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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 大小(不是固定值,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作为模块加载

#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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