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    UBI文件系统简介
    时间:2016-12-28作者:华清远见

    在linux-2.6.27以前,谈到Flash文件系统,大家很多时候多会想到cramfs、jffs2、yaffs2等文件系统。它们也都是基于文件系统+mtd+flash设备的架构。linux-2.6.27后,内核加入了一种新型的flash文件系统UBI(Unsorted Block Images)。这里简单介绍下UBI文件系统加入的原因,及使用方法。我也是刚接触到这个文件系统,可能有理解不对的地方,也请指正。

    一、产生的背景

    FLASH具有的“先擦除再写入”、坏块、“有限的读写次数”等特性,目前管理FLASH的方法主要有:

    1、采用MTD+FTL/NFTL(flash 转换层/nand flash转换层)+ 传统文件系统,如:FAT、ext2等。FTL/NFTL的使用就是针对FLASH的特有属性,通过软件的方式来实现日志管理、坏块管理、损益均衡等技术。但实践证明,由于知识产权、效率等各方面因素导致本方案有一定的局限性。

    2、采用硬件翻译层+传统文件系统的方案。这种方法被很多存储卡产品采用,如:SD卡、U盘等。这种方案对于一些产品来说,成本较高。

    3、采用MTD+ FLASH专用文件系统,如JFFS1/2,YAFFS1/2等。它们大大提高了FLASH的管理能力,并被广泛应用。

    JFFS2、YAFFS2等专用文件系统也存在着一些技术瓶颈,如:内存消耗大,对FLASH容量、文件系统大小、内容、访问模式等的线性依赖,损益均衡能力差或过渡损益等。在此背景下内核加入了UBI文件系统的支持。

    二、用法

    环境:omap3530处理器、 (128MByte 16 位NAND Flash) 、linnux-2.6.28内核

    1、配置内核支持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 
           配置内核支持UBIFS文件系统

    2、将一个MTD分区4挂载为UBIFS格式

       ● flash_eraseall /dev/mtd4 //擦除mtd4 
           ● ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4 //和mtd4关联 
           ● ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 100MiB //设定volume 大。ú皇枪潭ㄖ,可以用工具改变)及名称 
           ● mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi或mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt/ubi

    3、制作UBIFS文件系统

    在制作UBI镜像时,需要首先确定以下几个参数:

       MTD partition size; //对应的FLASH分区大小 
           flash physical eraseblock size; // FLASH物理擦除块大小 
           minimum flash input/output unit size; //小的FLASH输入输出单元大小 
           for NAND flashes - sub-page size; //对于nand flash来说,子页大小 
           logical eraseblock size.//逻辑擦除块大小

    参数可以由几种方式得到

    1)如果使用的是2.6.30以后的内核,这些信息可以通过工具从内核获得,如:mtdinfo –u。

    2)之前的内核可以通过以下方法:

       ● MTD partition size:从内核的分区表或cat /proc/mtd获得
           ● flash physical eraseblock size:从flash芯片手册中可以得到FLASH物理擦除块大小,或cat /proc/mtd
           ● minimum flash input/output unit size: 
               1)nor flash:通常是1个字节 
               2)nand falsh:一个页面 
           ● sub-page size:通过flash手册获得 
           ● logical eraseblock size:对于有子页的NAND FLASH来说,等于“物理擦除块大小-1页的大小”

    3)也可以通过ubi和mtd连接时的产生的信息获取,如:

    #modprobe ubi mtd=4 //ubi作为?榧釉

    #ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4 //通过ubiattach关联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

    更详细的解释参见http://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:制定文件内容的位置 
        -m:页面大小 
        -e:逻辑擦除块大小 
        -p:物理擦除块大小 
        -c:大的逻辑擦除块数量
        对我们这种情况,文件系统多可以访问卷上的129024*812=100M空间 
        -s:小的硬件输入输出页面大小,如:k9f1208为256(上下半页访问)

    其中,ubinize.cfg的内容为:

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

    4、利用uboot烧写、启动UBIFS镜像

    1)烧写UBIFS镜像

    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

    烧写过程和烧写内核镜像的过程一致,所以UBI文件系统应该不像yaffs文件系统那样用到了nand的OOB区域。

    2)设置UBIFS文件系统作为根文件系统启动的参数

    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

    根文件系统的位置在MTD4上

    系统启动时会打印出如下和UBI相关的信息:

    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

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