資料介紹
Linux支持多種文件系統,包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等,為了對各類文件系統 進行統一管理,Linux引入了虛擬文件系統VFS(Virtual File System),為各類文件系統提供一個統一的操作界面和應用編程接口。
Linux啟動時,第一個必須掛載的是根文件系統;若系統不能從指定設備上掛載根文件系統,則系統會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統。因此,一個系統中可以同時存在不同的文件系統。
不同的文件系統類型有不同的特點,因而根據存儲設備的硬件特性、系統需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中,主要的存儲設備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器),常用的基于存儲設備的文件系統類型包括:jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。
1. 基于FLASH的文件系統
Flash(閃存)作為嵌入式系統的主要存儲媒介,有其自身的特性。Flash的寫入操作只能把對應位置的1修改為0,而不能把0修改為1(擦 除Flash就是把對應存儲塊的內容恢復為1),因此,一般情況下,向Flash寫入內容時,需要先擦除對應的存儲區間,這種擦除是以塊(block)為 單位進行的。
閃存主要有NOR和NAND兩種技術(簡單比較見附錄)。Flash存儲器的擦寫次數是有限的,NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序。因 此,必須針對Flash的硬件特性設計符合應用要求的文件系統;傳統的文件系統如ext2等,用作Flash的文件系統會有諸多弊端。
在嵌入式Linux下,MTD(Memory Technology Device,存儲技術設備)為底層硬件(閃存)和上層(文件系統)之間提供一個統一的抽象接口,即Flash的文件系統都是基于MTD驅動層的(參見上 面的Linux下的文件系統結構圖)。使用MTD驅動程序的主要優點在于,它是專門針對各種非易失性存儲器(以閃存為主)而設計的,因而它對Flash有 更好的支持、管理和基于扇區的擦除、讀/寫操作接口。
順便一提,一塊Flash芯片可以被劃分為多個分區,各分區可以采用不同的文件系統;兩塊Flash芯片也可以合并為一個分區使用,采用一個文件系統。即文件系統是針對于存儲器分區而言的,而非存儲芯片。
(1) jffs2
JFFS文件系統最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的內核為嵌入式系統開發的文件系統。JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發的閃存文件系 統,最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發的嵌入式文件系統,所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。
Jffs2: 日志閃存文件系統版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)
主要用于NOR型閃存,基于MTD驅動層,特點是:可讀寫的、支持數據壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統,并提供了崩潰/掉電安全保護,提供“寫平衡”支持等。缺點主要是當文件系統已滿或接近滿時,因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。
目前jffs3正在開發中。關于jffs系列文件系統的使用詳細文檔,可參考MTD補丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。
jffsx不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大,這樣導致jffs為維護日志節點所占用的內存空間迅速增大,另 外,jffsx文件系統在掛載時需要掃描整個FLASH的內容,以找出所有的日志節點,建立文件結構,對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。
(2) yaffs:Yet Another Flash File System
yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統。與jffs2相比,它減少了一些功能(例如不支持數 據壓縮),所以速度更快,掛載時間很短,對內存的占用較小。另外,它還是跨平臺的文件系統,除了Linux和eCos,還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。
yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動,并且為嵌入式系統提供了直接訪問文件系統的API,用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS,直接對文件系統操作。當然,yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。
