OpenHarmony（鸿蒙南向开发）——轻量系统内核（LiteOS-M）【扩展组件】

news2024/12/23 13:06:50

往期知识点记录：

  • 鸿蒙（HarmonyOS）应用层开发（北向）知识点汇总
  • 鸿蒙（OpenHarmony）南向开发保姆级知识点汇总~
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C++支持

基本概念

C++作为目前使用最广泛的编程语言之一，支持类、封装、重载等特性，是在C语言基础上开发的一种面向对象的编程语言。

运行机制

C++代码的识别主要由编译器支持，系统主要对全局对象进行构造函数调用，进行初始化操作。

开发指导

接口说明

表1 C++支持接口

功能分类接口名描述
使用C++特性的前置条件LOS_CppSystemInitC++构造函数初始化

开发流程

使用C++特性之前，需要调用函数LOS_CppSystemInit，实现C++构造函数初始化，其中被初始化的构造函数存在init_array这个段中，段区间通过变量__init_array_start__、__init_array_end__传递。

表2 参数说明

参数参数说明
init_array_startinit_array段起始位置
init_array_endinit_array段结束位置

说明： 调用该函数时，一定要在c++业务前。另外部分与系统资源强相关的类或接口，如std::thread，std::mutex等，在三方编译器使用的c库非musl c时，存在兼容性问题，不建议使用。

编程实例

void app_init(void)
{
......
/* 启动阶段C++初始化 */
LOS_CppSystemInit((UINTPTR)&__init_array_start__, (UINTPTR)&__init_array_end__);
/* C++业务 */
......
}

CPU占用率

基本概念

CPU（中央处理器，Central Processing Unit）占用率分为系统CPU占用率和任务CPU占用率。

系统CPU占用率：是指周期时间内系统的CPU占用率，用于表示系统一段时间内的闲忙程度，也表示CPU的负载情况。系统CPU占用率的有效表示范围为0～100，其单位为百分比。100表示系统满负荷运转。

任务CPU占用率：指单个任务的CPU占用率，用于表示单个任务在一段时间内的闲忙程度。任务CPU占用率的有效表示范围为0～100，其单位为百分比。100表示在一段时间内系统一直在运行该任务。

用户通过系统级的CPU占用率，判断当前系统负载是否超出设计规格。

通过系统中各个任务的CPU占用情况，判断各个任务的CPU占用率是否符合设计的预期。

此外开启CPUP的情况下，可选择开启中断占用率统计。

中断占用率：是指单个中断在全部中断消耗时间的占用率。占用率的有效表示范围为0～100。100表示在一段时间内仅触发该中断。

运行机制

OpenHarmony LiteOS-M的CPUP（CPU Percent，系统CPU占用率）采用任务级记录的方式，在任务切换时，记录任务启动时间，任务切出或者退出时间，每次当任务退出时，系统会累加整个任务的占用时间。

可以在target_config.h的中对该功能进行选配。

OpenHarmony LiteOS-M提供以下两种CPU占用率的信息查询：

  • 系统CPU占用率。
  • 任务CPU占用率。

此外，系统还提供了中断占用率的信息查询能力（需同时开启CPUP和定时器）。

占用率的计算方法：

系统CPU占用率=系统中除idle任务外其他任务运行总时间/系统运行总时间

任务CPU占用率=任务运行总时间/系统运行总时间

中断占用率=单个中断运行时间/中断运行总时间

接口说明

表1 功能列表

功能分类接口描述
获取系统CPU占用率LOS_SysCpuUsage：获取当前系统CPU占用率
LOS_HistorySysCpuUsage：获取系统历史CPU占用率
获取任务CPU占用率LOS_TaskCpuUsage：获取指定任务CPU占用率
LOS_HistoryTaskCpuUsage：获取指定任务历史CPU占用率
LOS_AllTaskCpuUsage：获取所有任务CPU占用率
输出任务CPU占用率LOS_CpupUsageMonitor：输出任务历史CPU占用率
获取中断CPU占用率LOS_GetAllIrqCpuUsage：获取所有中断CPU占用率

