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1 文件系统
文件系统是一个操作系统中最重要的部分之一，它为操作系统提供了一种结构化存储和管理数据的方式。文件系统的主要功能是对数据的物理存储进行管理，并向用户提供对数据的访问接口。用户程序建立在文件系统上，通过文件系统访问数据，而不需要直接对物理存储设备进行操作。
最初的操作系统一般都只支持单一的一种文件系统，并且文件系统和操作系统内核紧密关联在一起，而Linux操作系统的文件系统结构是树状的，在根目录“/’下有许多子目录，每个目录都可以采用各自不同的文件系统类型。Linux中的文件不仅指的是普通的文件和目录，而且将设备也当作一种特殊的文件，因此，每种不同的设备，从逻辑上都可以看成是一种不同的文件系统。
在Linux操作系统中，为了支持多种不同的文件系统，采用了虚拟文件系统(VFS，Visual Filesystem Switch)技术，虚拟文件系统是对多种实际文件系统的共有功能的抽象，它屏蔽了各种不同文件系统在实现细节上的差异，为用户程序提供了统一的、抽象的、标准的接口对文件系统进行访问，如open()，read()，write()等。这样，用户程序就不需要关心所操作的具体文件是属于哪种文件系统，以及这种文件系统是如何设计与实现的，对所有文件的访问方式都是完全相同的。VFS与实际文件系统的关系如图1所示。
 2 Flash存储器
由于具有高可靠性、高存储密度、低价格、非易失、擦写方便等优点，Flash存储器取代了传统的EPROM 和EEPROM，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。Flash存储器可以分为若干块，每块义由若干页组成，对Flash的擦除操作以块为单位进行，而读和写操作以页为单位进行。Flash存储器在进行写入操作之前必须先擦除目标块。根据所采用的制造技术不同，Flash存储器主要分为Nor Flash和Nand Flash两种。
1)Nor Flash。
Nor Flash通常容量较小，其主要特点是 片内执行(XIP，eXecute In Place)，就是指程序代码可以直接在Flash内运行，而不需要将代码读取到RAM中再执行。Nor Flash具有RAM接口，易于访问，它的缺点是擦除电路复杂，写速度和擦除速度都比较慢，最大擦写次数约10万次，典型的块大小是128kB。
2)Nand Flash。
Nand Flash通常容量较大，具有很高的存储密度，从而降低了单位价格。Nand Flash的块尺寸较小，典型大小为8kB，擦除速度快，使用寿命也更长，最大擦写次数可以达到100万次，但是其访问接口是复杂的I/O口。并且坏块和位反转现象较多，对驱动程序的要求较高。由于Nor Flash和Nand FIash各具特色，因此它们的用途也各不相同，Nor Flash一般用来存储体积较小的代码，而Nand Flash则用来存放大体积的数据。 3 Flash文件系统
在嵌入式系统中，也可以在Flash上运行传统的文件系统，如ext2等，但是这类文件系统没有考虑Flash存储器的物理特性和使用特点，例如:Flash存储器中各个块的最大擦除次数是有限的，如果能够均匀地使用各个块，就能延长Flash的整体寿命，这就需要磨损均衡的功能；为了提高Flash存储器的利用率，还应该有对存储空间的碎片收集功能；在嵌入式系统中，要考虑出现系统意外掉电的情况，所以文件系统应该有掉电保护的功能，保证系统在出现意外掉电时也不会丢失数据。因此在Flash存储设备上，采用专门针对Flash存储器的要求而设计的JFFS2(Journaling Flash File System Version 2)文件系统更为合适。
3.1 日志文件系统
JFFS2是一种日志文件系统。在日志文件系统中，所有文件系统的内容变化，如写文件操作等，都被记录到一个日志中，每隔一段时间，文件系统会对文件的实际内容进行更新，然后删除这部分日志，重新开始记录。如果对文件内容的变更操作由于系统出现意外而中断，如系统掉电等，则系统重新启动时，会根据日志恢复中断以前的操作，这样系统的数据就更加安全，文件内容将不会因为系统出现意外而丢失。
3.2 MTD驱动程序
JFFS2 建立在MTD(Memory Technology Devices)技术的基础上，MTD是专门为访问Flash存储设备而设计的Linux子系统，提供了对Flash操作的一系列标准接口，能更好地支持对Flash的擦除和读写操作。通过MTD技术，可以将硬件驱动设计和系统程序设计分开。为了使用JFFS2文件系统，需要把MTD子系统编译到内核中，MTD子系统提供MTD_CHAR和MTD_BLOCK这两个模块用于对Flash的访问，MTD_CHAR将Flash表现为字符设备，与其关联的设备文件是/dev/mtd0等，MTD_BLOCK将Flash表现为块设备，与其关联的设备文件是/dev/mtdblock0等；JFFS2文件系统就建立在MTD_BLOCK模块的基础之上。
3.3 JFFS2文件系统
JFFS(Journaling Flash File System)是瑞典的Axis Communications公司专门针对嵌入式系统中的Flash存储器的特性而设计的一种日志文件系统。Redhat公司的David Woodhouse在JFFS的基础上进行了改进，从而发布了JFFS2(Journaling Flash File System Version 2)。和JFFS相比，JFFS2支持更多节点类型，提高了磨损均衡和碎片收集的能力，增加了对硬链接的支持。JFFS2还增加了数据压缩功能，这更利于在容量较小的Flash中使用。和传统的Linux文件系统如ext2相比，JFFS2处理擦除和读写操作的效率更高，并且具有完善的掉电保护功能，使存储的数据更加安全。在嵌入式系统中使用JFFS2文件系统的缺点很少，只是当文件系统快要满时，JFFS2会放慢运行速度，这是由于碎片收集的原因。 4 JFFS2文件系统的实现
