Yaffs文件系统简介

发布时间:2016-12-7 1:57:09 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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1 简介 1.1 应用场合         Yaffs(Yet Another Flash File System)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YAFFS和YAFFS2两个版本,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NAND FLASH芯片。 1.2 Yaffs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、Parent Object ID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NAND FLASH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PAGE的NAND FLASH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..515 YAFFS TAG 516 Data status byte 517 Block status byte 坏块标志位 518..519 YAFFS TAG 520..522 后256字节数据的ECC校验结果 523..524 YAFFS TAG 525..527 前256字节数据的ECC校验结果         可以看到在这里YAFFS一共使用了8个BYTE用来存放文件系统相关的信息(yaffs_Tags)。这8个Byte的具体使用情况按顺序如下: Bits Content 20 ChunkID,该page在一个文件内的索引号,所以文件大小被限制在2^20 PAGE 即512Mb 2 2 bits serial number 10 ByteCount 该page内的有效字节数 18 ObjectID 对象ID号,用来唯一标示一个文件 12 Ecc, Yaffs_Tags本身的ECC校验和 2 Unused         其中Serial Number在文件系统创建时都为0,以后每次写具有同一ObjectID和ChunkID的page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serial number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256K即26万个左右。         最后以上这些是针对Yaffs1而言,对于Yaffs2因为针对chunk size大于1k的NAND FLASH,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NAND FLASH芯片。由于Tag尺寸的增大,在512+16B类型的NAND FLASH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。 1.3 yaffs文件系统在内存中的组织方式 1.3.1 SupperBlock         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NAND Flash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NAND Flash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NAND FLASH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VFS的Super_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         在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/serial Number等信息在内存中为每个文件(Object)建立一个对应的yaffs_object对象。         在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:softlink的alias,hardlink对应的ObjectID         除了对应于存储在NAND FLASH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(Fake Object),这些Fake Object在NAND FLASH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(Fake Directory):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_object,yaffs文件系统就能够将存储在NAND FLASH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。 2 Yaffs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Kconfig和Makefile,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NAND FLASH是512+16B的,不需要使用YAFFS2,也需要将对2k page的NAND FLASH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Lets Yaffs do its own ECC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Turn off debug chunk erase check,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。 2.2 Yaffs文件系统的制作和使用        通过Yaffs Image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mkyaffsimage dir imagename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yaffs image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page的data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yaffs image了,需要修改你所使用的下载工具的代码,使得它能将yaffs image中的这些额外数据也写入NAND FLASH OOB中。         这里还有一点需要注意的是,通过mkyaffsimage制做出来的image其OOB中也包含它自己计算的ECC校验数据,其校验算法有可能和MTD NAND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Lets Yaffs do its own ECC选上的原因,同时,要把MTD NAND驱动中的ECC校验关闭。

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