嵌入式常用的文件系统特点

ps：此文为本人在学习了“Hi3518EV20X／Hi3516CV200 Linux开发环境用户指南.pdf”文档后，总结记录下各常用文件系统的特点，以加深印象。

常用的文件系统

嵌入式系统中比较常用的文件系统有：cramfs、JFFS2、NFS、initrd、yaffs2、Ext4、squashfs以及others…

他们的特点如下：

• cramfs和JFFS2具有良好的空间特性（将文件数据以压缩形式存储），很适合嵌入式产品应用。
• cramfs与squashfs为只读文件系统。
• squashfs为压缩率最高。
• JFFS2为可读写文件系统。
• NFS文件系统适用于开发初期的调试阶段。
• yaffs2文件系统只用于NAND flash.
• initrd采用cramfs文件系统，为只读。
• Ext4文件系统用于EMMC卡。

1、cramfs

• 优点
  将文件数据以压缩形式存储，在需要运行时进行解压缩，能节省Flash存储空间。
• 缺点
  由于它存储的文件是压缩的格式，所以文件系统不能直接在Flash上运行。同时，文件系统运行时需要解压数据并拷贝至内存中，在一定程度上降低读取效率，另外cramfs文件系统是只读的。

如果想在单板运行的Linux中提供cramfs的能力，必须要在编译内核是把cramfs的选项加入。在make menuconfig后，进入“File->systems”，选择“miscellaneous filesystems”，最后选中其中的“Compressed ROM file system support”。

mkfs.cramfs是用来制作cramfs文件系统映像的工具。可使用如下指令制作：
@ mkfs.cramfs ./rootbox ./cramfs-root.img
其中，rootbox是之前已经制作好的根文件系统，cramfs-root.img是生成的cramfs文件系统映像文件。

2、JFFS2

• 优点
  使用了压缩的文件格式。最重要的特性是可读写操作。
• 缺点
  JFFS2文件系统挂载时需要扫描整个JFFS2文件系统，因此当JFFS2文件系统分区增大时，挂载时间也会相对的变长。使用JFFS2格式可能带来少量的Flash空间的浪费。这主要是由于日志文件的过度开销和用于回收系统的无用存储单元，浪费的空间大小大致是若干个数据段。JFFS2的另一缺点是当文件系统已满或接近满时，JFFS2运行速度会迅速降低。这是因为垃圾收集的问题。

加载JFFS2文件系统的步骤如下：

1. 扫描整个芯片，对日志节点进行校验，并且将日志节点全部装入内存缓存。
2. 对所有日志节点进行整理，抽取有效的节点整理出文件目录信息。
3. 找出文件系统中无效节点并将它们删除。
4. 最后整理内存中的信息，将加载到缓存中的无效节点释放。

由此可以看出虽然这样能有效的提高系统的可靠性，但是在一定程度上降低了系统的速度。尤其是对于较大的闪存芯片，加载过程会更慢。

为了使内核支持JFFS2文件系统，必须在编译内核时把JFFS2的选项加入。在make menuconfig后，进入“File->systems”，选择“miscellaneous filesystems”，最后选中其中的“Journalling Flash File System v2（JFFS2）support”选项。

JFFS2制作方法为：
@ mkfs.jffs2 -d ./rootbox -l -e 0x20000 -o jffs2-root.img

• rootbox:制作好的根文件系统。
• d:指定根文件系统。
• l:little-endian 小端模式。
• e:Flash的块大小。
• o:输出的映像文件。

3、yaffs2

yaffs2是专门为NAND Flash设计的嵌入式文件系统。它是日志结构的文件系统，提供了损耗平衡和掉电保护，可以有效地避免掉电对文件系统一致性和完整性的影响。

