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Tina Linux 存儲(chǔ)開發(fā)指南
1 概述
1.1 編寫目的
介紹TinaLinux Flash，分區(qū)，文件系統(tǒng)等存儲(chǔ)相關(guān)信息，指導(dǎo)方案的開發(fā)定制。
1.2 適用范圍
Tina V3.0 及其后續(xù)版本。
1.3 相關(guān)人員
適用于TinaLinux 平臺(tái)的客戶及相關(guān)技術(shù)人員。
2 分區(qū)管理
2.1 分區(qū)配置文件
在全志平臺(tái)中，通過sys_partition.fex 文件配置分區(qū)。在Tina 中，可以在lunch 選擇方案后，通過命令cconfigs 快速跳轉(zhuǎn)到分區(qū)配置目錄，通常情況下，其路徑如下。
tina/device/config/chips/<芯片編號(hào)>/configs/<方案名>/linux/sys_partition.fex
tina/device/config/chips/<芯片編號(hào)>/configs/<方案名>/linux/sys_partition_nor.fex
#以上路徑不存在，則使用
tina/device/config/chips/<芯片編號(hào)>/configs/<方案名>/sys_partition.fex說明
sys_partition_nor.fex 適用于nor。
sys_partition.fex 適用于rawnand/spinand/mmc。
2.2 分區(qū)配置格式
以rootfs 分區(qū)為例：
[partition]
name = rootfs
size = 20480
downloadfile = "rootfs.fex"
user_type = 0x8000
每個(gè)分區(qū)以[partition] 標(biāo)識(shí)，分區(qū)屬性及其意義如下表。
| 屬性 | 含義 | 必選 | 備注 |
|---|---|---|---|
| name | 分區(qū)名 | Y | |
| size | 分區(qū)大小 | Y | 單位：扇區(qū)（512B），注1 |
| downlodefile | 分區(qū)燒入的鏡像文件 | N | 注2 |
| verify | 量產(chǎn)后校驗(yàn)標(biāo)識(shí) | N | (默認(rèn))1：使能；0:禁用，注3 |
| user_type | 分區(qū)屬性 | N | 注 4 |
| keydata | 量產(chǎn)時(shí)是否擦除本分區(qū) | N | 0x8000：使用;其他無效 |
說明：
- 最后一個(gè)分區(qū)(UDISK)，不設(shè)置size，表示分配所有剩余空間。
- downloadfile 支持絕對(duì)路徑和相對(duì)路徑，相對(duì)于tina/out/<方案名>/image。
- verify 決定是否校驗(yàn)downloadfile 中指定的鏡像，若為ext4 稀疏鏡像，務(wù)必禁用。
- 歷史遺留，目前只對(duì)UBI 方案有效。bit0為1 時(shí)，表示創(chuàng)建靜態(tài)卷，反之為動(dòng)態(tài)卷。
創(chuàng)建downloadfile 的資源鏡像包看章節(jié)分區(qū)資源鏡像文件。
[partition] 標(biāo)識(shí)用戶空間的邏輯分區(qū)，在UBI 方案中，表現(xiàn)為UBI 卷。此外，在sys_partiton.fex中存在特殊的配置MBR，用于配置MBR 空間大小，此配置在UBI 方案中無效。例如：
[mbr]
size = 2048
MBR 分區(qū)以Kbyte 為單位，對(duì)用戶不可見，屬于隱藏空間，其大小也必須滿足對(duì)齊原則。
警告
一般情況下，不建議用戶修改mbr 分區(qū)的大小。
2.3 常見分區(qū)及其用途
| 分區(qū)名 | 用途 | 大小 | 備注 |
|---|---|---|---|
| boot | 內(nèi)核鏡像分區(qū) | 比實(shí)際鏡像等大或稍大即可 | |
| rootfs | 根文件系統(tǒng)鏡像 | 比實(shí)際鏡像等大或稍大即可 | |
| extend | 擴(kuò)展系統(tǒng)鏡像 | 參考OTA 文檔 | 參考OTA 文檔僅小容量OTA 方案使用 |
| recovery | 恢復(fù)系統(tǒng)鏡像 | 參考OTA 文檔 | 僅限大容量OTA 方案使用 |
| private | 存儲(chǔ)SN、MAC 等數(shù)據(jù) | 使用默認(rèn)大小即可 | 量產(chǎn)時(shí)默認(rèn)不丟失 |
| misc | 存儲(chǔ)系統(tǒng)狀態(tài)、刷機(jī)狀態(tài) | 使用默認(rèn)大小即可 | |
| env | 存放Uboot 使用的數(shù)據(jù) | 使用默認(rèn)大小即可 | |