文中所用的目标板CPU是韩国Samsung公司的S3C2410X，这是一种基于ARM920T核的嵌入式微处理器，所用的Flash存储器是Intel公司Strata Flash系列中的E28F128，这是一种典型的Nor Flash芯片，容量为16MB。文中所采用的操作系统内核版本是Linux-2.4.18-rmk7-pxal，这个版本在嵌入式系统中有着广泛的应用。
4.1 裁减内核
首先进入drivers/mtd/maps/目录下，编写Flash芯片的map文件，例如文件名为s3c2410-strata.c。在map文件中需要定义Flash的基地址、大小、宽度、分区表、读写函数、初始化和释放函数等。其中分区表的一个例子如下:
static struct mtd_partition s3c2410_partitions[]=
{
{
name:"bootloader"，
size:0x00030000，
offer:0x0，
mask_flags:MTD_WRITEABLE,
}，
{
name:"kernel"，
size:0x000d0000，
offset:MTDPART_OFS_APPEND，
mask_flags:MTD_WRITEABLE，
}，
{
name:"rootfs"，
size:MTDPART_SIZ_FULL,
offset:MTDPART_OFS_APPEND，
}
}；
这里将Flash分成3个分区，分别存放引导装载程序(Bootloader)、内核和根文件系统。mask_flags:MTD_WRITEABIE表示分区是只读的；MTDPART_OFS_APPEND表示分区位置紧挨着上一个分区；MTDPART_SIZ_FULL表示占用剩余的全部空间。文中将JFFS2文件系统的映像存放在第3个分区上，作为系统的根文件系统。
然后修改Makefile文件，在其中加入以下语句:
obj -$(CONFIG_MID_S3C2410) + = s3c2410-strata.O
再修改Config.in文件，在适当位置加入以下语句:
dep_tristate 'Intel Strata Flash device mapped On S3C2410' CONFIG_MTD_S3C2410 CONFIG_MTD_CFI
然后回到Linux源码目录下，运行make menuconfig对操作系统内核进行配置与裁减，要在Intel E28F128 Flash上使用JFFS2文件系统，要特别注意以下两个选项:
1)在“Memory Technology Devices(MTD)”选项中选择:
<*>Memory Technology Device(MTD)support
<*>MTD partitioning support
<*>Cashing block device access to MTD devices RAM/ROM/Flash chip drivers--->
<*> Detect flash chips by Common Flash Interface(CFI) probe
<*> Support for Intel/Sharp flash chips Mapping drivers for chip access--->
<*> CFI Flash device in physical memory map(0)physical start address of flash mapping (1000000)Physical length of flash mapping(2)Buswidthin octets
<*> Intel StrataFlash device mapped On S3C2410
这里设置了Flash芯片的起始地址、大小以及宽度，比如:起始地址为“0”，大小为“1000000”，即16MB，宽度为“2”，即16字节。然后选中自己加入的“Intel Strata Flash device mapped on S3C2410”这一项。
2)在“File systems”选项中选择:
<*>Joumalling Flash File System v2(JFFS2)support
对于其他功能，可根据自己的实际情况，进行裁减，然后保存退出，接下来编译出操作系统内核映像。
4.2 制作根文件系统映像
要制作根文件系统的映像，可以借助于BusyBox生成所需的大部分文件，然后自己再补充建立/dev，/proc，/etc等目录，在dev目录下建立设备文件，例如:
$mknod dev/console C 5 1
目录和文件建立完成后，使用mkfs.jffs2工具产生文件系统映像:
$ ./mkfs.jffs2 -e0x20000 -d./rootfsdir -ojffs2.img
其中-e 0x20000表示擦除块的大小为128kB；-d表示文件系统所在的目录；-o表示文件系统映像名。
4.3 烧写并运行
根据分配的分区表信息，将Bootloader、内核映像和根文件系统映像分别写入Flash中的指定区域，在Bootloader中设置内核命令行，例如“noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttyS0”，然后引导系统。 5 结束语
JFFS2文件系统是专门针对嵌入式系统中的Flash存储芯片设计的，由于JFFS2自身的特点，适合于在Nor Flash系列芯片上使用，本文以Intel Strata Flash E28F128为例，介绍了在Nor Flash上实现JFFS2文件系统的过程，为嵌入式Linux下的应用程序开发奠定了基础。
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