YAFFS在嵌入式Linux系统中的构建与改进

摘  要： 针对目前YAFFS文件系统启动时间过长、磨损平衡性差的缺陷，在借助嵌入式平台Linux-2.6.28+ARM S3C2440构建YAFFS的基础上改进文件系统，即在启动时采用空间换取时间策略，为文件属性节点分配专门的存储区，减少扫描区域，达到缩短加载时间的目的；在垃圾回收时采用擦除计数机制，根据计数器选择擦除块，从而改善擦除块间的磨损平衡。通过实验证明了改进策略的有效性。   
关键词： YAFFS；嵌入式Linux；加载时间；磨损平衡
       在嵌入式Linux的开发工作中，常用的存储设备有NorFlash和NandFlash，其中价格低廉并适用于高密度和大容量存储的NandFlash运用更为广泛[1]。YAFFS(Yet Another Flash File System)文件系统是专门针对NandFlash的特殊构造设计的，是一种日志结构的文件系统，性能超越了原有的JFFS系列文件系统。但随着嵌入式技术的发展，在NandFlash介质上的嵌入式Linux中构造YAFFS时，YAFFS存在挂载时间过长和损耗均衡性不足两方面的缺点，需要进一步改进和优化。
1 YAFFS文件系统
     在嵌入式所用的NandFlash中，基本的读写单位是页（page），YAFFS的存储位也是页（一般称为Chunk），分为附加区（OOB）和数据区。32页组成块（block）是基本的擦除单位[2]。由于YAFFS的文件偏移地址和闪存的物理地址不一致而建立了一张文件与物理页的映射表。闪存的页序号作为表内容，以每页描述的文件偏移量作为表索引，再把这张大的映射表分为若干小表，组织成树结构，以提高文件数据块的查找速度。这种在内存中建立的层次索引目录称之为节点树(TnodeTree)，是YAFFS的核心模型，如图1所示。在节点树中按照逻辑索引（Logical chunk index）找到物理地址索引（Physical chunk index）。当文件变大时，所需的叶子节点也会增加，此时节点树就会“拔高”和“增肥”。当文件进行删除操作时，用递归的方法从叶节点向上收缩，释放已被删除节点对应的物理页。
   
   2 构建YAFFS文件系统
2.1 实验平台
     开发过程中运用的是目标板与宿主机的交叉编译模式。宿主机即PC机，采用的是虚拟机+Linux RedHat9.0系统；目标板的硬件是ARM板，采用的是一块S3C2440的ARM9微处理器，带有一块256 MB的NandFlash、64 MB的SDRAM内存。目标板采用的开发软件是嵌入式Linux2.6.28+交叉编译工具arm-Linux-gcc4.3.1。YAFFS文件系统的开发流程如图2所示，引导程序Boot-Loader一般是固定在开板的Flash中(这里不做详解)。
   
   2.2 内核移植
     (1)修改交叉编译环境，使其适用于本实验平台。修改顶级Makefile中定义的ARM编译器，使之与所采用的平台处理器相对应。修改如下：
     ARCH = arm
     CROSS_COMPILE = /usr/local/3.4.1/arm-linux-
     同时，为了支持实验平台处理器12 MHz的晶振频率，修改Linux提供的输入时钟，在文件arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中定义s3c24xx_init_clocks
(12 000 000)；并且在该文件中将Linux支持的machine名称改为MACHINE_START(S3C2440，“Study-S3C2440”)；最后，修改Linux中默认的机器号，使之与BootLoarder传递的机器参数782一致。在arch/arm/tools/math-types中，机器型号语句修改为：
     S3C2440 ARCH_S3C2440     S3C2440     782
     (2)内核支持MTD。MTD是闪存与文件系统的接口，NandFlash、YAFFS文件系统与MTD的联系如图3所示。