| pstore | 內(nèi)核奔潰日志轉(zhuǎn)存分區(qū) | 使用默認(rèn)大小即可 | |
| rootfs_data | 根目錄覆蓋分區(qū) | 根據(jù)需求配置 | 注1 |
| UDISK | 用戶數(shù)據(jù)分區(qū) | 不需要配置大小 | 注2 |
說明：
- rootfs_data 分區(qū)通過overlayfs 覆蓋根文件系統(tǒng)，以支持squashfs 根文件系統(tǒng)的可寫，此時(shí)對(duì)根文件系統(tǒng)寫入的數(shù)
據(jù)實(shí)際是保存到rootfs_data 分區(qū)，因此rootfs_data 分區(qū)的容量標(biāo)識(shí)著根文件系統(tǒng)最大可寫數(shù)據(jù)量。 - UDISK 作為最后一個(gè)分區(qū)，不需要設(shè)置size，表示分配剩余所有空間給UDISK。
2.4 分區(qū)大小與對(duì)齊
分區(qū)大小的對(duì)齊要求與不同介質(zhì)(nor/nand/mmc)、不同存儲(chǔ)方案相關(guān)。不按對(duì)齊要求配置，可能出現(xiàn)文件系統(tǒng)異常，分區(qū)邊界數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。對(duì)齊規(guī)則如下表。
| 介質(zhì) | 對(duì)齊大小 | 備注 |
|---|---|---|
| nor | 64K | 對(duì)齊物理擦除塊大小，注1 |
| (nftl) spinand | 驅(qū)動(dòng)超級(jí)塊大小 | 注2 |
| (ubi) spinand | 2 × 物理塊- 2 × 頁 | 注3 |
| rawnand | 驅(qū)動(dòng)超級(jí)塊大小 | 與物料相關(guān)，16M 對(duì)齊可基本兼容 |
| emmc | 16M | 與物料相關(guān)，16M 對(duì)齊可基本兼容 |
說明
- nor 的擦除塊常見為64K，即在sys_partition_nor.fex 中分區(qū)size 進(jìn)行128 對(duì)齊。在id 表配置為4K 擦除且使能內(nèi)核CONFIG_MTD_SPI_NOR_USE_4K_SECTORS 時(shí)，也可使用4K 對(duì)齊。推薦使用默認(rèn)64K 對(duì)齊。
- 在常見的128M Spi Nand 中，為256K 對(duì)齊，即在sys_partition.fex 中分區(qū)size 進(jìn)行512 對(duì)齊。
- 在常見的128M Spi Nand 中，需要和邏輯擦除塊（super block）對(duì)齊，1 個(gè)super block 包含兩個(gè)物理擦除塊，常見的物理擦除塊128K，1 個(gè)邏輯的超級(jí)塊為256K，但是需要使用每個(gè)物理塊的第一個(gè)page（2K）來作為ubi 所需的信息頭部，所以實(shí)際的為（256k-2*2k），為252K 對(duì)齊，即在sys_partition.fex 中分區(qū)size 進(jìn)行504 對(duì)齊。
警告
如果分區(qū)不對(duì)齊，可能會(huì)出現(xiàn)以下情況。
? nor/rawnand/spinand 可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
? mmc 不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，但可能導(dǎo)致性能損失。
如果分區(qū)使用ubifs 文件系統(tǒng)，分區(qū)最小為5M ，否則大概率提示空間不夠。
如果分區(qū)使用ext4 文件系統(tǒng)，分區(qū)最小為3M ，否則無法形成日志，會(huì)有掉電變磚風(fēng)險(xiǎn)。
技巧
- 在ext4 與日志章節(jié)有描述判斷創(chuàng)建的ext4 文件系統(tǒng)是否支持日志的方法。
- 在分區(qū)資源鏡像文件章節(jié)指導(dǎo)如何創(chuàng)建帶文件系統(tǒng)的資源鏡像、分區(qū)大小、文件系統(tǒng)大小、文件大小更多內(nèi)容，請(qǐng)參考總?cè)萘空f明。
2.5 分區(qū)與文件系統(tǒng)
常見的分區(qū)與文件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表。
| 分區(qū)名 | 默認(rèn)文件系統(tǒng) | 文件系統(tǒng)特性 | 備注 |
|---|---|---|---|
| rootfs | squashfs | 壓縮、只讀 | 為了安全，根文件系統(tǒng)建議只讀 |
| rootfs_data | jffs2/ext4/ubifs | 可寫 | 注1 |
