ubi文件系统

刘洪涛，华清远见学术总监，金牌讲师，ARM公司全球认证讲师，企业级嵌入式系统方案设计解决专家。《高等院校嵌入式人培养规划教材》系列丛书主编。10年嵌入式系统开发经验，精通ARM体系结构，在多款ARM硬件平台上完成过原理图设计、PCB布线、Bootloader移植、Linux系统移植、文件系统构建、驱动程序开发、GUI图形编程等工作。具有丰富的ARM-LINUX系统软、硬件产品开发经验，主持开发过多个大型嵌入式项目，涉及工业控制、网络、通讯、消费电子等各行各业。近两年正专注于3G技术领域，对Android的系统核心代码有深入研究。

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; //最小的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

或

#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：最大的逻辑擦除块数量
    对我们这种情况，文件系统最多可以访问卷上的129024*812=100M空间 
    -s：最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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