1　引　言

在以計算機技術、通訊技術相結合的信息時代的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)廣泛應用的形勢下，3C（Computer，Communication，Consumer）合一的趨勢已經(jīng)形成，其結果必然就是將計算機工業(yè)的中心從計算產(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和高效的。因此在嵌入式系統(tǒng)中的存儲設備一般不會采用硬盤等大容量高功耗設備，而改用諸如CompactFlash，EPROM等存儲介質(zhì)。因此本文就M-systems公司開發(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)和塊設備的支持及驅(qū)動。

2　硬件系統(tǒng)結構

電子盤的內(nèi)部存儲介質(zhì)Flash是近幾年來發(fā)展最快的一種存儲芯片，他具有E2PROM可擦寫的特點，又同時具有EPROM廉價的特點，他是一種高性能、低功耗、電可擦除的存儲器件。根據(jù)其以上一些特點，電子盤已廣泛應用于信息存儲、機頂盒、網(wǎng)絡計算以及嵌入式計算機等領域。

M-system公司推出的DiskOnChip 2000系列是新一代閃存磁盤（Flash Disk）。為標準32腳DIP封裝，他與標準的E2PROM完全兼容。一般的閃存器（FlashMemory）只包含存儲器部分，而控制器要另加。為了對閃存磁盤進行管理，DiskOnChip中已裝有MSystem公司的閃存文件系統(tǒng)（TrueFFS）軟件。這使得他使用簡單，工作中不需要任何其他特殊復雜的算法。他的讀／寫與硬盤完全相同，因此他可以作為獨立硬盤使用，并與其他磁盤兼容。可以直接引導計算機系統(tǒng)而不需要其他系統(tǒng)盤。他適用于3．3 V和5 V電源，功耗很小，對于那些空間受限，小型便攜式裝置，DiskOnChip將是最佳選擇。DOC2000結構主要由系統(tǒng)接口單元（SystemIterface）、系統(tǒng)引導模塊（BootBlock）、閃存控制單元（FlashControl）以及和Flash存儲介質(zhì)等組成，其結構如圖1所示。

其中系統(tǒng)接口單元為DOC2000提供了類似SRAM的接口，使之能夠通過CPU的本地總線、ISA總線以及SRAM總線建立與操作系統(tǒng)的連接。DOC提供片選信號（CE＃）、讀寫信號（WE＃）、使能信號（OE＃）以及13位寬的地址線（A［0：12］）和8位寬的數(shù)據(jù)總線（D［0：7］）。系統(tǒng)接口在主總線信號（讀、寫、地址和片選）的控制下產(chǎn)生相應的控制信號送入閃存磁盤，其內(nèi)部的ROM提供一種IPL碼，此碼在計算機啟動過程中將閃存文件系統(tǒng)軟件裝入PC內(nèi)存。他在PC的擴展BIOS中安排了8 kB以上的存儲區(qū)域，其地址為0C000H～0EFFFH。計算機開機自檢后，DiskOnChip作為PC的BIOS標準操作的一部分，BIOS搜尋ROM擴展碼，找到后BIOS執(zhí)行閃存磁盤內(nèi)的初始化碼，此碼將閃存文件系統(tǒng)軟件裝入內(nèi)存。閃存磁盤也將被安裝為系統(tǒng)的一個磁盤，然后將傳輸器控制回到BIOS碼。當操作系統(tǒng)要確認適合系統(tǒng)的磁盤時，閃存磁盤軟件即模仿一個硬盤做出反應。

3　TrueFFS與Linux的文件系統(tǒng)

TrueFFS是M-system公司開發(fā)出來的專用于電子盤設備的專利技術。TrueFFS是Tornadoll開發(fā)環(huán)境中的一個集成的快速閃存文件系統(tǒng)，通過TrueFFS對DOC塊設備的磁盤仿真功能，從而方便了嵌入式Linux系統(tǒng)對電子盤的讀寫、分區(qū)、格式化等一系列操作。通過對操作系統(tǒng)的I／O控制調(diào)用。Linux可以通過VFS訪問TureFFS的外部接口。