| UIDSK | jffs2/ext4/ubifs | 可寫 | 注1 |
| boot | vfat | 裸數(shù)據(jù)分區(qū)，部分方案為vfat | |
| private | vfat | 注2 | |
| misc | none | 裸數(shù)據(jù)分區(qū) | |
| env | none | 裸數(shù)據(jù)分區(qū) | |
| pstore | pstore | 轉(zhuǎn)存奔潰日志 |
說明
- 可寫的分區(qū)，nor 為jffs2；UBI 方案為ubifs；其他為ext4。
- private 默認(rèn)為裸數(shù)據(jù)，使用dragonSN 工具燒錄后會(huì)成為vfat 文件系統(tǒng)。
只讀文件系統(tǒng)推薦使用squashfs?？蓪懳募到y(tǒng)，nor 推薦jffs2，UBI 方案推薦ubifs，其他推薦ext4。更多文件系統(tǒng)信息，請(qǐng)參考文件系統(tǒng)支持情況。
2.6 分區(qū)資源鏡像文件
在sys_partition.fex中通過downloadfile 指定需要燒錄到分區(qū)的資源鏡像文件。大多數(shù)情況下，資源鏡像文件都構(gòu)建在文件系統(tǒng)上，通過某些命令實(shí)現(xiàn)把系統(tǒng)需要的文件，例如音頻文件、視頻文件等資源，打包成一個(gè)帶文件系統(tǒng)的鏡像包，并在燒錄時(shí)把鏡像包燒寫入存儲(chǔ)
介質(zhì)。
創(chuàng)建不同文件系統(tǒng)鏡像的命令不一樣，常見有以下幾種：
| 文件系統(tǒng) | 創(chuàng)建鏡像命令 |
|---|---|
| vfat | mkfs.vfat |
| ext4 | make_ext4fs |
| ubifs | mkfs.ubifs |
| squashfs | mksquashfs4 |
為了最大程度利用空間，一般會(huì)使文件系統(tǒng)等于物理分區(qū)大小，即創(chuàng)建文件系統(tǒng)時(shí)使用分區(qū)表劃定的分區(qū)大小來創(chuàng)建。
如果不希望硬編碼大小，則可在打包時(shí)從分區(qū)表獲得大小，再傳給文件系統(tǒng)創(chuàng)建工具，具體的實(shí)現(xiàn)可以參考tina/scripts/pack_img.sh 中的make_data_res() 和make_user_res() 等函數(shù)。
2.6.1 創(chuàng)建squashfs 鏡像
生成squashfs 的命令，可參考編譯過程的log 得到，或者在網(wǎng)上搜索squashfs 生成方式。
例如在scripts/pack_img.sh 中定義一個(gè)函數(shù)
function make_user_squash()
{
local SOURCE_DATE_EPOCH=$(${PACK_TOPDIR}/scripts/get_source_date_epoch.sh)
# 這一行指定要打包到文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)
local USER_PART_FILE_PATH=${PACK_TOPDIR}/target/allwinner/方案名字/user_sq
local USER_PART_SQUASHFS=${PACK_TOPDIR}/out/${PACK_BOARD}/image/user_sq.squashfs
local USER_PART_DOWNLOAD_FILE=${PACK_TOPDIR}/out/${PACK_BOARD}/image/user_sq.fex
cd ${ROOT_DIR}/image
[ -e $USER_PART_FILE_PATH ] && {
#這里用了gzip，需要更高壓縮率可改成xz
${PACK_TOPDIR}/out/host/bin/mksquashfs4 $USER_PART_FILE_PATH $USER_PART_SQUASHFS \
-noappend -root-owned -comp gzip -b 256k \
-processors 1 -fixed-time $SOURCE_DATE_EPOCH
dd if=${USER_PART_SQUASHFS} of=${USER_PART_DOWNLOAD_FILE} bs=128k conv=sync
}
cd -
}
找個(gè)地方調(diào)用下即可。
這里不用傳入分區(qū)表的原因是，制作squashfs 不需要指定文件系統(tǒng)大小，只讀的文件系統(tǒng)大小完全取決于文件內(nèi)容。
2.6.2 創(chuàng)建vfat 鏡像
mkfs.vfat <輸出鏡像> -C <文件系統(tǒng)大小>
mcopy -s -v -i <輸出鏡像> <資源文件所在文件夾>/* ::
可參考pack_img.sh（在其中搜索mkfs.vfat 找到相關(guān)代碼）。
2.6.3 創(chuàng)建ext4 鏡像
