嵌入式根文件系统的移植和制作（一）

Linux支持多种文件系统，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，为了对

各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual FileSystem)，为各类文件系统提供

一个统一的操作界面和应用编程接口。

Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系

统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的

文件系统。

不同的文件系统类型有不同的特点，因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合

。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存储器)，常用的基于

存储设备的文件系统类型包括：jffs2,yaffs,cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。

1. 基于FLASH的文件系统

Flash(闪存)作为嵌入式系统的主要存储媒介，有其自身的特性。Flash的写入操作只能把对应位

置的1修改为0，而不能把0修改为1(擦除Flash就是把对应存储块的内容恢复为1)，因此，一般情况下，向

Flash写入内容时，需要先擦除对应的存储区间，这种擦除是以块(block)为单位进行的。

闪存主要有NOR和NAND两种技术。Flash存储器的擦写次数是有限的，NAND闪存还有特殊的硬件接口

和读写时序。因此，必须针对Flash的硬件特性设计符合应用要求的文件系统；传统的文件系统如ext2等

，用作Flash的文件系统会有诸多弊端。

一块Flash芯片可以被划分为多个分区，各分区可以采用不同的文件系统；两块Flash芯片也可以

合并为一个分区使用，采用一个文件系统。即文件系统是针对于存储器分区而言的，而非存储芯片。

在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnologyDevice,存储技术设备)为底层硬件(闪存)和上层(文件

系统)之间提供一个统一的抽象接口，即Flash的文件系统都是基于MTD驱动层的(参见上面的Linux下的文

件系统结构图)。使用MTD驱动程序的主要优点在于，它是专门针对各种非易失性存储器(以闪存为主)而设

计的，因而它对Flash有更好的支持、管理和基于扇区的擦除、读/写操作接口。

(1) jffs2

JFFS文件系统最早是由瑞典AxisCommunications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件

系统。JFFS2是RedHat公司基于JFFS开发的闪存文件系统，最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发

的嵌入式文件系统，所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。

Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志

型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近

满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。

jffs不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大，这样导致jffs为维护日志节点所占

用的内存空间迅速增大，另外，jffs文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容，以找出所有的日志节

点，建立文件结构，对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。

(2) yaffs：Yet Another Flash File System

yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比，它

减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。另外，它还

是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE,pSOS和ThreadX等。

yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以

不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。

yaffs与yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存，后者则可支持大页

(2KB) NAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。

(3) Cramfs：Compressed ROM File System

Cramfs是Linux的创始人 LinusTorvalds参与开发的一种只读的压缩文件系统。它也基于MTD驱动

程序。在cramfs文件系统中，每一页(4KB)被单独压缩，可以随机页访问，其压缩比高达2:1,为嵌入式系

统节省大量的Flash存储空间，使系统可通过更低容量的FLASH存储相同的文件，从而降低系统成本。

Cramfs文件系统以压缩方式存储，在运行时解压缩，所以不支持应用程序以XIP方式运行，所有的

应用程序要求被拷到RAM里去运行，但这并不代表比Ramfs需求的RAM空间要大一点，因为Cramfs是采用分

页压缩的方式存放档案，在读取档案时，不会一下子就耗用过多的内存空间，只针对目前实际读取的部分

分配内存，尚没有读取的部分不分配内存空间，当我们读取的档案不在内存时，Cramfs文件系统自动计算

压缩后的资料所存的位置，再即时解压缩到RAM中。

另外，它的速度快，效率高，其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏，提高了系统的可靠性

。

由于以上特性，Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。

但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷，使得用户无法对其内容对进扩充。

Cramfs映像通常是放在Flash中，但是也能放在别的文件系统里，使用loopback 设备可以把它安

装别的文件系统里。

(4) Romfs

传统型的Romfs文件系统是一种简单的、紧凑的、只读的文件系统，不支持动态擦写保存，按顺序

存放数据，因而支持应用程序以XIP(eXecuteInPlace，片内运行)方式运行，在系统运行时，节省RAM空间

。uClinux系统通常采用Romfs文件系统。

其他文件系统：fat/fat32也可用于实际嵌入式系统的扩展存储器(例如PDA,Smartphone,数码相机

等的SD卡)，这主要是为了更好的与最流行的Windows桌面操作系统相兼容。ext2也可以作为嵌入式Linux

的文件系统，不过将它用于FLASH闪存会有诸多弊端。