开发流程

在kernel/liteos_m目录下执行 make menuconfig 命令配置"Kernel->Enable Cpup"中打开YES开启任务cpup；

开启后出现新选项“Enable Cpup include irq”打开YES开启中断cpup。

CPU占用率的典型开发流程：

  1. 调用获取系统CPU占用率函数LOS_SysCpuUsage。

  2. 调用获取系统历史CPU占用率函数LOS_HistorySysCpuUsage。

  3. 调用获取指定任务CPU占用率函数LOS_TaskCpuUsage。

    • 若任务已创建，则关中断，正常获取，恢复中断；
    • 若任务未创建，则返回错误码；

  4. 调用获取指定任务历史CPU占用率函数LOS_HistoryTaskCpuUsage。

    • 若任务已创建，则关中断，根据不同模式正常获取，恢复中断；
    • 若任务未创建，则返回错误码；

  5. 调用获取所有任务CPU占用率函数LOS_AllCpuUsage。

    • 若CPUP已初始化，则关中断，根据不同模式正常获取，恢复中断；
    • 若CPUP未初始化或有非法入参，则返回错误码；

编程实例

实例描述

本实例实现如下功能：

  1. 创建一个用于CPUP测试的任务。

  2. 获取当前系统CPUP。

  3. 以不同模式获取历史系统CPUP。

  4. 获取创建的测试任务的CPUP。

  5. 以不同模式获取创建的测试任务的CPUP

示例代码

前提条件：

在kernel/liteos_m目录下执行 make menuconfig命令配置"Kernel->Enable Cpup"中开启任务cpup：

代码实现如下：

本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数ExampleCpup。

#include "los_task.h"
#include "los_cpup.h"

#define TEST_TASK_PRIO  5
#define TASK_DELAY_TIME 100
VOID CpupTask(VOID)
{
    printf("entry cpup test example\n");
    usleep(TASK_DELAY_TIME);
    usleep(TASK_DELAY_TIME);
    printf("exit cpup test example\n");
}

UINT32 ExampleCpup(VOID)
{
    UINT32 ret;
    UINT32 cpupUse;
    UINT32 taskID;
    TSK_INIT_PARAM_S cpupTestTask = { 0 };

    cpupTestTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)CpupTask;
    cpupTestTask.pcName       = "TestCpupTsk";
    cpupTestTask.uwStackSize  = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
    cpupTestTask.usTaskPrio   = TEST_TASK_PRIO;
    ret = LOS_TaskCreate(&taskID, &cpupTestTask);
    if(ret != LOS_OK) {
        printf("cpupTestTask create failed .\n");
        return LOS_NOK;
    }

    usleep(TASK_DELAY_TIME);

    /* 获取当前系统CPU占用率 */
    cpupUse = LOS_SysCpuUsage();
    printf("the current system cpu usage is: %u.%u\n",
            cpupUse / LOS_CPUP_PRECISION_MULT, cpupUse % LOS_CPUP_PRECISION_MULT);

    /* 获取当前系统历史CPU占用率 */
    cpupUse = LOS_HistorySysCpuUsage(CPUP_LESS_THAN_1S);
    printf("the history system cpu usage in all time：%u.%u\n",
           cpupUse / LOS_CPUP_PRECISION_MULT, cpupUse % LOS_CPUP_PRECISION_MULT);

    /* 获取指定任务的CPU占用率 */
    cpupUse = LOS_TaskCpuUsage(taskID);
    printf("cpu usage of the cpupTestTask:\n TaskID: %d\n usage: %u.%u\n",
           taskID, cpupUse / LOS_CPUP_PRECISION_MULT, cpupUse % LOS_CPUP_PRECISION_MULT);