使用tina/out/host/bin/make_ext4fs 創(chuàng)建ext4 鏡像，推薦的使用方法如下:
make_ext4fs -l <文件系統(tǒng)大小> -b <塊大小> -m 0 -j <日志塊個(gè)數(shù)> <輸出的鏡像保存路徑> <資源文件所在文件
夾>
其中，
? -m 0: 表示不需要要為root 保留空間。
? -j < 日志塊個(gè)數(shù)>: 日志總大小為塊大小* 日志塊個(gè)數(shù)。
例如：
make_ext4fs -l 20m -b 1024 -m 0 -j 1024 ${ROOT_DIR}/img/data.fex ${FILE_PATH}
如果空間不夠大，會(huì)顯示類似如下的錯(cuò)誤日志：
$ ./bin/make_ext4fs -l 10m -b 1024 -m 0 -j 1024 data.fex ./bin
Creating filesystem with parameters:
Size: 10485760
Block size: 1024
Blocks per group: 8192
Inodes per group: 1280
Inode size: 256
Journal blocks: 1024
Label:
Blocks: 10240
Block groups: 2
Reserved blocks: 0
Reserved block group size: 63
error: ext4_allocate_best_fit_partial: failed to allocate 7483 blocks, out of space?
上述錯(cuò)誤中，資源文件達(dá)到100+M，但是創(chuàng)建的鏡像-l 指定的大小只有10M，導(dǎo)致空間不夠而報(bào)錯(cuò)。只需要擴(kuò)大鏡像大小即可。
如需使用分區(qū)大小作為文件系統(tǒng)大小，可參考pack_img.sh（在其中搜索make_ext4fs 找到相關(guān)代碼）。
技巧
鏡像大小可以根據(jù)分區(qū)大小設(shè)置，也可以根據(jù)資源大小設(shè)置，后通過稀疏和resize 處理，即可保證最短燒錄時(shí)間和動(dòng)態(tài)匹配分區(qū)大小。見稀疏ext4 鏡像和動(dòng)態(tài)resize 章節(jié)。
2.6.3.1 稀疏ext4 鏡像
如果資源文件只有10M，但創(chuàng)建了100M 的鏡像文件，導(dǎo)致燒錄100M 的文件拖慢了燒錄速度。此時(shí)可以采用稀疏ext4 鏡像。
tina/out/host/bin/img2simg <原鏡像> <輸出鏡像>
稀疏鏡像的原理，類似與把文件系統(tǒng)沒用到的無效數(shù)據(jù)全刪掉，把文件系統(tǒng)壓縮?？蓞⒖紁ack_img.sh 中的函數(shù)sparse_ext4() 的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)用。
2.6.3.2 動(dòng)態(tài)resize
如果擔(dān)心創(chuàng)建鏡像時(shí)指定的大小與實(shí)際的分區(qū)大小不匹配，可以在設(shè)備啟動(dòng)后執(zhí)行resize2fs 動(dòng)態(tài)調(diào)整文件系統(tǒng)的大小。
例如:
resize2fs /dev/by-name/UDISK
命令后不指定大小，則默認(rèn)為分區(qū)大小。通過這方法可以讓打包鏡像創(chuàng)建的文件系統(tǒng)大小匹配分區(qū)大小。
此命令可直接寫入啟動(dòng)腳本，在掛載前執(zhí)行。每次啟動(dòng)都執(zhí)行一遍不會(huì)有不良影響。
2.6.4 創(chuàng)建ubifs 鏡像
使用tina/out/host/bin/make.ubifs 創(chuàng)建ubifs 鏡像，推薦的使用方法如下:
mkfs.ubifs -x <壓縮方式> -b <超級(jí)頁大小> -e <邏輯擦除塊大小> -c <最大邏輯擦除塊個(gè)數(shù)> -r <資源文件所在
文件夾> -o <輸出的鏡像保存路徑>
壓縮方式可選none lzo zlib, 壓縮率zlib > lzo > none
對(duì)常見的128MB spinand，1 page = 2048 bytes, 1 block = 64 page, 則
超級(jí)頁大小為2048 * 2 = 4096
邏輯擦除塊大小為2048 * 2 * 64 = 262144
最大邏輯擦除塊個(gè)數(shù)，可簡單設(shè)置為一個(gè)較大的值，例如128MB / ( 2048 bytes * 2 * 64) = 512
則最終的命令為:
mkfs.ubifs -x zlib -b 4096 -e 262144 -c 512 -r ${FILE_PATH} -o ${ROOT_DIR}/img/data_ubifs.