yaffs與yaffs2的主要區別在于,前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存,后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時,yaffs2在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。
(3) Cramfs:Compressed ROM File System
Cramfs是Linux的創始人 Linus Torvalds參與開發的一種只讀的壓縮文件系統。它也基于MTD驅動程序。
在cramfs文件系統中,每一頁(4KB)被單獨壓縮,可以隨機頁訪問,其壓縮比高達2:1,為嵌入式系統節省大量的Flash存儲空間,使系統可通過更低容量的FLASH存儲相同的文件,從而降低系統成本。
Cramfs文件系統以壓縮方式存儲,在運行時解壓縮,所以不支持應用程序以XIP方式運行,所有的應用程序要求被拷到RAM里去運行,但這并 不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點,因為Cramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案,在讀取檔案時,不會一下子就耗用過多的內存空間,只針對目 前實際讀取的部分分配內存,尚沒有讀取的部分不分配內存空間,當我們讀取的檔案不在內存時,Cramfs文件系統自動計算壓縮后的資料所存的位置,再即時 解壓縮到RAM中。
另外,它的速度快,效率高,其只讀的特點有利于保護文件系統免受破壞,提高了系統的可靠性。
由于以上特性,Cramfs在嵌入式系統中應用廣泛。
但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷,使得用戶無法對其內容對進擴充。
Cramfs映像通常是放在Flash中,但是也能放在別的文件系統里,使用loopback 設備可以把它安裝別的文件系統里。
(4) Romfs
傳統型的Romfs文件系統是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統,不支持動態擦寫保存,按順序存放數據,因而支持應用程序以 XIP(eXecute In Place,片內運行)方式運行,在系統運行時,節省RAM空間。uClinux系統通常采用Romfs文件系統。
其他文件系統:fat/fat32也可用于實際嵌入式系統的擴展存儲器(例如PDA, Smartphone, 數碼相機等的SD卡),這主要是為了更好的與最流行的Windows桌面操作系統相兼容。ext2也可以作為嵌入式Linux的文件系統,不過將它用于 FLASH閃存會有諸多弊端。
2. 基于RAM的文件系統
(1) Ramdisk
Ramdisk是將一部分固定大小的內存當作分區來使用。它并非一個實際的文件系統,而是一種將實際的文件系統裝入內存的機制,并且可以作為根 文件系統。將一些經常被訪問而又不會更改的文件(如只讀的根文件系統)通過Ramdisk放在內存中,可以明顯地提高系統的性能。
在Linux的啟動階段,initrd提供了一套機制,可以將內核映像和根文件系統一起載入內存。
(2)ramfs/tmpfs
Ramfs是Linus Torvalds開發的一種基于內存的文件系統,工作于虛擬文件系統(VFS)層,不能格式化,可以創建多個,在創建時可以指定其最大能使用的內存大 小。(實際上,VFS本質上可看成一種內存文件系統,它統一了文件在內核中的表示方式,并對磁盤文件系統進行緩沖。)
Ramfs/tmpfs文件系統把所有的文件都放在RAM中,所以讀/寫操作發生在RAM中,可以用ramfs/tmpfs來存儲一些臨時性或經常要修改的數據,例如/tmp和/var目錄,這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗,也提高了數據讀寫速度。
Ramfs/tmpfs相對于傳統的Ramdisk的不同之處主要在于:不能格式化,文件系統大小可隨所含文件內容大小變化。
Tmpfs的一個缺點是當系統重新引導時會丟失所有數據。
3. 網絡文件系統NFS (Network File System)
NFS是由Sun開發并發展起來的一項在不同機器、不同操作系統之間通過網絡共享文件的技術。在嵌入式Linux系統的開發調試階段,可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統,掛載到嵌入式設備,可以很方便地修改根文件系統的內容。
以上討論的都是基于存儲設備的文件系統(memory-based file system),它們都可用作Linux的根文件系統。實際上,Linux還支持邏輯的或偽文件系統(logical or pseudo file system),例如procfs(proc文件系統),用于獲取系統信息,以及devfs(設備文件系統)和sysfs,用于維護設備文件。
附錄:NOR閃存與NAND閃存比較
NOR FLASH
接口時序同SRAM,易使用
讀取速度較快
擦除速度慢,以64-128KB的塊為單位
寫入速度慢(因為一般要先擦除)
隨機存取速度較快,支持XIP(eXecute In Place,芯片內執行),適用于代碼存儲。在嵌入式系統中,常用于存放引導程序、根文件系統等。
單片容量較小,1-32MB
NAND FLASH
地址/數據線復用,數據位較窄
讀取速度較慢
擦除速度快,以8-32KB的塊為單位
寫入速度快
順序讀取速度較快,隨機存取速度慢,適用于數據存儲(如大容量的多媒體應用)。在嵌入式系統中,常用于存放用戶文件系統等。
單片容量較大,8-128MB,提高了單元密度
?