    /* 获取指定任务在系统启动到现在的CPU占用率 */
    cpupUse = LOS_HistoryTaskCpuUsage(taskID, CPUP_LESS_THAN_1S);
    printf("cpu usage of the cpupTestTask in all time:\n TaskID: %d\n usage: %u.%u\n",
           taskID, cpupUse / LOS_CPUP_PRECISION_MULT, cpupUse % LOS_CPUP_PRECISION_MULT);

    return LOS_OK;
}

结果验证

编译运行得到的结果为：

entry cpup test example
the current system cpu usage is: 8.2
the history system cpu usage in all time：8.9
cpu usage of the cpupTestTask:
 TaskID: 5
 usage: 0.5
cpu usage of the cpupTestTask in all time:
 TaskID: 5
 usage: 0.5

exit cpup test example

根据实际运行环境，上文中的数据会有差异，非固定结果

动态加载

基本概念

在硬件资源有限的小设备中，需要通过算法的动态部署能力来解决无法同时部署多种算法的问题。以开发者易用为主要考虑因素，同时考虑到多平台的通用性，LiteOS-M选择业界标准的ELF加载方案，方便拓展算法生态。LiteOS-M提供类似于dlopen、dlsym等接口，APP通过动态加载模块提供的接口可以加载、卸载相应算法库。如图1所示，APP需要通过三方算法库所需接口获取对应信息输出，三方算法库又依赖内核提供的基本接口，如malloc等。APP加载所需接口，并对相关的未定义符号完成重定位后，APP即可调用该接口完成功能调用。目前动态加载组件只支持arm架构。此外，待加载的共享库需要验签或者限制来源，确保系统的安全性。

图1 LiteOS-M内核动态加载架构图

运行机制

符号表导出

共享库调用内核接口需要内核主动暴露动态库所需的接口，如图2所示，该机制将符号信息编译到指定段中，调用SYM_EXPORT宏即可完成对指定符号的信息导出。符号信息通过结构体SymInfo描述，成员包括符号名和符号地址信息，宏SYM_EXPORT通过__attribute__编译属性将符号信息导入.sym.*段中。

typedef struct {
  CHAR    *name;
  UINTPTR addr;
} SymInfo;

#define SYM_EXPORT(func)                                            \
const SymInfo sym_##func __attribute__((section(".sym."#func))) = { \
    .name = #func,                                                  \
    .addr = (UINTPTR)func                                           \
};

图2 导出的符号表信息

ELF文件加载

加载过程中，根据ELF文件的句柄以及程序头表的段偏移可以得到需要加载到内存的LOAD段，一般有两个段，只读段及读写段，如下所示，可以用readelf -l查看ELF文件的LOAD段信息。如图3所示，根据相应的对齐属性申请物理内存，通过每个段的加载基址及偏移将代码段或数据段写入内存中。

$ readelf -l lib.so

Elf file type is DYN (Shared object file)
Entry point 0x5b4
There are 4 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  EXIDX          0x000760 0x00000760 0x00000760 0x00008 0x00008 R   0x4
  LOAD           0x000000 0x00000000 0x00000000 0x0076c 0x0076c R E 0x10000LOAD           0x00076c 0x0001076c 0x0001076c 0x0010c 0x00128 RW  0x10000
  DYNAMIC        0x000774 0x00010774 0x00010774 0x000c8 0x000c8 RW  0x4

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .ARM.exidx
   01     .hash .dynsym .dynstr .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini .ARM.exidx .eh_frame
   02     .init_array .fini_array .dynamic .got .data .bss
   03     .dynamic

图3 ELF文件的加载过程

ELF文件链接

如图4所示，通过ELF文件的.dynamic段获取重定位表，遍历表中每一个需要重定位的条目，再根据需要重定位的符号名在共享库和内核提供的导出符号表中查找相应符号并更新相应的重定位信息。

