嵌入式文件系統(tǒng)在工程機(jī)械監(jiān)控器上的移植

摘要：在基于嵌入式操作系統(tǒng)的工程機(jī)械智能監(jiān)控器的開發(fā)過程中，完成了文件系統(tǒng)的移植，將周立功公司的ZLG／FS文件系統(tǒng)經(jīng)過一系列修改，嵌入到監(jiān)控器的系統(tǒng)程序里運(yùn)行。文件系統(tǒng)的硬件平臺選用三星公司的Nand Flash芯片K9F2808，作為文件系統(tǒng)的硬件依托。文件系統(tǒng)移植完后該芯片就成為系統(tǒng)硬盤，用來存儲系統(tǒng)程序和字庫文件等。
關(guān)鍵詞：文件系統(tǒng)；Nand Flash；嵌入式系統(tǒng)；移植；K9F2808

引言
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中組織、存取和保護(hù)數(shù)據(jù)的一個(gè)重要部分，文件系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提高存儲器的利用率，接受用戶的委托實(shí)施對文件的操作。在本工程機(jī)械智能監(jiān)控器項(xiàng)目開發(fā)之初，文件系統(tǒng)這部分設(shè)計(jì)是由合作方北京航空航天大學(xué)完成的，當(dāng)時(shí)使用的嵌入式文件系統(tǒng)是μC／OS—II。我方接手以后，對該文件系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)該文件系統(tǒng)雖然能用，但是有些地方不夠完善，存在一些問題和隱患：比如μC／OS-II內(nèi)存占用比較大，且效率不高等。因此，又從網(wǎng)上下載了周立功文件系統(tǒng)(ZLG／FS)，發(fā)現(xiàn)其非常適合監(jiān)控器項(xiàng)目的使用，并且具備如下特點(diǎn)：
①高度兼容FAT12、FAT16、FAT32；
②可移植；
③支持多任務(wù)操作系統(tǒng)；
④兼容多種介質(zhì)。
ZLG／FS采用模塊化層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并使用底層驅(qū)動程序來兼容不同的硬件結(jié)構(gòu)和不同的介質(zhì)。共包括6個(gè)模塊：應(yīng)用程序模塊、文件管理與目錄管理模塊、文件分配表管理與文件目錄表管理模塊、邏輯盤管理模塊、高速緩存(Cache)管理模塊、底層驅(qū)動程序模塊。最終決定將該文件系統(tǒng)移植到智能監(jiān)控器系統(tǒng)上面。

1 硬件平臺簡介
本系統(tǒng)采用目標(biāo)機(jī)+宿主機(jī)的開發(fā)模式，目標(biāo)平臺是ARM S3C44B0，宿主機(jī)是PC機(jī)+μC／OS-II操作系統(tǒng)。S3C44B0是基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，它是三星公司專門為PDA、Internet設(shè)備和手持設(shè)備等開發(fā)的微處理器。該芯片還包含有8 KB的Cache，這一特性使開發(fā)人員能夠?qū)?mu;C／OS-II操作系統(tǒng)移植到基于該處理器的目標(biāo)系統(tǒng)中。