Linux啟動時,第一個必須掛載的是根文件系統;若系統不能從指定設備上掛載根文件系統,則系統會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統。因此,一個系統中可以同時存在不同的文件系統。
不同的文件系統類型有不同的特點,因而根據存儲設備的硬件特性、系統需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中,主要的存儲設備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器),常用的基于存儲設備的文件系統類型包括:jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。
1. 基于FLASH的文件系統
Flash(閃存)作為嵌入式系統的主要存儲媒介,有其自身的特性。Flash的寫入操作只能把對應位置的1修改為0,而不能把0修改為1(擦 除Flash就是把對應存儲塊的內容恢復為1),因此,一般情況下,向Flash寫入內容時,需要先擦除對應的存儲區間,這種擦除是以塊(block)為 單位進行的。
閃存主要有NOR和NAND兩種技術(簡單比較見附錄)。Flash存儲器的擦寫次數是有限的,NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序。因 此,必須針對Flash的硬件特性設計符合應用要求的文件系統;傳統的文件系統如ext2等,用作Flash的文件系統會有諸多弊端。
在嵌入式Linux下,MTD(Memory Technology Device,存儲技術設備)為底層硬件(閃存)和上層(文件系統)之間提供一個統一的抽象接口,即Flash的文件系統都是基于MTD驅動層的(參見上 面的Linux下的文件系統結構圖)。使用MTD驅動程序的主要優點在于,它是專門針對各種非易失性存儲器(以閃存為主)而設計的,因而它對Flash有 更好的支持、管理和基于扇區的擦除、讀/寫操作接口。
順便一提,一塊Flash芯片可以被劃分為多個分區,各分區可以采用不同的文件系統;兩塊Flash芯片也可以合并為一個分區使用,采用一個文件系統。即文件系統是針對于存儲器分區而言的,而非存儲芯片。
(1) jffs2
JFFS文件系統最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的內核為嵌入式系統開發的文件系統。JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發的閃存文件系 統,最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發的嵌入式文件系統,所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。
Jffs2: 日志閃存文件系統版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)
主要用于NOR型閃存,基于MTD驅動層,特點是:可讀寫的、支持數據壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統,并提供了崩潰/掉電安全保護,提供“寫平衡”支持等。缺點主要是當文件系統已滿或接近滿時,因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。
目前jffs3正在開發中。關于jffs系列文件系統的使用詳細文檔,可參考MTD補丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。
jffsx不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大,這樣導致jffs為維護日志節點所占用的內存空間迅速增大,另 外,jffsx文件系統在掛載時需要掃描整個FLASH的內容,以找出所有的日志節點,建立文件結構,對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。
(2) yaffs:Yet Another Flash File System
yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統。與jffs2相比,它減少了一些功能(例如不支持數 據壓縮),所以速度更快,掛載時間很短,對內存的占用較小。另外,它還是跨平臺的文件系統,除了Linux和eCos,還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。
yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動,并且為嵌入式系統提供了直接訪問文件系統的API,用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS,直接對文件系統操作。當然,yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。
yaffs與yaffs2的主要區別在于,前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存,后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時,yaffs2在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。
