標題：嵌入式Linux的DiskOnChip設(shè)備驅(qū)動開發(fā)
在以計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合的信息時代的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的形勢下，3C（Computer，Communication，Consumer）合一的趨勢已經(jīng)形成，其結(jié)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(yīng)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(shè)備一般不會采用硬盤等大容量高功耗設(shè)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(shè)備的支持及驅(qū)動。
2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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(yīng)用于信息存儲、機頂盒、網(wǎng)絡(luò)計算以及嵌入式計算機等領(lǐng)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(fù)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�？梢灾苯右龑в嬎銠C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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)。
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(shè)備的專利技術(shù)。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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)的函數(shù)，這個函數(shù)處理一些與物理結(jié)構(gòu)無關(guān)的操作，并且把他重定向為真實文件系統(tǒng)中相應(yīng)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(jié)構(gòu)相關(guān)的操作。
4 構(gòu)建嵌入式Linux內(nèi)核DOC設(shè)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(shè)備被模擬為IDE塊設(shè)備進行識別，系統(tǒng)用主設(shè)備號（MAJOR）加次設(shè)備（MINOR）號來惟一標識一個設(shè)備。相同主設(shè)備號表示同一類設(shè)備，例如都是硬盤；次設(shè)備號標識同類設(shè)備的個數(shù)。所有設(shè)備在適當?shù)哪夸洠ㄍǔＴ冢痙ev目錄）下必須有相應(yīng)的文件，這樣字符設(shè)備和塊設(shè)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(shè)備操作經(jīng)常要和緩沖區(qū)打交道，從而更加復(fù)雜一些。系統(tǒng)設(shè)備管理的總體框圖如圖3所示。
