文件系统是操作系统最重要的部分之一，它为操作系统提供了一种结构化存储和管理数据的方法。文件系统的主要功能是管理数据的物理存储，并为用户提供访问数据的接口。用户程序建立在文件系统之上，通过文件系统访问数据，而不必直接操作物理存储设备。
原有的操作系统一般只支持单一的文件系统，文件系统与操作系统内核关系密切。Linux操作系统的文件系统结构是树状的，在根目录“/”下有很多子目录，每个目录都可以使用不同的文件系统类型。Linux中的文件不仅仅指普通的文件和目录，还将设备视为一种特殊的文件。因此，每个不同的设备在逻辑上都可以看作不同的文件系统。
在Linux操作系统中，为了支持多种不同的文件系统，采用了虚拟文件系统（VFS，Visual Filesystem Switch）技术。虚拟文件系统是对多种实际文件系统的公共功能的抽象，它屏蔽了各种文件系统实现细节的差异，为用户程序访问文件系统提供统一、抽象、标准的接口，如open()、read()、write()等。这样，用户程序就不需要关心所操作的具体文件属于哪个文件系统，也不需要关心这个文件系统是如何设计和实现的。对所有文件的访问方式都是完全相同的。VFS与实际文件系统的关系如图1所示。
2 闪存
Flash 存储器凭借高可靠性、高存储密度、价格低廉、非易失性、易擦写等优点，取代了传统的 EPROM 和 EEPROM，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。Flash 存储器可以分为若干个块，每个块由若干个页组成。Flash 的擦除操作以块为单位进行，而读写操作则以页为单位进行。Flash 存储器在写入之前必须擦除目标块。根据所采用的制造工艺不同，Flash 存储器主要分为 Nor Flash 和 Nand Flash。
1)Nor Flash。
Nor Flash通常容量较小，其主要特点是片内执行（XIP，eXecute In Place），即程序代码可以直接在Flash中运行，而不需要将代码读到RAM中执行。Nor Flash具有RAM接口，访问方便。其缺点是擦除电路复杂，写入速度和擦除速度比较慢，最大擦写次数在10万次左右，典型块大小为128kB。
2）Nand Flash。
Nand Flash通常容量大，存储密度高，降低了单价。Nand Flash块大小较小，典型大小为8kB，擦除速度快，使用寿命较长，最大擦写次数可达100万次，但其访问接口为复杂的I/O口，另外坏块、位反转多，对驱动程序的要求高。由于Nor Flash和Nand Flash各有特点，用途也不同，Nor Flash一般用于存储较小的代码，而Nand Flash用于存储较大的数据。
3 Flash文件系统
在嵌入式系统中，传统的文件系统如ext2也可以运行在Flash上，但是这类文件系统没有考虑到Flash存储器的物理特性和使用特性。例如，Flash存储器每个块的最大擦写次数是有限的，如果能均匀地使用每个块，可以延长Flash整体的寿命，这就需要有磨损均衡功能；为了提高Flash存储器的利用率，还应该有收集存储空间碎片的功能；在嵌入式系统中，需要考虑系统意外断电的情况，因此文件系统应该具有断电保护功能，保证系统在意外断电的情况下不会丢失数据。因此，在Flash存储设备上，采用专门针对Flash存储器的要求而设计的JFFS2(Journaling Flash File System Version 2)文件系统更为合适。
3.1 日志文件系统
JFFS2 是一种日志文件系统。在日志文件系统中，所有文件系统内容的改变，比如文件的写操作，都会被记录在日志中。每隔一段时间，文件系统就会更新文件的实际内容，然后删除这部分日志并重新开始记录。如果文件内容的改变操作因为系统意外的错误而中断，比如断电，系统重启时会根据日志继续之前的操作。这样系统数据就更加安全，不会因为系统意外的错误而丢失文件内容。
3.2 MTD 驱动
JFFS2建立在MTD（Memory Technology Devices）技术的基础上。MTD是专门为访问Flash存储设备而设计的Linux子系统，它提供了一系列对Flash操作的标准接口，可以更好地支持Flash的擦除、读写操作。通过MTD技术，可以将硬件驱动设计和系统程序设计分开。为了使用JFFS2文件系统，需要将MTD子系统编译进内核。MTD子系统提供了MTD_CHAR和MTD_BLOCK两个模块用于访问Flash。MTD_CHAR代表Flash为字符设备，与之关联的设备文件为/dev/mtd0等；MTD_BLOCK代表Flash为块设备，与之关联的设备文件为/dev/mtdblock0等；JFFS2文件系统建立在MTD_BLOCK模块的基础上。
3.3 JFFS2文件系统
JFFS（Journaling Flash File System）是由瑞典Axis Communications公司专门针对嵌入式系统中Flash存储器的特点而设计的日志文件系统。Redhat公司的David Woodhouse在JFFS基础上进行了改进，发布了JFFS2（Journaling Flash File System Version 2）。与JFFS相比，JFFS2支持更多的节点类型，提高了磨损均衡和碎片收集能力，增加了对硬链接的支持。JFFS2还增加了数据压缩功能，更利于在体积较小的Flash中使用。与ext2等传统Linux文件系统相比，JFFS2处理擦除和读写操作的效率更高，并有完善的断电保护功能，使存储的数据更加安全。在嵌入式系统中使用JFFS2文件系统几乎没有什么缺点，只是在文件系统快满的时候，JFFS2会因为碎片收集而变慢。