(3) Cramfs:Compressed ROM File System
Cramfs是Linux的創始人 Linus Torvalds參與開發的一種只讀的壓縮文件系統。它也基于MTD驅動程序。
在cramfs文件系統中,每一頁(4KB)被單獨壓縮,可以隨機頁訪問,其壓縮比高達2:1,為嵌入式系統節省大量的Flash存儲空間,使系統可通過更低容量的FLASH存儲相同的文件,從而降低系統成本。
Cramfs文件系統以壓縮方式存儲,在運行時解壓縮,所以不支持應用程序以XIP方式運行,所有的應用程序要求被拷到RAM里去運行,但這并 不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點,因為Cramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案,在讀取檔案時,不會一下子就耗用過多的內存空間,只針對目 前實際讀取的部分分配內存,尚沒有讀取的部分不分配內存空間,當我們讀取的檔案不在內存時,Cramfs文件系統自動計算壓縮后的資料所存的位置,再即時 解壓縮到RAM中。
另外,它的速度快,效率高,其只讀的特點有利于保護文件系統免受破壞,提高了系統的可靠性。
由于以上特性,Cramfs在嵌入式系統中應用廣泛。
但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷,使得用戶無法對其內容對進擴充。
Cramfs映像通常是放在Flash中,但是也能放在別的文件系統里,使用loopback 設備可以把它安裝別的文件系統里。
(4) Romfs
傳統型的Romfs文件系統是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統,不支持動態擦寫保存,按順序存放數據,因而支持應用程序以 XIP(eXecute In Place,片內運行)方式運行,在系統運行時,節省RAM空間。uClinux系統通常采用Romfs文件系統。
其他文件系統:fat/fat32也可用于實際嵌入式系統的擴展存儲器(例如PDA, Smartphone, 數碼相機等的SD卡),這主要是為了更好的與最流行的Windows桌面操作系統相兼容。ext2也可以作為嵌入式Linux的文件系統,不過將它用于 FLASH閃存會有諸多弊端。
2. 基于RAM的文件系統
(1) Ramdisk
Ramdisk是將一部分固定大小的內存當作分區來使用。它并非一個實際的文件系統,而是一種將實際的文件系統裝入內存的機制,并且可以作為根 文件系統。將一些經常被訪問而又不會更改的文件(如只讀的根文件系統)通過Ramdisk放在內存中,可以明顯地提高系統的性能。
在Linux的啟動階段,initrd提供了一套機制,可以將內核映像和根文件系統一起載入內存。
(2)ramfs/tmpfs
Ramfs是Linus Torvalds開發的一種基于內存的文件系統,工作于虛擬文件系統(VFS)層,不能格式化,可以創建多個,在創建時可以指定其最大能使用的內存大 小。(實際上,VFS本質上可看成一種內存文件系統,它統一了文件在內核中的表示方式,并對磁盤文件系統進行緩沖。)
Ramfs/tmpfs文件系統把所有的文件都放在RAM中,所以讀/寫操作發生在RAM中,可以用ramfs/tmpfs來存儲一些臨時性或經常要修改的數據,例如/tmp和/var目錄,這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗,也提高了數據讀寫速度。
Ramfs/tmpfs相對于傳統的Ramdisk的不同之處主要在于:不能格式化,文件系統大小可隨所含文件內容大小變化。
Tmpfs的一個缺點是當系統重新引導時會丟失所有數據。
3. 網絡文件系統NFS (Network File System)
NFS是由Sun開發并發展起來的一項在不同機器、不同操作系統之間通過網絡共享文件的技術。在嵌入式Linux系統的開發調試階段,可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統,掛載到嵌入式設備,可以很方便地修改根文件系統的內容。
以上討論的都是基于存儲設備的文件系統(memory-based file system),它們都可用作Linux的根文件系統。實際上,Linux還支持邏輯的或偽文件系統(logical or pseudo file system),例如procfs(proc文件系統),用于獲取系統信息,以及devfs(設備文件系統)和sysfs,用于維護設備文件。
附錄:NOR閃存與NAND閃存比較
NOR FLASH
接口時序同SRAM,易使用
讀取速度較快
擦除速度慢,以64-128KB的塊為單位
寫入速度慢(因為一般要先擦除)
隨機存取速度較快,支持XIP(eXecute In Place,芯片內執行),適用于代碼存儲。在嵌入式系統中,常用于存放引導程序、根文件系統等。
單片容量較小,1-32MB
NAND FLASH
地址/數據線復用,數據位較窄
讀取速度較慢
擦除速度快,以8-32KB的塊為單位
寫入速度快
順序讀取速度較快,隨機存取速度慢,適用于數據存儲(如大容量的多媒體應用)。在嵌入式系統中,常用于存放用戶文件系統等。
單片容量較大,8-128MB,提高了單元密度
?