fex
2.7 根文件系統(tǒng)改用ubifs
使用suqashfs + overlayfs(ubifs) 方案實(shí)現(xiàn)根目錄可寫，但是ubifs 會(huì)占用大量的空間存放元數(shù)據(jù)，造成空間浪費(fèi)。理論上，UBIFS 可直接作為根文件系統(tǒng)，其穩(wěn)定性和可壓縮性足夠保證安全和提高空間利用率。
警告
請(qǐng)謹(jǐn)慎使用，UBIFS 作為根文件系統(tǒng)只是理論安全，全志暫無量產(chǎn)方案佐證。
修改步驟如下：
- 執(zhí)行cdevice ，修改跳轉(zhuǎn)目錄下的Makefile 在FEATURES 變量中添加ubifs 和nand
- 執(zhí)行make menuconfig 使能在Target Image 頁面下使能ubifs 在Utilities->mtdutils
頁面中使能mtd-utils-mkfs.ubifs - 執(zhí)行cconfigs ，修改跳轉(zhuǎn)目錄下的env-XXX.cfg 把rootfstype 值改為ubifs 在對(duì)應(yīng)
存儲(chǔ)介質(zhì)的setargs_XXX 的root 值改為root=ubi0_X ，其中X 表示對(duì)應(yīng)的第幾個(gè)分區(qū)；刪除
ubi.block 項(xiàng)。 - 執(zhí)行make kernel_menuconfig，取消使能overlayfs
- 在sys_partition.fex 中刪除rootfs_data 分區(qū)
2.8 總?cè)萘空f明
在全志的驅(qū)動(dòng)中，會(huì)預(yù)留一部分空間存儲(chǔ)特殊數(shù)據(jù)，因此提供給用戶分區(qū)空間不等于實(shí)際Flash總?cè)萘俊?/p>
分區(qū)表可用空間= flash總?cè)萘? 保留空間
不同存儲(chǔ)介質(zhì)，其保留空間會(huì)有差異。
| 存儲(chǔ)介質(zhì) | 保留空間 | 備注 |
|---|---|---|
| nor | 512K | 對(duì)應(yīng)bootloader 分區(qū)，包含分區(qū)表，boot0，uboot |
| (nftl) nand | 總?cè)萘康?/10~1/8 | 注1，注2 |
| (UBI) spinand | ||
| mmc | 20M | 包含boot0，uboot 等 |
最新spinor 的存儲(chǔ)分布, 隱藏空間1MB，其中mbr 占用16KB，mbr 往前共占用1008KB，uboot 往前共占用64KB，其中包括boot0 和uboot 中間4KB 的預(yù)留區(qū)域，這段區(qū)域用于存放flash 的spi 采樣點(diǎn)等信息。
|boot0|4kb|uboot|mbr |分區(qū)表可見的用戶分區(qū)|
說明
-
(nftl) nand 的隱藏空間對(duì)用戶不可見，包含分區(qū)表MBR 分區(qū)，boot0，uboot, 磨損算法、壞塊保留等。對(duì)128M 的
spinand 來說，用戶可用空間一般為108M。 -
由于出廠壞塊的存在，可能會(huì)導(dǎo)致每一顆Flash 呈現(xiàn)的用戶可用總?cè)萘坎煌?#xff0c;但全志(nftl) nand 保證總?cè)萘坎粫?huì)隨著使
用過程出現(xiàn)壞塊而導(dǎo)致可用容量減少。 -
UBI 方案中，除了必要的mtd 物理分區(qū)之外(boot0/uboot/pstore 等)，其余空間劃分到一個(gè)mtd 物理分區(qū)。在此
mtd 物理分區(qū)中根據(jù)sys_partition.fex 的劃分構(gòu)建ubi 卷。UBI 的機(jī)制，每個(gè)塊都需要預(yù)留1~2 個(gè)頁作為EC/VID
頭。因此可用容量會(huì)小于mtd 物理分區(qū)容量。
對(duì)于非ubi 方案，用戶空間可通過下面的命令查看用戶可用分區(qū)大小，大小單位為KB。
# cat /proc/partitions
major minor #blocks name
93 0 112384 nand0
93 1 256 nand0p1
93 2 5120 nand0p2
93 3 10240 nand0p3
93 4 10240 nand0p4
93 5 7168 nand0p5
93 6 64 nand0p6
93 7 512 nand0p7
93 8 256 nand0p8
93 9 76463 nand0p9
如例子中的結(jié)果，nand0 分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)nand0px 對(duì)應(yīng)一個(gè)分區(qū)表中的分區(qū)。對(duì)于ubi 方案，整個(gè)nand 分為若干mtd?？墒褂靡韵旅畈榭?/p>
# cat /proc/mtd
dev: size erasesize name