4 JFFS2文件系统的实现
本文采用的目标板CPU为韩国三星公司的S3C2410X，这是一款基于ARM920T内核的嵌入式微处理器；采用的Flash存储器为Intel公司的Strata Flash系列的E28F128，是典型的Nor Flash芯片，容量为16MB；本文采用的操作系统内核版本为嵌入式系统中广泛使用的Linux-2.4.18-rmk7-pxal。
4.1 内核修剪
首先进入drivers/mtd/maps/目录，写入Flash芯片的map文件，例如文件名为s3c2410-strata.c。在map文件中需要定义Flash基地址、大小、宽度、分区表、读写函数、初始化和释放函数等。分区表示例如下：
静态结构mtd_partition s3c2410_partitions[] =
名称：“引导加载程序”
大小：0x00030000，
报价：0x0，
mask_flags:MTD_WRITEABLE， 复制代码
}，
名称：“内核”，
大小：0x000d0000jffs2文件系统及新特性介绍，
偏移量：MTDPART_OFS_APPEND，
mask_flags:MTD_WRITEABLE， 复制代码
}，
名称：“rootfs”，
尺寸：MTDPART_SIZ_FULL，
偏移量：MTDPART_OFS_APPEND，
};
这里将Flash划分为三个分区，分别存放bootloader、kernel和根文件系统。mask_flags：MTD_WRITEABIE表示该分区为只读；MTDPART_OFS_APPEND表示该分区紧挨着上一个分区；MTDPART_SIZ_FULL表示剩余空间被占用。本文将JFFS2文件系统的映像存放在第三个分区中jffs2文件系统及新特性介绍，作为系统的根文件系统。
然后修改Makefile文件，添加如下语句：
obj -$(CONFIG_MID_S3C2410) += s3c2410-strata.O
再次修改Config.in文件，在适当的位置添加如下语句：
dep_tristate ‘Intel Strata Flash 设备映射到 S3C2410’ CONFIG_MTD_S3C2410 CONFIG_MTD_CFI
然后回到Linux源码目录，运行make menuconfig来配置和裁剪操作系统内核。要在Intel E28F128 Flash上使用JFFS2文件系统，请特别注意以下两个选项：
1）在“内存技术设备（MTD）”选项中，选择：
内存技术设备 (MTD) 支持
MTD 分区支持
兑现块设备访问 MTD 设备 RAM/ROM/Flash 芯片驱动程序—>
通过通用闪存接口 (CFI) 探针检测闪存芯片
支持Intel/Sharp闪存芯片映射驱动程序以进行芯片访问—>
CFI 物理内存映射中的闪存设备(0)闪存映射的物理起始地址 (1000000)闪存映射的物理长度(2)八位字节的总线宽度
Intel StrataFlash 设备映射到 S3C2410
这里设置Flash芯片的起始地址、大小和宽度，例如：起始地址为“0”，大小为“1000000”，即16MB，宽度为“2”，即16字节。然后选择你添加的“Intel Strata Flash device tagged on S3C2410”。
2）在“文件系统”选项中，选择：
Joumalling Flash 文件系统 v2(JFFS2)支持
其余函数大家根据实际情况裁剪即可，然后保存退出，再编译操作系统内核映像。
4.2 创建根文件系统映像
要创建根文件系统的映像，可以使用 BusyBox 生成所需的大部分文件，然后创建 /dev、/proc 和 /etc 等目录，并在 dev 目录下创建设备文件，例如：
$ mknod dev/console C 5 1
目录和文件创建完成后，使用mkfs.jffs2工具生成文件系统映像：
$./mkfs.jffs2 -e0x20000 -d./rootfsdir -ojffs2.img
其中，-e 0x20000表示擦除块大小为128kB；-d表示文件系统所在目录；-o表示文件系统映像名称。
4.3 烧掉然后跑掉
根据分配的分区表信息，将Bootloader、内核镜像、根文件系统镜像写入Flash中指定区域，并在Bootloader中设置内核命令行，例如“noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttyS0”，然后启动系统。
5 结论
JFFS2文件系统是专门针对嵌入式系统中的Flash存储芯片而设计的，由于其自身的特点，JFFS2适合在Nor Flash系列芯片上使用。本文以Intel Strata Flash E28F128为例，介绍在Nor Flash上实现JFFS2文件系统的过程，为嵌入式Linux下的应用程序开发奠定基础。
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