UBI文件系统简介 - 华清远见嵌入式学院

UBI文件系統簡介

時間：2016-12-28作(zuo)者：華清遠見

在linux-2.6.27以前，談到Flash文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)，大(da)家很多時候多會想到cramfs、jffs2、yaffs2等(deng)文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)。它(ta)們也(ye)都(dou)是(shi)基于文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)+mtd+flash設備(bei)的(de)架構。linux-2.6.27后，內核(he)加入(ru)了一種新(xin)型的(de)flash文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)UBI(Unsorted Block Images)。這(zhe)里簡單介紹下(xia)UBI文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)加入(ru)的(de)原(yuan)因，及使用方法。我(wo)也(ye)是(shi)剛(gang)接觸(chu)到這(zhe)個(ge)文(wen)件(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)，可能有理解不對的(de)地方，也(ye)請指正。

一、產(chan)生的(de)背景

FLASH具(ju)有(you)的“先(xian)擦除再(zai)寫入”、壞塊(kuai)、“有(you)限(xian)的讀(du)寫次(ci)數”等(deng)特性，目前(qian)管理FLASH的方法主要有(you)：

1、采用(yong)MTD+FTL／NFTL（flash 轉換層／nand flash轉換層）＋傳統(tong)文件(jian)系(xi)統(tong)，如(ru)：FAT、ext2等。FTL／NFTL的(de)使用(yong)就是(shi)針對(dui)FLASH的(de)特有屬性，通(tong)過軟(ruan)件(jian)的(de)方(fang)(fang)式來(lai)實現(xian)日志管(guan)理(li)、壞塊(kuai)管(guan)理(li)、損益均(jun)衡(heng)等技術。但(dan)實踐證明，由(you)于知識產權、效率等各(ge)方(fang)(fang)面因素(su)導致本方(fang)(fang)案有一定(ding)的(de)局限性。

2、采用硬(ying)件翻譯層+傳(chuan)統文(wen)件系統的方案。這種方法(fa)被很多存儲卡產品采用，如：SD卡、U盤等。這種方案對于一些產品來說，成(cheng)本較高。

3、采用MTD+ FLASH專用文(wen)件系統，如JFFS1／2，YAFFS1/2等。它(ta)們大大提高了FLASH的管理能力，并(bing)被廣泛應用。

JFFS2、YAFFS2等專用文件(jian)(jian)系統也存(cun)在著一些技術瓶頸，如：內(nei)存(cun)消(xiao)耗大，對FLASH容量、文件(jian)(jian)系統大小、內(nei)容、訪問(wen)模式(shi)等的線性依賴(lai)，損益均衡能力差或過(guo)渡損益等。在此背景下(xia)內(nei)核加入了UBI文件(jian)(jian)系統的支(zhi)持。

二、用法

環境：omap3530處理器(qi)、 (128MByte 16 位(wei)NAND Flash) 、linnux-2.6.28內核

1、配置內(nei)核(he)支持(chi)UBIFS

   Device Drivers --->Memory Technology Device (MTD) support --->UBI - Unsorted block images --->Enable UBI
       配置mtd支持UBI接口
       File systems --->Miscellaneous filesystems --->UBIFS file system support
      配置內核(he)支持UBIFS文件系統

2、將一個MTD分區4掛載(zai)為UBIFS格式

   ● flash_eraseall /dev/mtd4 //擦除mtd4
       ● ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4 //和mtd4關聯
       ● ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 100MiB //設定volume 大小（不是固定值，可以用工具改變）及名稱
       ● mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi或mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt/ubi

3、制作UBIFS文件系(xi)統

在(zai)制(zhi)作(zuo)UBI鏡像時(shi)，需要首先確(que)定以下幾個參數：

   MTD partition size; //對應的FLASH分區大小
       flash physical eraseblock size; // FLASH物理擦除塊大小
       minimum flash input/output unit size; //小的FLASH輸入輸出單元大小
       for NAND flashes - sub-page size; //對于nand flash來說，子頁大小
       logical eraseblock size.//邏(luo)輯擦除塊大小

參數可以由幾種方式得到

1）如果(guo)使用的是(shi)2.6.30以(yi)(yi)后的內核，這些信息可以(yi)(yi)通過工具從內核獲得，如：mtdinfo –u。

2）之前的內核可以(yi)通過以(yi)下(xia)方法：

   ● MTD partition size：從內核的分區表或cat /proc/mtd獲得
       ● flash physical eraseblock size：從flash芯片手冊中可以得到FLASH物理擦除塊大小，或cat /proc/mtd
       ● minimum flash input/output unit size：
           1）nor flash:通常是1個字節
           2）nand falsh：一個頁面
       ● sub-page size：通過flash手冊獲得
       ● logical eraseblock size：對(dui)于有(you)子(zi)頁(ye)(ye)的NAND FLASH來(lai)說，等于“物理(li)擦除塊(kuai)大小(xiao)-1頁(ye)(ye)的大小(xiao)”