2 文件系統(tǒng)在智能監(jiān)控器系統(tǒng)上面的移植過程
2．1 底層驅(qū)動程序的編寫
硬件上，將三星公司的Nand Flash芯片K9F2808開發(fā)為系統(tǒng)硬盤。需要編寫兩部分的驅(qū)動程序：一是關(guān)于該Flash芯片的驅(qū)動程序，也就是對該芯片最底層的最基本的操作，建立文件Flash．c，包括Flash復(fù)位、讀Flash ID號、擦除Flash的一塊、讀扇區(qū)、寫扇區(qū)等函數(shù)，這部分函數(shù)代碼由芯片公司提供；二是關(guān)于文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)操作，創(chuàng)建文件K9F2808．c，它調(diào)用flash．c里面的函數(shù)，為上層的程序提供一個(gè)與底層無關(guān)的接口。
文件K9F2808．c主要包括以下函數(shù)：創(chuàng)建FAT12、創(chuàng)建根目錄、格式化Flash盤、將MBR寫到盤里等。在格式化Flash盤這個(gè)函數(shù)里，首先要調(diào)用Flash復(fù)位的函數(shù)，然后擦除Flash盤的第0個(gè)Block，擦除成功以后，將MBR的內(nèi)容寫入該Block的第一個(gè)Page里，這是Flash盤的引導(dǎo)扇區(qū)，寫入的MBR包含了該盤的一些基本信息。至此，完成了格式化盤的第一步，為后面繼續(xù)格式化打下基礎(chǔ)。
下一步就是要創(chuàng)建FAT12，用兩個(gè)扇區(qū)(即兩個(gè)Page)作FAT區(qū)，并將其內(nèi)部單元全部初始化為00H，相繼的2個(gè)扇區(qū)作FAT區(qū)的備份。接下來，把第1個(gè)Block擦除掉，然后在這個(gè)Block里創(chuàng)建該盤文件系統(tǒng)的根目錄，并將根目錄區(qū)初始化為00H。這樣就把一個(gè)Flash盤給格式化為FAT12文件系統(tǒng)格式。但是還不能往盤里存東兩，因?yàn)檫€需要一些文件系統(tǒng)上層的管理。
在K9F2808．c這個(gè)文件里，函數(shù)K9F2808(uint8 Cammand，vold*Parameter)是底層驅(qū)動程序與上層的接口函數(shù)，第一個(gè)參數(shù)代表要對該盤進(jìn)行操作的命令，比如磁盤初始化、關(guān)閉磁盤、讀扇區(qū)、寫扇區(qū)等；第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，它包含了當(dāng)前操作的磁盤的一些讀寫基本信息。在文件系統(tǒng)的上層程序里這個(gè)函數(shù)將被頻繁調(diào)用。
2．2 邏輯盤管理的程序移植
這是底層驅(qū)動程序上面一層的程序，文件名是disk．c，其中主要包含：磁盤初始化、讀取磁盤信息、獲取空盤信息、增加一個(gè)驅(qū)動程序。刪除一個(gè)驅(qū)動程序等函數(shù)。這部分程序勿需改變，可以原封不動地延用ZLG—FS里提供的程序，在此不再贅述。
2．3 高速緩存管理的程序移植
這是FAT文件系統(tǒng)關(guān)于Cache管理的部分，文件名是RWSec．c，主要包括：初始化磁盤Cache、解鎖指定Cache(允許切換出內(nèi)存)、把指定扇區(qū)寫回邏輯盤、把指定Cache寫回邏輯盤、把所有已改變的扇區(qū)寫回邏輯盤、從內(nèi)存獲取一個(gè)Cache、為邏輯盤上的一個(gè)扇區(qū)打開一個(gè)Cache并鎖定、從邏輯盤讀取一個(gè)扇區(qū)、指定邏輯盤的指定一個(gè)扇區(qū)被改寫等。除了極個(gè)別的地方需要稍做修改外，這部分函數(shù)基本上都延用ZLG—FS里提供的程序。
2．4 文件分配表管理(FAT)的移植
文件Fat．c主要是FAT文件系統(tǒng)的文件分配表基本操作函數(shù)，包括：返回FAT表指定簇的下一個(gè)簇號、分配下一個(gè)簇、為指定簇鏈增加一個(gè)簇、刪除指定簇鏈。這些函數(shù)可以放心大膽地使用，不需要修改。
2．5 文件目錄表管理(FDT)的移植
文件Fdt．c是關(guān)于FAT文件系統(tǒng)的文件分配表基本操作程序。主要包括：將指定簇所有數(shù)據(jù)清零，讀取FDT信息，寫FDT信息，獲取根目錄指定文件(目錄)信息，獲取指定目錄指定文件(目錄)信息，設(shè)置根目錄指定文件(目錄)信息，設(shè)置指定目錄指定文件(目錄)信息，在指定目錄查找指定文件(目錄)，在指定目錄處增加指定文件(目錄)，在指定目錄刪除指定文件(目錄)，改變指定目錄指定文件(目錄)的屬性，判斷目錄是否為空，在指定目錄查看指定文件(目錄)是否存在。除了對最后兩個(gè)函數(shù)作了很小的改動外，其他函數(shù)都沒用動。