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Yaffs文件系统结构

时间:10-05-02 栏目:系统技术篇 作者:鲁智森也有文化 评论:1 点击: 2,191 次

1.1简介

 

1.1.1应用场合

YaffsYetAnotherFlashFileSystem)文件系统是专门针对NAND闪存设计的嵌入式文件系统,目前有YAFFSYAFFS2两个版本,两个版本的主要区别之一在于YAFFS2能够更好的支持大容量的NANDFLASH芯片。

Yaffs文件系统有些类似于JFFS/JFFS2文件系统,与之不同的是JFFS1/2文件系统最初是针对NORFLASH的应用场合设计的,而NORFLASHNANDFLASH本质上有较大的区别,所以尽管JFFS1/2文件系统也能应用于NANDFLASH,但由于它在内存占用和启动时间方面针对NOR的特性做了一些取舍,所以对NAND来说通常并不是最优的方案。

 

1.1.2NORNAND的比较

基本上NOR比较适合存储程序代码,其容量一般较小(比如小于32MB),价格较高,而NAND容量可达1GB以上,价格也相对便宜,适合存储数据。一般来说,128MB以下容量NANDFLASH芯片的一页大小为528字节,用来存放数据,另外每一页还有16字节的备用空间(SpareData,OOB),用来存储ECC校验/坏块标志等信息,再由若干页组成一个块,通常一块为3216K

NOR相比,NAND不是完全可靠的,每块芯片出厂时都有一定比例的坏块存在,对数据的存取不是使用地址映射而是通过寄存器的操作,串行存取数据。

 

1.2Yaffs文件系统数据在NAND上的存储方式

 

Yaffs对文件系统上的所有内容(比如正常文件,目录,链接,设备文件等等)都统一当作文件来处理,每个文件都有一个页面专门存放文件头,文件头保存了文件的模式、所有者id、组id、长度、文件名、ParentObjectID等信息。因为需要在一页内放下这些内容,所以对文件名的长度,符号链接对象的路径名等长度都有限制。

前面说到对于NANDFLASH上的每一页数据,都有额外的空间用来存储附加信息,通常NAND驱动只使用了这些空间的一部分,Yaffs正是利用了这部分空间中剩余的部分来存储文件系统相关的内容。以512+16B为一个PAGENANDFLASH芯片为例,Yaffs文件系统数据的存储布局如下所示:

0..511数据区域

512..515YAFFSTAG

516Datastatusbyte

517Blockstatusbyte坏块标志位

518..519YAFFSTAG

520..522256字节数据的ECC校验结果

523..524YAFFSTAG

525..527256字节数据的ECC校验结果

 

可以看到在这里YAFFS一共使用了8BYTE用来存放文件系统相关的信息(yaffs_Tags)。这8Byte的具体使用情况按顺序如下:

 

BitsContent

20ChunkID,该page在一个文件内的索引号,所以文件大小被限制在2^20PAGE512Mb

22bitsserialnumber

10ByteCountpage内的有效字节数

18ObjectID对象ID号,用来唯一标示一个文件

12Ecc,Yaffs_Tags本身的ECC校验和

2Unused

 

其中SerialNumber在文件系统创建时都为0,以后每次写具有同一ObjectIDChunkIDpage的时候都加一,因为Yaffs在更新一个PAGE的时候总是在一个新的物理Page上写入数据,再将原先的物理Page删除,所以该serialnumber可以在断电等特殊情况下,当新的page已经写入但老的page还没有被删除的时候用来识别正确的Page,保证数据的正确性。

ObjectID号为18bit,所以文件的总数限制在256K26万个左右。

最后以上这些是针对Yaffs1而言,对于Yaffs2因为针对chunksize大于1kNANDFLASH,在Tags各分量及总体尺寸上都做了修改,以便更快更好的处理大容量的NANDFLASH芯片。由于Tag尺寸的增大,在512+16B类型的NANDFLASH上就一个Trunk对应一个page的情况,目前就无法使用Yaffs2文件系统了。