3）也(ye)可以通過(guo)ubi和(he)mtd連接時(shi)的產生的信息獲取(qu)，如：

#modprobe ubi mtd=4 //ubi作(zuo)為模塊加載

或

#ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4 //通過ubiattach關聯MTD
    UBI: attaching mtd4 to ubi0
    UBI: physical eraseblock size: 131072 bytes (128 KiB)
    UBI: logical eraseblock size: 129024 bytes
    UBI: smallest flash I/O unit: 2048
    UBI: sub-page size: 512
    UBI: VID header offset: 512 (aligned 512)
    UBI: data offset: 2048
    UBI: attached mtd4 to ubi0

更詳細(xi)的解釋(shi)參見//www.linux-mtd.infradead.org/doc/ubi.html#L_overhead

#mkfs.ubifs -r rootfs -m 2048 -e 129024 -c 812 -o ubifs.img
 #ubinize -o ubi.img -m 2048 -p 128KiB -s 512 /home/lht/omap3530/tools/ubinize.cfg

-r：制定文件內容的位置
    -m：頁面大小
    -e：邏輯擦除塊大小
    -p：物理擦除塊大小
    -c：大的邏輯擦除塊數量
    對我們這種情況，文件系統多可以訪問卷上的129024*812=100M空間
   -s：小(xiao)(xiao)的硬件輸(shu)(shu)入(ru)輸(shu)(shu)出(chu)頁面大小(xiao)(xiao)，如：k9f1208為256(上下半頁訪問)

其中(zhong)，ubinize.cfg的內容為：

[ubifs]
    mode=ubi
    image=ubifs.img
    vol_id=0
    vol_size=100MiB
    vol_type=dynamic
    vol_name=rootfs
    vol_flags=autoresize

4、利(li)用uboot燒寫、啟(qi)動UBIFS鏡像

1）燒寫UBIFS鏡像

OMAP3 DevKit8000 # mmcinit
    OMAP3 DevKit8000 # fatload mmc 0:1 81000000 ubi.img
    reading ubi.img
    12845056 bytes read
    OMAP3 DevKit8000 # nand unlock
    device 0 whole chip
    nand_unlock: start: 00000000, length: 268435456!
    NAND flash successfully unlocked
    OMAP3 DevKit8000 # nand ecc sw
    OMAP3 DevKit8000 # nand erase 680000 7980000
    NAND erase: device 0 offset 0x680000, size 0x7980000
    Erasing at 0x7fe0000 -- 100% complete.
    OK
    OMAP3 DevKit8000 # nand write.i 81000000 680000 $(filesize)
    NAND write: device 0 offset 0x680000, size 0xc40000
    Writing data at 0x12bf800 -- 100% complete.
    12845056 bytes written: OK

燒寫過程(cheng)和燒寫內核鏡(jing)像的(de)過程(cheng)一致，所以UBI文件系(xi)統應該不像yaffs文件系(xi)統那樣用(yong)到了nand的(de)OOB區域。

2）設(she)置UBIFS文件(jian)系統(tong)作為根(gen)文件(jian)系統(tong)啟動(dong)的參數

OMAP3 DevKit8000 # setenv bootargs console=ttyS2,115200n8 ubi.mtd=4 root=ubi0:rootfs
rootfstype=ubifs video=omapfb:mode:4.3inch_LCD
OMAP3 DevKit8000 # setenv bootcmd nand read.i 80300000 280000 200000\;bootm 80300000

根文件系統的位(wei)置在MTD4上

系統啟動時(shi)會打印(yin)出如下和UBI相關的(de)信息：

Creating 5 MTD partitions on "omap2-nand":
    0x00000000-0x00080000 : "X-Loader"
    0x00080000-0x00260000 : "U-Boot"
    0x00260000-0x00280000 : "U-Boot Env"
    0x00280000-0x00680000 : "Kernel"
    0x00680000-0x08000000 : "File System"
    UBI: attaching mtd4 to ubi0
    UBI: physical eraseblock size: 131072 bytes (128 KiB)
    UBI: logical eraseblock size: 129024 bytes
    UBI: smallest flash I/O unit: 2048
    UBI: sub-page size: 512
    UBI: VID header offset: 512 (aligned 512)
    UBI: data offset: 2048
    UBI: attached mtd4 to ubi0
    UBI: MTD device name: "File System"
    UBI: MTD device size: 121 MiB
    UBI: number of good PEBs: 970
    UBI: number of bad PEBs: 2
    UBI: max. allowed volumes: 128
    UBI: wear-leveling threshold: 4096
    UBI: number of internal volumes: 1
    UBI: number of user volumes: 1
    UBI: available PEBs: 0
    UBI: total number of reserved PEBs: 970
    UBI: number of PEBs reserved for bad PEB handling: 9
    UBI: max/mean erase counter: 2/0