图4 ELF文件的链接过程

ELF支持规格

ELF支持类型

编译共享库时，添加-fPIC可以编译出位置无关代码（-fPIC为编译选项），此时共享库文件类型为ET_DYN，其可以加载至任意有效的地址区间。

例：arm-none-eabi-gcc -fPIC –shared –o lib.so lib.c

ELF共享库编译链接选项

  1. “-nostdlib”编译链接选项：不依赖编译器中lib库。

  2. “-nostartfiles”编译链接选项：不依赖编译器中启动相关的文件。

  3. “-fPIC”编译选项：可编译位置无关的共享库。

  4. “-z max-page-size=4”链接选项：二进制文件中可加载段的对齐字节数为4，可节约内存，可用于动态库。

  5. “-mcpu=”需要指定对应的CPU架构。

约束

  • 不支持应用程序加载，只支持共享库加载。
  • 待加载的共享库不能依赖编译器中的libc库及其他共享库，只能依赖内核提供的对外接口（由导出的符号表提供）。
  • 依赖交叉编译器及文件系统。

文件系统

VFS

基本概念

VFS（Virtual File System） 是文件系统的虚拟层，它不是一个实际的文件系统，而是一个异构文件系统之上的软件粘合层，为用户提供统一的类Unix文件操作接口。由于不同类型的文件系统接口不统一，若系统中有多个文件系统类型，访问不同的文件系统就需要使用不同的非标准接口。而通过在系统中添加VFS层，提供统一的抽象接口，屏蔽了底层异构类型的文件系统的差异，使得访问文件系统的系统调用不用关心底层的存储介质和文件系统类型，提高开发效率。

M核的文件系统子系统当前支持的文件系统有FATFS与LittleFS。通过VFS层提供了POSIX标准的操作，保持了接口的一致性，但是因为M核的资源非常紧张，VFS层非常轻薄，没有提供类似A核的高级功能（如pagecache等），主要是接口的标准化和适配工作，具体的事务由各个文件系统实际承载。M核文件系统支持的功能如下表所示：

接口说明

表1 文件操作

接口名描述FATFSLITTLEFS
open打开文件支持支持
close关闭文件支持支持
read读取文件内容支持支持
write往文件写入内容支持支持
lseek设置文件偏移位置支持支持
stat通过文件路径名获取文件信息支持支持
unlink删除文件支持支持
rename重命名文件支持支持
fstat通过文件句柄获取文件信息支持支持
fsync文件内容刷入存储设备支持支持

表2 目录操作

接口名描述FATFSLITTLEFS
mkdir创建目录支持支持
opendir打开目录支持支持
readdir读取目录项内容支持支持
closedir关闭目录支持支持
rmdir删除目录支持支持

表3 分区操作

接口名描述FATFSLITTLEFS
mount分区挂载支持支持
umount分区卸载支持支持
umount2分区卸载，可通过MNT_FORCE参数进行强制卸载支持不支持
statfs获取分区信息支持不支持

ioctl，fcntl等接口由不同的lib库支持，与底层文件系统无关。

FAT

基本概念

FAT文件系统是File Allocation Table（文件配置表）的简称，主要包括DBR区、FAT区、DATA区三个区域。其中，FAT区各个表项记录存储设备中对应簇的信息，包括簇是否被使用、文件下一个簇的编号、是否文件结尾等。FAT文件系统有FAT12、FAT16、FAT32等多种格式，其中，12、16、32表示对应格式中FAT表项的比特数。FAT文件系统支持多种介质，特别在可移动存储介质（U盘、SD卡、移动硬盘等）上广泛使用，使嵌入式设备和Windows、Linux等桌面系统保持很好的兼容性，方便用户管理操作文件。

OpenHarmony内核支持FAT12、FAT16与FAT32三种格式的FAT文件系统，具有代码量小、资源占用小、可裁切、支持多种物理介质等特性，并且与Windows、Linux等系统保持兼容，支持多设备、多分区识别等功能。OpenHarmony内核支持硬盘多分区，可以在主分区以及逻辑分区上创建FAT文件系统。

开发指导

驱动适配

FAT文件系统的使用需要底层MMC相关驱动的支持。在一个带MMC存储设备的板子上运行FATFS，需要：

1、适配板端EMMC驱动，实现disk_status、disk_initialize、disk_read、disk_write、disk_ioctl接口；

2、新增fs_config.h文件，配置FS_MAX_SS（存储设备最大sector大小）、FF_VOLUME_STRS（分区名）等信息，例如：

#define FF_VOLUME_STRS     "system", "inner", "update", "user"
#define FS_MAX_SS          512
#define FAT_MAX_OPEN_FILES 50
分区挂载