下載該資料的人也在下載
下載該資料的人還在閱讀
更多 >
- 【文件系統】FatFs文件系統在嵌入式芯片LPC18XX上的移植
- 嵌入式Linux系統移植-(Linux文件系統)
- 嵌入式Linux系統移植開發-(1)基于Yocto構建嵌入式u-boot,內核,文件系統
- 嵌入式linux系統中常用的文件系統
- 【嵌入式】構建嵌入式Linux系統(uboot、內核、文件系統)
- 基于DSP平臺的嵌入式文件系統的開發與研究 4次下載
- 基于FAT16文件系統的嵌入式溫度記錄器 8次下載
- 嵌入式Linux文件系統的研究與應用
- 構造嵌入式Linux的文件系統
- 在嵌入式Linux上實現JFFS文件系統
- 嵌入式系統中的線性Flash 文件系統設計
- 適合嵌入式Linux應用的文件系統—— JFFS
- 適合嵌入式Linux應用的文件系統—— JFFS
- 可移植嵌入式文件系統的設計與實現
- 嵌入式系統中的Flash文件系統
- 什么是嵌入式系統?嵌入式系統的具體應用 2563次閱讀
- C程序設計基礎-文件系統 839次閱讀
- 文件系統FatFs的移植 2012次閱讀
- 文件系統FatFS和LittleFS的區別 6509次閱讀
- 什么是分布式文件系統 4286次閱讀
- 嵌入式系統的全面解析 3280次閱讀
- 如何實現嵌入式系統遠程調試 5401次閱讀
- 基于FPGA和Nios II處理器IP軟核實現實現SD卡接口和文件系統的設計 2246次閱讀
- 嵌入式Linux啟動時間優化的秘密之二文件系統 5196次閱讀
- 構建eCos嵌入式系統的步驟教程 3987次閱讀
- 文件系統是什么?淺談EXT文件系統歷史 5723次閱讀
- 嵌入式系統的特點大匯總 5896次閱讀
- VDK與嵌入式文件系統的投入使用 1937次閱讀
- 嵌入式開發環境介紹,嵌入式文件系統要求分析 1201次閱讀
- 典型的嵌入式系統設計 2716次閱讀
下載排行
本周
- 1AN158 GD32VW553 Wi-Fi開發指南
- 1.51MB | 2次下載 | 免費
- 2嵌入式軟件開發符合ISO 26262 功能安全標準
- 1.61 MB | 1次下載 | 免費
- 3AN148 GD32VW553射頻硬件開發指南
- 2.07MB | 1次下載 | 免費
- 4PZT驅動開關電路
- 0.09 MB | 1次下載 | 免費
- 5模擬電路仿真實現
- 2.94MB | 1次下載 | 免費
- 6PCB繪制基礎知識
- 2.44MB | 1次下載 | 免費
- 7EE-38:ADSP-2181 IDMA端口-周期竊取時序
- 75.0KB | 次下載 | 免費
- 8EE-82:使用ADSP-2181 DSP的IO空間對另一個ADSP-2181進行IDMA引導
- 86.86KB | 次下載 | 免費
本月
- 1ADI高性能電源管理解決方案
- 2.43 MB | 452次下載 | 免費
- 2免費開源CC3D飛控資料(電路圖&PCB源文件、BOM、
- 5.67 MB | 139次下載 | 1 積分
- 3基于STM32單片機智能手環心率計步器體溫顯示設計
- 0.10 MB | 132次下載 | 免費
- 4美的電磁爐維修手冊大全
- 1.56 MB | 24次下載 | 5 積分
- 5如何正確測試電源的紋波
- 0.36 MB | 19次下載 | 免費
- 6感應筆電路圖
- 0.06 MB | 10次下載 | 免費
- 7LZC3106G高性能諧振控制器中文手冊
- 1.29 MB | 9次下載 | 1 積分
- 8萬用表UT58A原理圖
- 0.09 MB | 9次下載 | 5 積分
總榜
- 1matlab軟件下載入口
- 未知 | 935121次下載 | 10 積分
- 2開源硬件-PMP21529.1-4 開關降壓/升壓雙向直流/直流轉換器 PCB layout 設計
- 1.48MB | 420062次下載 | 10 積分
- 3Altium DXP2002下載入口
- 未知 | 233088次下載 | 10 積分
- 4電路仿真軟件multisim 10.0免費下載
- 340992 | 191367次下載 | 10 積分
- 5十天學會AVR單片機與C語言視頻教程 下載
- 158M | 183335次下載 | 10 積分
- 6labview8.5下載
- 未知 | 81581次下載 | 10 積分
- 7Keil工具MDK-Arm免費下載
- 0.02 MB | 73810次下載 | 10 積分
- 8LabVIEW 8.6下載
- 未知 | 65988次下載 | 10 積分
評論
查看更多