Linux文件系統(tǒng)最優(yōu)秀的地方是對多種文件系統(tǒng)的支持（這里的上層結構是指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）。為了實現(xiàn)這種特色，就必須有一個抽象的層次來統(tǒng)一描述各種文件系統(tǒng)，Linux中就用VFS來實現(xiàn)了這個抽象層；同時，各種具體的文件系統(tǒng)又必須有一個和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)啟動時，必須先裝入“根”文件系統(tǒng)，然后根據(jù)／etc／fstab中的指定，逐個建立文件系統(tǒng)。此外，用戶也可以通過mount，umount操作，隨時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)動器的句柄，他的返回值是一個能夠供I／O控制函數(shù)調(diào)用的TrueFFS驅(qū)動的描述符。然后再調(diào)用操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的IOCongtrol（）函數(shù)，通過VFS的支持，使TrueFFS具有通用文件系統(tǒng)的特性。當某個進程發(fā)布了一個面向文件的系統(tǒng)調(diào)用時，核心將調(diào)用VFS中相應的函數(shù)，這個函數(shù)處理一些與物理結構無關的操作，并且把他重定向為真實文件系統(tǒng)中相應的函數(shù)調(diào)用，而這些函數(shù)調(diào)用則用來處理那些與物理結構相關的操作。

4　構建嵌入式Linux內(nèi)核DOC設備支持

DOC通過TrueFFS磁盤仿真的支持，Linux系統(tǒng)可把DOC驅(qū)動編譯成模塊（doc．o）進行支持，并可用于系統(tǒng)加載后的輔助存儲盤使用，同時也可把DOC核心驅(qū)動加載入Linux內(nèi)核，在系統(tǒng)啟動時進行驅(qū)動和加載。

在Linux系統(tǒng)中DOC設備被模擬為IDE塊設備進行識別，系統(tǒng)用主設備號（MAJOR）加次設備（MINOR）號來惟一標識一個設備。相同主設備號表示同一類設備，例如都是硬盤；次設備號標識同類設備的個數(shù)。所有設備在適當?shù)哪夸洠ㄍǔＴ冢痙ev目錄）下必須有相應的文件，這樣字符設備和塊設備都可以通過文件操作的系統(tǒng)調(diào)用來完成。不同的是，塊設備操作經(jīng)常要和緩沖區(qū)打交道，從而更加復雜一些。系統(tǒng)設備管理的總體框圖如圖3所示。

構建內(nèi)核對DOC塊設備的支持：

（1）設備的設備名稱和主設備號

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

71＃define MY＿MAJOR 30

這樣可以通過MY＿MAJOR來確定設備為新設備，保證通用性。

（2）確定編寫需要的file＿operations中的操作函數(shù)

由于使用了高速緩存，塊設備驅(qū)動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)的作用和字符設備的相應函數(shù)類似。

（3）確定編寫需要的輸入／輸出函數(shù)

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

（4）確定編寫需要的請求處理函數(shù)

在塊設備驅(qū)動程序中，不帶中斷服務子程序的請求處理函數(shù)是簡單的，典型的格式如下：

實際上，一個真正的塊設備一般不可能沒有中斷服務子程序，另外設備驅(qū)動程序是在系統(tǒng)調(diào)用中被調(diào)用的，這時由內(nèi)核程序控制CPU，因此不能搶占，只能自愿放棄；因此驅(qū)動程序必須調(diào)用sleep＿on（）函數(shù)，釋放對CPU的占用；在中斷服務子程序?qū)⑺�需的�?shù)據(jù)復制到內(nèi)核內(nèi)存后，再由他來發(fā)出wake＿up（）調(diào)用。

5　結　語

DOC作為一種新型閃存電子盤，以盤體體積小、功耗低和帶硬盤仿真功能等特點，在一些對電源功耗要求苛刻、空間狹小的嵌入式場合，有他很獨到的優(yōu)勢；加之目前生活自動化（LA）、智能設備終端等領域的技術日趨成熟，在嵌入式操作系統(tǒng)應用日益廣泛的今天，嵌入式操作系統(tǒng)對此類電子盤設備的支持日益完善。本文結合嵌入式Linux系統(tǒng)介紹和分析了其下DOC2000的設備驅(qū)動和文件系統(tǒng)的支持，可廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡視頻以及POS機系統(tǒng)儲存中，具有實用的價值。 (T004)