写在前面:这篇不知道怎么转过来的,里面涉及了好多东西,都还挺有用。反正里面的东西我都看懂了,我就不整理了。 |
MTD(memory technology device内存技术设备)是用于访问memory设备(ROM、flash)的Linux的子系统。MTD的主要目的是为了使新的memory设备的驱动更加简单,为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD的所有源代码在/drivers/mtd子目录下。将CFI接口的MTD设备分为四层(从设备节点直到底层硬件驱动),这四层从上到下依次是:设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。
Flash 硬件驱动层:硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件,Linux MTD设备的NOR Flash芯片驱动遵循CFI接口标准,其驱动程序位于drivers/mtd/chips子目录下。NAND型Flash的驱动程序则位于/drivers/mtd/nand子目录下 二、MTD原始设备:原始设备层有两部分组成,一部分是MTD原始设备的通用代码,另一部分是各个特定的Flash的数据,例如分区。 用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info,这其中定义了大量的关于MTD的数据和操作函数。mtd_table(mtdcore.c)则是所有MTD原始设备的列表,mtd_part(mtd_part.c)是用于表示MTD原始设备分区的结构,其中包含了mtd_info,因为每一个分区都是被看成一个MTD原始设备加在mtd_table中的,mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part- >master中获得。 在drivers/mtd/maps/子目录下存放的是特定的flash的数据,每一个文件都描述了一块板子上的flash。其中调用 add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/删除mtd_info结构并将其加入/删除mtd_table(或者调用 add_mtd_partition()、del_mtd_partition()(mtdpart.c)建立/删除mtd_part结构并将 mtd_part.mtd_info加入/删除mtd_table 中)。 三、MTD设备层:基于MTD原始设备,linux系统可以定义出MTD的块设备(主设备号31)和字符设备(设备号90)。MTD字符设备的定义在mtdchar.c中实现,通过注册一系列file operation函数(lseek、open、close、read、write)。MTD块设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构 mtdblk_dev,并声明了一个名为mtdblks的指针数组,这数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个 mtd_info一一对应。 四、设备节点:通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点(主设备号为90)和MTD块设备节点(主设备号为31),通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。 五、根文件系统:在Bootloader中将JFFS(或JFFS2)的文件系统映像jffs.image(或jffs2.img)烧到flash 的某一个分区中,在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的your_fixup函数中将该分区作为根文件系统挂载。 六、文件系统:内核启动后,通过mount 命令可以将flash中的其余分区作为文件系统挂载到mountpoint上。 图(1) 不过 2410比较特殊,S3C2410在启动的时候,可以把nand flash前面的启动程序装载到2410里面自己一个4k大小的SRAM(Steppingstone) 里面,这4K SRAM被映射到0X0,从而实现nand flash模式的启动,从nand flash启动比nor flash模式速度要快。 uClinux平台下的Flash存储技术 建议在读这篇文章前,读一下NandFlash和NorFlash的异同 1 Flash类型与技术特点 1.1 性能比较 *NOR的读取速度比NAND稍快一些。 1.2 接口差别 1.3 容量和成本 1.4 可靠性和耐用性 (1)寿命(耐用性) (2)位交换 (3)坏块处理 1.5 易用性 1.6 软件支持 目前,NOR Flash的容量从几KB~64MB不等,NAND Flash存储芯片的容量从8MB~128MB,而DiskonChip可以达到1024MB。 第1页第2页 2 系统设计 Flash 在每MB的存储开销上较RAM要昂贵,但对于uClinux系统来说,选择Flash作为存储器具有一定的优势。uClinux系统在上电后,需要运行的程序代码和数据都可以存储在Flash中,甚至放在CPU起始地址中的uClinux启动内核都可以写入Flash中。从一定意义上讲,嵌入式系统只用 Flash就可以完成所需的存储功能。 SEGMENT PURPOSE X 分区0放置Bootloader,分区1放置factory configuration,分区2到分区X放置系统内核,分区X到分区Y放置根文件系统。Flash的分区可以根据需要划分,uClinux中支持Flash存储器的块设备驱动负责定义上述的分区。 和PC 机下的Linux不同,Flash的分区把系统内核文件和根文件系统单独划分到两个分区中,而PC机的硬盘是把内核文件和根文件系统放在一个分区内。PC 机下Linux的Bootloader是LILO或GRUB。它们在系统启动时能智能地在分区中找到内核文件块,并把它加载到RAM中运行。对于 Flash而言,把内核的镜像文件写进一个单独的分区对嵌入式系统有两大优点:①系统可以直接在Flash上运行;②LILO或GRUB更易找到内核代码并加载,甚至可以不用LILO或GRUB引导而直接运行。 内核文件和根文件系统在Flash中的放置,可以根据系统设计需要适当选择。 3 引导程序选择 系统启动之前的引导过程是CPU初始化的过程。包括ARM和X86在内的许多CPU是从固定地址单元开始运行引导程序(Bootloader)的。其它的部分CPU是从某个地址单元读入引导程序的入口地址,然后再运行引导程序,譬如M68K和Coldfire系列。所以这些都影响到Flash中系统启动代码的存放地址。 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。 5 根文件系统 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 disk上,所以任何改变在下一次启动后都会丢失。当然,也有许多人认为对嵌入式存储空间来讲,这是一种优势,因为每次系统启动都是从已知的文件系统状态开始的。 虽然在Linux下有许多的文件格式可供选择,但是对于uClinux一般只选择上述的几种文件格式。另外一点就是如何在目标系统上建立根文件系统,步骤如下:首先在开发宿主机上建立一个目标机的根文件系统的目录树,然后利用嵌入式根文件系统生成工具在宿主机上生成目录树的二进制文件镜像,最后下载到目标机上就可以了。对于不同的文件格式有不同的二进制镜像生成工具,譬如JFFS的mkfs.jffs2、ISO9660的 mkisofs。 |