移植FATFS到新硬件设备上，需要在初始化flash驱动后，完成设备分区。

设备分区接口：int LOS_DiskPartition(const char *dev, const char *fsType, int *lengthArray, int *addrArray, int partNum)；

  • dev：设备名称， 如“spinorblk0”
  • fsType：文件系统类型，”vfat“
  • lengthArray：该设备上各分区的长度列表，fatfs填入百分比即可
  • addrArray：该设备上各分区的起始地址列表
  • partNum：分区的个数

格式化接口：int LOS_PartitionFormat(const char *partName, char *fsType, void *data)；

  • partName：分区名称，设备名称+ ‘p’ + 分区号，如“spinorblk0p0”
  • fsType：文件系统类型，”vfat“
  • data：私有数据 传入（VOID *）formatType，（如FMT_FAT， FMT_FAT32）

mount接口：int mount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype, unsigned long mountflags, const void *data)；

  • source：分区名称，设备名称+ ‘p’ + 分区号，如“spinorblk0p0”
  • target：挂载路径
  • filesystemtype：文件系统类型，”vfat“
  • mountflags：mount配置参数
  • data：私有数据，传入（VOID *）formatType，（如FMT_FAT， FMT_FAT32）

本参考代码已在 ./device/qemu/arm_mps2_an386/liteos_m/board/fs/fs_init.c 中实现，M核qemu上可直接使用，请参考并根据实际硬件修改。

#include "fatfs_conf.h"
#include "fs_config.h"
#include "los_config.h"
#include "ram_virt_flash.h"
#include "los_fs.h"

struct fs_cfg {
    CHAR *mount_point;
    struct PartitionCfg partCfg;
};

INT32 FatfsLowLevelInit()
{
    INT32 ret;
    INT32 i;
    UINT32 addr;
    int data = FMT_FAT32;

    const char * const pathName[FF_VOLUMES] = {FF_VOLUME_STRS};
    HalLogicPartition *halPartitionsInfo = getPartitionInfo(); /* 获取长度和起始地址的函数，请根据实际单板适配 */
    INT32 lengthArray[FF_VOLUMES] = {25, 25, 25, 25};
    INT32 addrArray[FF_VOLUMES];

    /* 配置各分区的地址和长度，请根据实际单板适配 */
    for (i = 0; i < FF_VOLUMES; i++) {
        addr = halPartitionsInfo[FLASH_PARTITION_DATA1].partitionStartAddr + i * 0x10000;
        addrArray[i] = addr;
        FlashInfoInit(i, addr);
    }

    /* 配置分区信息，请根据实际单板适配 */
    SetupDefaultVolToPartTable();

    ret = LOS_DiskPartition("spinorblk0", "vfat", lengthArray, addrArray, FF_VOLUMES);
    printf("%s: DiskPartition %s\n", __func__, (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }

    ret = LOS_PartitionFormat("spinorblk0p0", "vfat", &data);
    printf("%s: PartitionFormat %s\n", __func__, (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }

    ret = mount("spinorblk0p0", "/system", "vfat", 0, &data);
    printf("%s: mount fs on '%s' %s\n", __func__, pathName[0], (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }
    return 0;
}
开发流程