• 优点
  专门针对NAND Flash，软件结构得到优化，速度快。
  使用硬件的spare area区域存储文件组织信息，启动时只需扫描组织信息，启动比较快。
  采用多策略垃圾回收算法，能够提高垃圾回收的效率和公平性，达到损耗平衡的目的。
• 缺点
  没有采用压缩的文件格式。当包含相同的内容时，yaffs2镜像文件要比jffs2镜像大。

yaffs2制作方式如下：
@ mkyaffs2image ./rootbox yaffs2-root.img pagesize ecctype
其中，rootbox是之前已经制作好的根文件系统，yaffs2-root.img是生成的yaffs2文件系统镜像文件，pagesize是单板上焊接的NAND Flash器件的页大小，ecctype是单板上焊接NAND Flash器件的ecc类型。

ps：yaffs2在SDK中作为模块来提供，mkyaffs2image需要通过编译yaffs2模块生成。

4、initrd

initrd相当于存储介质，它支持的文件系统格式有ext2、cramfs等，因此内核除了要支持initrd外，还要支持cramfs文件系统。内核需要做如下配置，initrd才可以正常工作：

1. 进入“Device Drivers->Block devices”，选择支持“RAM disk support”和“Initial RAM disk（initrd）support”。
2. 进入“File->systems”，选择“miscellaneous filesystems”，最后选择其中的“Compressed ROM file system support”。

制作initrd的步骤如下：

1. 制作cramfs镜像文件。
2. 以1步骤制作的镜像文件作为输入，制作initrd文件，制作命令是“mkimage -A arm -T ramdisk -C none -a 0 -e 0 -n cramfs-initrd -d ./cramfs-image cramfs-initrd”。

5、squashfs

squashfs文件系统是一套基于Linux内核使用的压缩只读文件系统，压缩率高。

squashfs具有如下特点：

• 数据（data），节点（inode）和目录（directories）都被压缩。
• 保存了全部的32位UID/GIDS和文件的创建时间。
• 最大支持 4G文件系统。
• 检测并删除重复文件。

使用squashfs文件系统步骤：

1. 制作支持 squashfs 的内核镜像。进入 linux-3.4.y 目录下，执行以下命令：

cp arch/arm/configs/hi3518ev200_mini_defconfig .config 
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-hisiXXX-linux- menuconfig （保存退出即可）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-hisiXXX-linux- uImage

2. 制作 squashfs 文件系统镜像。在发布包 SDK/package/osdrv/tools/pc_tools 目录下的
   mksquashfs 为制作 squashfs 文件系统工具。使用方法如下：

./mksquashfs rootfs ./ rootfs.squashfs.img -b 64K –comp xz

其中，rootfs 是之前已经制作好的根文件系统，rootfs.squashfs.img 是生成的 squashfs 文
件系统映像文件。-b 64K 指定 squashfs 文件系统的块大小为 64K（决定于实际 spi flash
块大小）。-comp 指定文件系统压缩方式为 xz。请根据实际情况修改参数。

6、Ext4

Ext4 文件系统是一个高效的、优秀的、可靠的和极具特点的文件系统，相对于 Ext3 的的改进是更深层次的，是文件系统数据结构方面的优化。

1. 制作支持 Ext4 的内核镜像。进入 linux-3.4.y 目录下，执行以下命令：

cp arch/arm/configs/hi3518ev200_full_defconfig .config 
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-hisiXXX-linux- menuconfig（保存退出即可）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-hisiXXX-linux- uImage

2. 制作 Ext4 文件系统镜像。在发布包 SDK/package/osdrv/tools/pc_tools 目录下的
   make_ext4fs 为制作 Ext4 文件系统工具。使用方法如下：

./make_ext4f –l 32M –s rootfs.ext4.img rootfs

其中，-l 32M 是指定 uboot 中配置 emmc 的文件系统分区大小为 32M，-s 为使用 gzip
压缩，rootfs.ext4.img 是生成的 Ext4 文件系统映像文件，rootfs 是之前已经制作好的根
文件系统。请根据实际情况修改参数。