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      UBI文件系統簡介
      時間:2016-12-28作者:華清遠見

      在linux-2.6.27以前,談到Flash文件系統,大家很多時候多會想到cramfs、jffs2、yaffs2等文件系統。它們也都是基于文件系統+mtd+flash設備的架構。linux-2.6.27后,內核加入了一種新型的flash文件系統UBI(Unsorted Block Images)。這里簡單介紹下UBI文件系統加入的原因,及使用方法。我也是剛接觸到這個文件系統,可能有理解不對的地方,也請指正。

      一、產生的背景

      FLASH具有的“先擦除再寫入”、壞塊、“有限的讀寫次數”等特性,目前管理FLASH的方法主要有:

      1、采用MTD+FTL/NFTL(flash 轉換層/nand flash轉換層)+ 傳統文件系統,如:FAT、ext2等。FTL/NFTL的使用就是針對FLASH的特有屬性,通過軟件的方式來實現日志管理、壞塊管理、損益均衡等技術。但實踐證明,由于知識產權、效率等各方面因素導致本方案有一定的局限性。

      2、采用硬件翻譯層+傳統文件系統的方案。這種方法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,成本較高。

      3、采用MTD+ FLASH專用文件系統,如JFFS1/2,YAFFS1/2等。它們大大提高了FLASH的管理能力,并被廣泛應用。

      JFFS2、YAFFS2等專用文件系統也存在著一些技術瓶頸,如:內存消耗大,對FLASH容量、文件系統大小、內容、訪問模式等的線性依賴,損益均衡能力差或過渡損益等。在此背景下內核加入了UBI文件系統的支持。

      二、用法

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

      1、配置內核支持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 
             配置內核支持UBIFS文件系統

      2、將一個MTD分區4掛載為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文件系統

      在制作UBI鏡像時,需要首先確定以下幾個參數:

         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.//邏輯擦除塊大小

      參數可以由幾種方式得到

      1)如果使用的是2.6.30以后的內核,這些信息可以通過工具從內核獲得,如:mtdinfo –u。

      2)之前的內核可以通過以下方法:

         ● 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:對于有子頁的NAND FLASH來說,等于“物理擦除塊大小-1頁的大小”

      3)也可以通過ubi和mtd連接時的產生的信息獲取,如:

      #modprobe ubi mtd=4 //ubi作為模塊加載

      #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

      更詳細的解釋參見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:小的硬件輸入輸出頁面大小,如:k9f1208為256(上下半頁訪問)

      其中,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、利用uboot燒寫、啟動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

      燒寫過程和燒寫內核鏡像的過程一致,所以UBI文件系統應該不像yaffs文件系統那樣用到了nand的OOB區域。

      2)設置UBIFS文件系統作為根文件系統啟動的參數

      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

      根文件系統的位置在MTD4上

      系統啟動時會打印出如下和UBI相關的信息:

      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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