由于文件系统的基本组织信息保存在页面的备份空间中,因此,在文件系统加载时只需要扫描各个页面的备份空间,即可建立起整个文件系统的结构,而不需要像JFFS1/2那样扫描整个介质,从而大大加快了文件系统的加载速度。

 

1.3yaffs文件系统在内存中的组织方式

1.3.1SupperBlock

操作文件系统的第一步自然是取得SuperBlock了,Yaffs文件系统本身在NANDFlash上并不存在所谓的SuperBlock块,完全是在文件系统mount的过程中由read_super函数填充的,不过有意思的一点是,由于物理上没有存储superblock块,所以NANDFlash上的yaffs文件系统本身没有存储filesystem的魔数(MagicNum),在内存中superblock里的s_magic参数也是直接赋值的,所以存储在NANDFLASH上的任何文件系统都能被当作yaffs文件系统mount上来,只是数据都会被当作错误数据放在lost+found目录中,不知道这算不算yaffs文件系统的一个bug

通常一个具体的文件系统在VFSSuper_block结构中除了通用的数据外,还有自己专用的数据,Yaffs文件系统的专用数据是一个yaffs_DeviceStruct结构,主要用来存储一些相关软硬件配置信息,相关函数指针和统计信息等。

 

1.3.2文件在内存中的组织方式

mount过程执行read_super的过程中,Yaffs文件系统还需要将文件系统的目录结构在内存中建立起来。由于没有super块,所以需要扫描Yaffs分区,根据从OOB中读取出的yaffs_tags信息判断出是文件头page还是数据page。再根据文件头page中的内容以及数据page中的ObjectID/ChunkID/serialNumber等信息在内存中为每个文件(Object)建立一个对应的yaffs_object对象。

yaffs_object结构中,主要包含了:

 

Ø如修改时间,用户ID,组ID等文件属性;

Ø用作yaffs文件系统维护用的各种标记位如脏(dirty)标记,删除标记等等;

Ø用作组织结构的,如指向父目录的Parent指针,指向同级目录中其他对象链表的siblings双向链表头结构

 

此外根据Object类型的不同(目录,文件,链接),对应于某一具体类型的Object,在Yaffs_object中还有其各自专有的数据内容

Ø普通文件:文件尺寸,用于快速查找文件数据块的yaffs_Tnode树的指针等

Ø目录:目录项内容双向链表头(children

Ø链接:softlinkaliashardlink对应的ObjectID

除了对应于存储在NANDFLASH上的object而建立起来的yaffs_object以外,在read_super执行过程中还会建立一些虚拟对象(FakeObject),这些FakeObjectNANDFLASH上没有对应的物理实体,比如在建立文件目录结构的最初,yaffs会建立四个虚拟目录(FakeDirectory):rootDir,unlinkedDir,deleteDir,lostNfoundDir分别用作根目录,unlinked对象挂接的目录,delete对象挂接的目录,无效或零时数据块挂接的目录。

通过创建这些yaffs_objectyaffs文件系统就能够将存储在NANDFLASH上数据系统的组织起来,在内存中维护一个完整的文件系统结构。

 

2Yaffs文件系统集成及应用相关

2.1系统移植

 

这里所谓移植,就是在特定的软硬件环境里编译出yaffs文件系统模块了。目前最新的yaffs版本的代码里主要是按照2.6内核的方式写的KconfigMakefile,对于2.4内核来说,改起来也很简单,基本上,只需要:

Ø在内核中建立YAFFS目录fs/yaffs,并把下载的YAFFS代码复制到该目录下面。

Ø参考yaffs代码中的Kconfig文件,按照2.4内核的风格修改你自己的Config.in文件,使得可以配置YAFFS

Ø修改fs/makefile,加入yaffs目录

Ø按照2.4内核的风格修改YAFFS目录中的Makefile文件。

只是在配置YAFFS的时候需要注意一点,即使你的NANDFLASH512+16B的,不需要使用YAFFS2,也需要将对2kpageNANDFLASH的支持这一项选上,否则编译无法通过(因为部分代码没有用CONFIG宏包起来),不知道这是不是我下载的这个版本的个别现象,还是对Makefile还需要进一步的修改。

此外就是最好把LetsYaffsdoitsownECC选上,理由后面会说,其他选项就无所谓了,主要是对性能的调整,看着选吧,按推荐配置好了,比如Turnoffdebugchunkerasecheck,这一项,我试验的结果选上后平均可以提高20-30%左右的擦写速度。

 

2.2Yaffs文件系统的制作和使用

 

2.2.1通过YaffsImage文件制作yaffs文件系统

Yaffs源代码包的utils目录下包含了mkyaffsimage/mkyaffs2image的代码,简单的修改一下Makefile里的内核路径就能编译出mkyaffsimage/mkyaffs2image工具。

运行mkyaffsimagedirimagename可以制作出yaffs1文件系统的镜像。

但是,需要注意的是,制作出来的yaffsimage文件与通常的文件系统的image文件不同,因为在image文件里除了以512字节为单位的一个pagedata数据外,同时紧跟在后还包括了16字节为单位的NAND备份数据区(OOB)的数据。所以实际上是以528个字节为单位的。就是因为包含了这额外的16字节/page的数据,所以基本上常规办法如dd,或者通常的下载其它类型image的工具就无法正常下载yaffsimage了,需要修改你所使用的下载工具的代码,使得它能将yaffsimage中的这些额外数据也写入NANDFLASHOOB中。

这里还有一点需要注意的是,通过mkyaffsimage制做出来的imageOOB中也包含它自己计算的ECC校验数据,其校验算法有可能和MTDNAND驱动的校验算法不同,如果在内核中由MTD来处理ECC,会造成MTD认为所有的page都校验错误。所以,这也是我前面说最好把LetsYaffsdoitsownECC选上的原因,同时,要把MTDNAND驱动中的ECC校验关闭。

 

2.2.2其它方式制作yaffs文件系统

如果不考虑产线批量下载的话,也可以通过mount拷贝的方式准备yaffs文件系统。用flash_eraseallNANDFLASH分区擦除,然后做为yaffs分区直接mount上来,将文件系统的内容拷贝上去就可以了。这可能是在真正的NANDFLASH上试验yaffs文件系统最简单的方式了。

 

2.2.3没有相应的NAND设备时如何测试yaffs文件系统

没有相应的NANDFLASH设备包含两种情况:

Ø硬件上没有NANDFLASH,开发板上没有或者想在主机环境中测试yaffs文件系统

Ø没有合适的pagesizeNANDFLASH芯片,比如板上NANDFLASH芯片为512+16的格式,但是想要试验Yaffs2文件系统。

Yaffs提供了两种用来在这种情况下测试yaffs文件系统的途径。

 

2.2.3.1Nandemul

Yaffssource包里包含了mtdemul目录,Yaffs2中该目录下的文件主要是Nandemul2k.c用来模拟2KpagesizeNANDFLASH。在Yaffs中则是Nandemul.c用来模拟512字节pagesizeNANDFLASH

稍微修改一下Makeflie将编译出来的模块插入内核,将在/dev/mtd/dev/mtdblock目录下创建一个新的MTD设备。然后就可以将该设备当作一个物理的MTDNAND设备分区进行相关的操作,可以在上面创建yaffs文件系统,mountumount等等。这种方法不仅适用于yaffs文件系统,同样也适用于其它可用于NAND设备的文件系统。

 

2.2.3.2Yaffsram

根据yaffs官方文档的描述,通过mount–tyaffsramnone/mountpoint可以在内存中建立一个yaffs分区,这有些类似于ramfs。不过,在试验最新版本的Yaffs2文件系统时,该功能并不可用,只有Yaffs1文件系统的代码包里包含了相关的代码。

 

声明: 本文由( 鲁智森也有文化 )原创编译,转载请保留链接: Yaffs文件系统结构

Yaffs文件系统结构:目前有1 条留言

  1. 沙发
    kenxausten:

    [e01]

    2011-02-24 20:37 [回复]

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