说明：

  • FATFS文件与目录操作：
    • 单个文件大小不超过4G。
    • 支持同时打开的文件数最大为FAT_MAX_OPEN_FILES，文件夹数最大为FAT_MAX_OPEN_DIRS。
    • 暂不支持根目录管理，文件/目录名均以分区名开头，例如“user/testfile”就是在“user”分区下名为“testfile”的文件或目录。
    • 若需要同时多次打开同一文件，必须全部使用只读方式（O_RDONLY）。以可写方式（O_RDWR、O_WRONLY等）只能打开一次。
    • 读写指针未分离，例如以O_APPEND（追加写）方式打开文件后，读指针也在文件尾，从头读文件前需要用户手动置位。
    • 暂不支持文件与目录的权限管理。
    • stat及fstat接口暂不支持查询修改时间、创建时间和最后访问时间。微软FAT协议不支持1980年以前的时间。
  • FATFS分区挂载与卸载：
    • 支持以只读属性挂载分区。当mount函数的入参为MS_RDONLY时，所有的带有写入的接口，如write、mkdir、unlink，以及非O_RDONLY属性的open，将均被拒绝。
    • mount支持通过MS_REMOUNT标记修改已挂载分区的权限。
    • 在umount操作前，需确保所有目录及文件全部关闭。
    • umount2支持通过MNT_FORCE参数强制关闭所有文件与文件夹并umount，但可能造成数据丢失，请谨慎使用。
  • FATFS支持重新划分存储设备分区、格式化分区，对应接口为fatfs_fdisk与fatfs_format：
    • 在fatfs_format操作之前，若需要格式化的分区已挂载，需确保分区中的所有目录及文件全部关闭，并且分区umount。
    • 在fatfs_fdisk操作前，需要该设备中的所有分区均已umount。
    • fatfs_fdisk与fatfs_format会造成设备数据丢失，请谨慎使用。

编程实例

实例描述

本实例实现以下功能：

  1. 创建目录“system/test”

  2. 在“system/test”目录下创建文件“file.txt”

  3. 在文件起始位置写入“Hello OpenHarmony!”

  4. 将文件内容刷入设备中

  5. 设置偏移到文件起始位置

  6. 读取文件内容

  7. 关闭文件

  8. 删除文件

  9. 删除目录

示例代码

前提条件：

系统已将设备分区挂载到目录，qemu默认已挂载system。

在kernel/liteos_m目录下执行 make menuconfig 命令配置"FileSystem->Enable FS VFS"开启FS功能；

开启FS后出现新选项“Enable FAT”开启FAT。

代码实现如下：

本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数ExampleFatfs。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "unistd.h"

#define BUF_SIZE 20
#define TEST_ROOT "system"  /* 测试的根目录请根据实际情况调整 */
VOID ExampleFatfs(VOID)
{
  int ret;
  int fd;
  ssize_t len;
  off_t off;
  char dirName[BUF_SIZE] = TEST_ROOT"/test";
  char fileName[BUF_SIZE] = TEST_ROOT"/test/file.txt";
  char writeBuf[BUF_SIZE] = "Hello OpenHarmony!";
  char readBuf[BUF_SIZE] = {0};

  /* 创建测试目录 */
  ret = mkdir(dirName, 0777);
  if (ret != LOS_OK) {
      printf("mkdir failed.\n");
      return;
  }

  /* 创建可读写测试文件 */
  fd = open(fileName, O_RDWR | O_CREAT, 0777);
  if (fd < 0) {
      printf("open file failed.\n");
      return;
  }

  /* 将writeBuf中的内容写入文件 */
  len = write(fd, writeBuf, strlen(writeBuf));
  if (len != strlen(writeBuf)) {
      printf("write file failed.\n");
      return;
  }

  /* 将文件内容刷入存储设备中 */
  ret = fsync(fd);
  if (ret != LOS_OK) {
      printf("fsync failed.\n");
      return;
  }

  /* 将读写指针偏移至文件头 */
  off = lseek(fd, 0, SEEK_SET);
  if (off != 0) {
      printf("lseek failed.\n");
      return;
  }

  /* 将文件内容读出至readBuf中，读取长度为readBuf大小 */
  len = read(fd, readBuf, sizeof(readBuf));
  if (len != strlen(writeBuf)) {
      printf("read file failed.\n");
      return;
  }
  printf("%s\n", readBuf);

  /* 关闭测试文件 */
  ret = close(fd);
  if (ret != LOS_OK) {
      printf("close failed.\n");
      return;
  }

  /* 删除测试文件 */
  ret = unlink(fileName);
  if (ret != LOS_OK) {
      printf("unlink failed.\n");
      return;
  }

  /* 删除测试目录 */
  ret = rmdir(dirName);
  if (ret != LOS_OK) {
      printf("rmdir failed.\n");
      return;
  }

  return;
}
结果验证

编译运行得到的结果为：

Hello OpenHarmony!

LittleFS

基本概念

LittleFS是一个小型的Flash文件系统，它结合日志结构（log-structured）文件系统和COW（copy-on-write）文件系统的思想，以日志结构存储元数据，以COW结构存储数据。这种特殊的存储方式，使LittleFS具有强大的掉电恢复能力（power-loss resilience)。分配COW数据块时LittleFS采用了名为统计损耗均衡的动态损耗均衡算法，使Flash设备的寿命得到有效保障。同时LittleFS针对资源紧缺的小型设备进行设计，具有极其有限的ROM和RAM占用，并且所有RAM的使用都通过一个可配置的固定大小缓冲区进行分配，不会随文件系统的扩大占据更多的系统资源。

当在一个资源非常紧缺的小型设备上，寻找一个具有掉电恢复能力并支持损耗均衡的Flash文件系统时，LittleFS是一个比较好的选择。

开发指导

移植LittleFS到新硬件设备上，需要在初始化flash驱动后，完成设备分区。

设备分区接口：int LOS_DiskPartition(const char *dev, const char *fsType, int *lengthArray, int *addrArray, int partNum)；

  • dev：设备名称
  • fsType：文件系统类型， “littlefs”
  • lengthArray：该设备上各分区的长度列表
  • addrArray：该设备上各分区的起始地址列表
  • partNum：分区的个数

格式化接口：int LOS_PartitionFormat(const char *partName, char *fsType, void *data)；

  • partName：分区名称
  • fsType：文件系统类型， “littlefs”
  • data：私有数据 传入（VOID *）struct fs_cfg

mount接口：int mount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype, unsigned long mountflags, const void *data)；

  • source：分区名称
  • target：挂载路径
  • filesystemtype：文件系统类型，“littlefs”
  • mountflags：mount配置参数
  • data：私有数据，传入（VOID *）struct fs_cfg

本参考代码已在 ./device/qemu/arm_mps2_an386/liteos_m/board/fs/fs_init.c 中实现，M核qemu上可直接使用，请参考并根据实际硬件修改。

#include "los_config.h"
#include "ram_virt_flash.h"
#include "los_fs.h"

struct fs_cfg {
    CHAR *mount_point;
    struct PartitionCfg partCfg;
};

INT32 LfsLowLevelInit()
{
    INT32 ret;
    struct fs_cfg fs[LOSCFG_LFS_MAX_MOUNT_SIZE] = {0};
    HalLogicPartition *halPartitionsInfo = getPartitionInfo();  /* 获取长度和起始地址的函数，请根据实际单板适配 */

    INT32 lengthArray[2];
    lengthArray[0]= halPartitionsInfo[FLASH_PARTITION_DATA0].partitionLength;

    INT32 addrArray[2];
    addrArray[0] = halPartitionsInfo[FLASH_PARTITION_DATA0].partitionStartAddr;

    ret = LOS_DiskPartition("flash0", "littlefs", lengthArray, addrArray, 2);
    printf("%s: DiskPartition %s\n", __func__, (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }
    fs[0].mount_point = "/littlefs";
    fs[0].partCfg.partNo = 0;
    fs[0].partCfg.blockSize = 4096; /* 4096, lfs block size */
    fs[0].partCfg.blockCount = 1024; /* 2048, lfs block count */
    fs[0].partCfg.readFunc = virt_flash_read;		/* flash读函数，请根据实际单板适配 */
    fs[0].partCfg.writeFunc = virt_flash_write;		/* flash写函数，请根据实际单板适配 */
    fs[0].partCfg.eraseFunc = virt_flash_erase;		/* flash擦函数，请根据实际单板适配 */

    fs[0].partCfg.readSize = 256; /* 256, lfs read size */
    fs[0].partCfg.writeSize = 256; /* 256, lfs prog size */
    fs[0].partCfg.cacheSize = 256; /* 256, lfs cache size */
    fs[0].partCfg.lookaheadSize = 16; /* 16, lfs lookahead size */
    fs[0].partCfg.blockCycles = 1000; /* 1000, lfs block cycles */

    ret = LOS_PartitionFormat("flash0", "littlefs", &fs[0].partCfg);
    printf("%s: PartitionFormat %s\n", __func__, (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }
    ret = mount(NULL, fs[0].mount_point, "littlefs", 0, &fs[0].partCfg);
    printf("%s: mount fs on '%s' %s\n", __func__, fs[0].mount_point, (ret == 0) ? "succeed" : "failed");
    if (ret != 0) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

其中.readFunc，.writeFunc，.eraseFunc分别对应该硬件平台上的底层的读写\擦除等接口。

readSize 每次读取的字节数，可以比物理读单元大以改善性能，这个数值决定了读缓存的大小，但值太大会带来更多的内存消耗。

writeSize 每次写入的字节数，可以比物理写单元大以改善性能，这个数值决定了写缓存的大小，必须是readSize的整数倍，但值太大会带来更多的内存消耗。

blockSize 每个擦除块的字节数，可以比物理擦除单元大，但此数值应尽可能小因为每个文件至少会占用一个块。必须是writeSize的整数倍。

blockCount 可以被擦除的块数量，这取决于块设备的容量及擦除块的大小。

示例代码

前提条件：

系统已将设备分区挂载到目录，qemu默认已挂载/littlefs。

在kernel/liteos_m目录下执行 make menuconfig 命令配置"FileSystem->Enable FS VFS"开启FS功能；

开启FS后出现新选项“Enable Little FS”开启littlefs。

代码实现如下：

本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数ExampleLittlefs。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "unistd.h"

#define BUF_SIZE 20
#define TEST_ROOT "/littlefs"  /* 测试的根目录请根据实际情况调整 */
VOID ExampleLittlefs(VOID)
{
    int ret;
    int fd;
    ssize_t len;
    off_t off;
    char dirName[BUF_SIZE] = TEST_ROOT"/test";
    char fileName[BUF_SIZE] = TEST_ROOT"/test/file.txt";
    char writeBuf[BUF_SIZE] = "Hello OpenHarmony!";
    char readBuf[BUF_SIZE] = {0};

    /* 创建测试目录 */
    ret = mkdir(dirName, 0777);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("mkdir failed.\n");
        return;
    }

    /* 创建可读写测试文件 */
    fd = open(fileName, O_RDWR | O_CREAT, 0777);
    if (fd < 0) {
        printf("open file failed.\n");
        return;
    }

    /* 将writeBuf中的内容写入文件 */
    len = write(fd, writeBuf, strlen(writeBuf));
    if (len != strlen(writeBuf)) {
        printf("write file failed.\n");
        return;
    }

    /* 将文件内容刷入存储设备中 */
    ret = fsync(fd);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("fsync failed.\n");
        return;
    }

    /* 将读写指针偏移至文件头 */
    off = lseek(fd, 0, SEEK_SET);
    if (off != 0) {
        printf("lseek failed.\n");
        return;
    }

    /* 将文件内容读出至readBuf中，读取长度为readBuf大小 */
    len = read(fd, readBuf, sizeof(readBuf));
    if (len != strlen(writeBuf)) {
        printf("read file failed.\n");
        return;
    }
    printf("%s\n", readBuf);

    /* 关闭测试文件 */
    ret = close(fd);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("close failed.\n");
        return;
    }

    /* 删除测试文件 */
    ret = unlink(fileName);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("unlink failed.\n");
        return;
    }

    /* 删除测试目录 */
    ret = rmdir(dirName);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("rmdir failed.\n");
        return;
    }

    return LOS_OK;
}

结果验证

首次编译运行得到的结果为：

Hello OpenHarmony!

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