mtd0: 00100000 00040000 "boot0"
mtd1: 00300000 00040000 "uboot"
mtd2: 00100000 00040000 "secure_storage"
mtd3: 00080000 00040000 "pstore"
mtd4: 07a80000 00040000 "sys"
如例子中的結(jié)果，整個(gè)nand 分為5 個(gè)mtd。
? mtd0 存放boot0, size 1 MB
? mtd1 存放uboot, size 3 MB
? mtd2 存放secure_storage, size 1 MB
? mtd3 存放pstore, size 512 KB
? mtd4 則會(huì)進(jìn)一步分為多個(gè)ubi 卷，占用剩余所有空間
以上所有mtd 的size 相加，應(yīng)該恰好等于flash 總size。分區(qū)表中定義的每個(gè)邏輯分區(qū)，會(huì)對(duì)應(yīng)mtd sys 上的ubi 卷。可使用以下命令查看
# ubinfo -a
UBI version: 1
Count of UBI devices: 1
UBI control device major/minor: 10:51
Present UBI devices: ubi0
ubi0
Volumes count: 12
Logical eraseblock size: 258048 bytes, 252.0 KiB
Total amount of logical eraseblocks: 489 (126185472 bytes, 120.3 MiB)
Amount of available logical eraseblocks: 0 (0 bytes)
Maximum count of volumes 128
Count of bad physical eraseblocks: 1
Count of reserved physical eraseblocks: 19
Current maximum erase counter value: 3
Minimum input/output unit size: 4096 bytes
Character device major/minor: 247:0
Present volumes: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
Volume ID: 0 (on ubi0)
Type: static
Alignment: 1
Size: 1 LEBs (258048 bytes, 252.0 KiB)
Data bytes: 258048 bytes (252.0 KiB)
State: OK
Name: mbr
Character device major/minor: 247:1
-----------------------------------
Volume ID: 1 (on ubi0)
Type: dynamic
Alignment: 1
Size: 2 LEBs (516096 bytes, 504.0 KiB)
State: OK
Name: boot-resource
Character device major/minor: 247:2
-----------------------------------
... #此處省略若干卷
-----------------------------------
Volume ID: 11 (on ubi0)
Type: dynamic
Alignment: 1
Size: 242 LEBs (62447616 bytes, 59.6 MiB)
State: OK
Name: UDISK
Character device major/minor: 247:12
如例子中的結(jié)果
? volume 0 為mbr, 占1 LEBs(252 KB)，對(duì)應(yīng)分區(qū)表本身
? volume 1 為boot-resource, 占2 LEBs(504 KB)，對(duì)應(yīng)分區(qū)表中第一個(gè)分區(qū)
? …
? volume 11 為UDISK, 占242 LEBs(59.8 MB)，對(duì)應(yīng)分區(qū)表中最后一個(gè)分區(qū)
常見的關(guān)于容量的疑惑與解答。
- 問：df 查看UDISK 分區(qū)大小，明明分區(qū)有50M，怎么顯示總大小只有40+M？
答：df 顯示的是文件系統(tǒng)的大小，文件系統(tǒng)本身需要額外的空間存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)，導(dǎo)致實(shí)際可用空間
會(huì)比分區(qū)大小略少。 - 問：df 查看boot 分區(qū)大小，為什么顯示的大小比實(shí)際分區(qū)大？
答：boot 分區(qū)是通過鏡像燒寫的形式格式化的fs，創(chuàng)建鏡像時(shí)設(shè)置的文件系統(tