ubifs轻松上路

ubifs轻松上路

第一、什么是ubifs？

由IBM、nokia工程师Thomas Gleixner，Artem Bityutskiy等人于2006年发起，致力于开发性能卓越、扩展性高的FLASH专用文件系统，以解决当前嵌入式环境下以FLASH作为MTD设备使用时的技术瓶颈。

关键字：
UBI：一种类似于LVM的逻辑卷管理层。主要实现损益均衡，逻辑擦除块、卷管理，坏块管理等。
UBIFS：基于UBI的FLASH日志文件系统。

有关ubifs的详细介绍，请参考：

ubifs.html


第二、为何使用ubifs？


第三、如何得到ubifs？
2.6.22以后，ubifs活跃于git管理工程中：
git://git.infradead.org/ubi-2.6.git

2.6.27以后，ubifs被整合进内核树中，用户只需下载最新内核即可获取ubifs支持。

第四、如何使用ubifs？
软件环境：
linux-2.6.28
arm-linux-gcc 3.4.5

硬件环境：
s3c2410
k9f1208

一、准备

1、内核
配置的时候选上
1)Device Drivers  --->Memory Technology Device (MTD) support  --->UBI - Unsorted block images  --->Enable UBI
2)File systems  --->Miscellaneous filesystems  --->UBIFS file system support

2、mtd-utils工具(flash_eraseall、ubiattach、ubimkvol)准备
1)下载(mtd-utils、zlib、lzo)源码
wget
wget
wget

2)编译安装zlib
tar xzvf zlib-1.2.3.tar.gz
cd zlib-1.2.3
CC=arm-linux-gcc ./configure --shared --prefix=/usr/local/arm/3.4.5/arm-linux
make
make install
cd ..

3)编译安装lzo
tar xzvf lzo-2.03.tar.gz
cd lzo-2.03
CC=arm-linux-gcc ./configure --host=arm-linux --prefix=/usr/local/arm/3.4.5/arm-linux
make
make install
cd ..

4)编译mtd-utils
tar xzvf mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
cd mtd-utils-20080508

修改Makefile文件：
#CROSS=arm-linux-
修改为  CROSS=arm-linux-
BUILDDIR := $(CROSS:-=)
修改为  BUILDDIR := .

修改ubi-utils/Makefile文件：
添加    CROSS=arm-linux-

修改    ubi-utils/new-utils/Makefile文件：
添加    CROSS=arm-linux-

make WITHOUT_XATTR=1

ubi-utils子目录下生成我们需要的ubiattach、ubimkvol等文件(请确保是交叉编译所得)

3、mtd-utils工具(mkfs.ubifs、ubinize)准备
git-clone git://git.infradead.org/mtd-utils.git
cd mtd-utils/
make

mkfs.ubifs子目录下生成我们需要的mkfs.ubifs工具
ubi-utils/new-utils子目录下生成我们需要的ubinize工具


二、使用

1、使用ramfs或nfs启动系统，执行以下命令挂载ubifs：
1)flash_eraseall /dev/mtd4
2)ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4
3)ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 50MiB
4)mount -t ubifs ubi0_0 /mnt或mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt

2、如果你想使用ubifs为rootfs，把文件系统内容解压到ubifs挂载目录下，并修改内核启动参数为：
console=ttySAC0 ubi.mtd=4 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs

3、如果你想直接在bootloader下烧写ubifs映像，使用以下命令制作ubi烧写映像：
mkfs.ubifs -r rootfs -m 512 -e 15872 -c 3303 -o ubifs.img
ubinize -o ubi.img -m 512 -p 16KiB -s 256 ubinize.cfg

其中：
1)以上命令的参数可从ubifs挂载信息中提取：
UBI: attaching mtd4 to ubi0                                                    
UBI: physical eraseblock size:   16384 bytes (16 KiB)                          
UBI: logical eraseblock size:    15872 bytes                                   
UBI: smallest flash I/O unit:    512                                           
UBI: sub-page size:              256                                           
UBI: VID header offset:          256 (aligned 256)                             
UBI: data offset:                512                                           
UBI: attached mtd4 to ubi0             

2)配置文件ubinize.cfg的内容为：
[ubifs]
mode=ubi
image=ubifs.img
vol_id=0
vol_size=50MiB
vol_type=dynamic
vol_name=rootfs
vol_flags=autoresize

注：
    其他nand flash下ubifs的使用方法类似(参数不同)。



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UBI文件系统简介

作者：金牌讲师。

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#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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一、 UBIFS 简介
      由IBM、nokia工程师Thomas Gleixner，Artem Bityutskiy等人于2006年发起，致力于开发性能卓越、扩展性高的FLASH专用文件系统，以解决当前嵌入式环境下以FLASH作为MTD设备使用时的技术瓶颈。

UBI：一种类似于LVM的逻辑卷管理层。主要实现损益均衡，逻辑擦除块、卷管理，坏块管理等。
UBIFS：基于UBI的FLASH日志文件系统。

有关ubifs的详细介绍，请参考：



二、使用UBIFS前的准备
     1. 配置linux内核
           配置的时候选上
          1)Device Drivers  --->Memory Technology Device (MTD) support  --->UBI - Unsorted block images  --->Enable UBI
          2)File systems  --->Miscellaneous filesystems  --->UBIFS file system support
          这样我们的内核就支持UBIFS文件系统了
     2. UBIFS工具
          mtd-utils工具中提供了对UBIFS的支持，所以我们需要下载和编译这些工具，下载以下几个文件
          1)下载(mtd-utils、zlib、lzo)源码
              wget
              wget
              wget
           2)编译安装zlib
               tar xzvf zlib-1.2.3.tar.gz
               cd zlib-1.2.3
               make
               make install
               cd ..
            3)编译安装lzo
               tar xzvf lzo-2.03.tar.gz
               cd lzo-2.03
               make
               make install
               cd ..
            4)编译mtd-utils
               tar xzvf mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
               cd mtd-utils-20080508
               make

            mkfs.ubifs子目录下生成我们需要的mkfs.ubifs工具，通过这个工具我们能打包一个文件夹，生成UBIFS系统镜像

三、如何使用UBIFS

            1) 制作根文件系统，比如我们的根文件目录为rootfs
            2) 生成ubi烧写映像
                mkfs.ubifs -r rootfs -m 512 -e 15872 -c 7976 -o ubifs.img
            3) 通过UBOOT制作UBI分区
                目前最新的UBOOT已经支持UBI分区，进入UBOOT命令行

1. mtdparts default       //加载默认分区表

复制代码

我的分区表配置如下

1. #define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:320k(bootloader)," \
   
2.            "64k(params)," \
   
3.            "3m(kernel)," \
   
4.            "-(root)"

复制代码

1. flash erase root      //格式化分区，root为文件系统分区
   
2. ubi part root          //root分区作为ubi文件系统
   
3. ubi create  rootfs    //创建UBI volume
   
4. ubi write  0x30008000 rootfs  0x2f8000

复制代码

现在UBI分区已经创建完毕，我们可以通过tftp等手段把ubifs.img下载到RAM中， 0x30008000 为下载的地址，  0x2f8000 为 长度,文件系统烧写完成，修改uboot中的内核启动参数为

1. #define CONFIG_BOOTARGS  "ubi.mtd=2 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs console=ttySAC0 mem=64M init=/linuxrc"

复制代码

内核的下载没有什么变化，不在叙述，OK，工作到此结束，目前ubi文件已经移植到P1310上，工作正常。由于采用了压缩方式，UBI文件系统占用的空间比yaffs要小，而且避免了nand flash中OOB数据的操作，使得移植变得简单，值得推荐.

-------------------  ubifs 实际操作流程   -------------
1. 在PC上制作ubifs镜像, 这个镜像就可以直接在u-boot 上烧录.
mkfs.ubifs -r rootfs -m 512 -e 15872 -c 3303 -o ubifs.img
ubinize -o ubi.img -m 512 -p 16KiB -s 256 ubinize.cfg

其中：
1)以上命令的参数可从ubifs挂载信息中提取：
UBI: attaching mtd4 to ubi0                                                    
UBI: physical eraseblock size:   16384 bytes (16 KiB)                          
UBI: logical eraseblock size:    15872 bytes                                   
UBI: smallest flash I/O unit:    512                                           
UBI: sub-page size:              256                                           
UBI: VID header offset:          256 (aligned 256)                             
UBI: data offset:                512                                           
UBI: attached mtd4 to ubi0             

2)配置文件ubinize.cfg的内容为：
[ubifs]
mode=ubi
image=ubifs.img
vol_id=0
vol_size=50MiB
vol_type=dynamic
vol_name=rootfs
vol_flags=autoresize

2. 在u-boot 下烧录 ubifs 镜像
# tftp 80000000 ubi.img
# nand unlock
# nand ecc sw
# nand erase 680000 7980000
# nand write.i 80000000 680000 $(filesize)
3. 内核选用
CONFIG_MTD_UBI=y  
CONFIG_UBIFS_FS=y    
CONFIG_CRYPTO_ALGAPI=y 
CONFIG_CRYPTO_DEFLATE=y
CONFIG_CRYPTO_LZO=y
CONFIG_CRC16=y 
CONFIG_LZO_COMPRESS=y
CONFIG_LZO_DECOMPRESS=y
4. u-boot 命令行
console=ttySAC0 ubi.mtd=4 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs
5. linux 内核命令行操作
使用ramfs或nfs启动系统，执行以下命令挂载ubifs：
1)flash_eraseall /dev/mtd4
2)ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4
3)ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 50MiB
4)mount -t ubifs ubi0_0 /mnt或mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt