè)備的磁盤(pán)仿真功能，從而方便了嵌入式Linux系統(tǒng)對(duì)電子盤(pán)的讀寫(xiě)、分區(qū)、格式化等一系列操作。通過(guò)對(duì)操作系統(tǒng)的I／O控制調(diào)用。Linux可以通過(guò)VFS訪(fǎng)問(wèn)TureFFS的外部接口。

Linux文件系統(tǒng)最優(yōu)秀的地方是對(duì)多種文件系統(tǒng)的支持（這里的上層結(jié)構(gòu)是指VFS系統(tǒng)和具體的文件系統(tǒng)，即除buffer管理系統(tǒng)以外的部分）。為了實(shí)現(xiàn)這種特色，就必須有一個(gè)抽象的層次來(lái)統(tǒng)一描述各種文件系統(tǒng)，Linux中就用VFS來(lái)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)抽象層；同時(shí)，各種具體的文件系統(tǒng)又必須有一個(gè)和VFS交互的手段，如圖2所示。

Linux文件系統(tǒng)管理的最上層模塊是文件系統(tǒng)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，必須先裝入“根”文件系統(tǒng)，然后根據(jù)／etc／fstab中的指定，逐個(gè)建立文件系統(tǒng)。此外，用戶(hù)也可以通過(guò)mount，umount操作，隨時(shí)安裝或卸載文件系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)的GetDriveHandle（）函數(shù)得到驅(qū)動(dòng)器的句柄，他的返回值是一個(gè)能夠供I／O控制函數(shù)調(diào)用的TrueFFS驅(qū)動(dòng)的描述符。然后再調(diào)用操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的IOCongtrol（）函數(shù)，通過(guò)VFS的支持，使TrueFFS具有通用文件系統(tǒng)的特性。當(dāng)某個(gè)進(jìn)程發(fā)布了一個(gè)面向文件的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，核心將調(diào)用VFS中相應(yīng)的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)處理一些與物理結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的操作，并且把他重定向?yàn)檎鎸?shí)文件系統(tǒng)中相應(yīng)的函數(shù)調(diào)用，而這些函數(shù)調(diào)用則用來(lái)處理那些與物理結(jié)構(gòu)相關(guān)的操作。

4　構(gòu)建嵌入式Linux內(nèi)核DOC設(shè)備支持

DOC通過(guò)TrueFFS磁盤(pán)仿真的支持，Linux系統(tǒng)可把DOC驅(qū)動(dòng)編譯成模塊（doc．o）進(jìn)行支持，并可用于系統(tǒng)加載后的輔助存儲(chǔ)盤(pán)使用，同時(shí)也可把DOC核心驅(qū)動(dòng)加載入Linux內(nèi)核，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和加載。

在Linux系統(tǒng)中DOC設(shè)備被模擬為IDE塊設(shè)備進(jìn)行識(shí)別，系統(tǒng)用主設(shè)備號(hào)（MAJOR）加次設(shè)備（MINOR）號(hào)來(lái)惟一標(biāo)識(shí)一個(gè)設(shè)備。相同主設(shè)備號(hào)表示同一類(lèi)設(shè)備，例如都是硬盤(pán)；次設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)同類(lèi)設(shè)備的個(gè)數(shù)。所有設(shè)備在適當(dāng)?shù)哪夸洠ㄍǔＴ冢痙ev目錄）下必須有相應(yīng)的文件，這樣字符設(shè)備和塊設(shè)備都可以通過(guò)文件操作的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成。不同的是，塊設(shè)備操作經(jīng)常要和緩沖區(qū)打交道，從而更加復(fù)雜一些。系統(tǒng)設(shè)備管理的總體框圖如圖3所示。

構(gòu)建內(nèi)核對(duì)DOC塊設(shè)備的支持：

（1）設(shè)備的設(shè)備名稱(chēng)和主設(shè)備號(hào)

必須找一個(gè)還沒(méi)有被使用的主設(shè)備號(hào)，分配給自己的新設(shè)備。假設(shè)主設(shè)備號(hào)為30（在2．0．34的內(nèi)核中還沒(méi)有以30作為主設(shè)備號(hào)的塊設(shè)備），則需要在include／Linux／major．h中加入如下句：

71＃define MY＿M(jìn)AJOR 30

這樣可以通過(guò)MY＿M(jìn)AJOR來(lái)確定設(shè)備為新設(shè)備，保證通用性。

（2）確定編寫(xiě)需要的file＿operations中的操作函數(shù)

由于使用了高速緩存，塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就不需要包含自己的read（），write（）和fsync（）函數(shù)，但必須使用自己的open（），release（）和ioctl（）函數(shù)，這些函數(shù)的作用和字符設(shè)備的相應(yīng)函數(shù)類(lèi)似。

（3）確定編寫(xiě)需要的輸入／輸出函數(shù)

值得注意的是這2個(gè)函數(shù)和字符設(shè)備中的myread（），mywrite（）函數(shù)不同。

（4）確定編寫(xiě)需要的請(qǐng)求處理函數(shù)

在塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，不帶中斷服務(wù)子程序的請(qǐng)求處理函數(shù)是簡(jiǎn)單的，典型的格式如下：

實(shí)際上，一個(gè)真正的塊設(shè)備一般不可能沒(méi)有中斷服務(wù)子程序，另外設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是在系統(tǒng)調(diào)用中被調(diào)用的，這時(shí)由內(nèi)核程序控制CPU，因此不能搶占，只能自愿放棄；因此驅(qū)動(dòng)程序必須調(diào)用sleep＿on（）函數(shù)，釋放對(duì)CPU的占用；在中斷服務(wù)子程序?qū)⑺�需的�?shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核內(nèi)存后，再由他來(lái)發(fā)出wake＿up（）調(diào)用。

5　結(jié)　語(yǔ)

DOC作為一種新型閃存電子盤(pán)，以盤(pán)體體積小、功耗低和帶硬盤(pán)仿真功能等特點(diǎn)，在一些對(duì)電源功耗要求苛刻、空間狹小的嵌入式場(chǎng)合，有他很獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)；加之目前生活自動(dòng)化（LA）、智能設(shè)備終端等領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，在嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛的今天，嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)此類(lèi)電子盤(pán)設(shè)備的支持日益完善。本文結(jié)合嵌入式Linux系統(tǒng)介紹和分析了其下DOC2000的設(shè)備驅(qū)動(dòng)和文件系統(tǒng)的支持，可廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻以及POS機(jī)系統(tǒng)儲(chǔ)存中，具有實(shí)用的價(jià)值。 (T004)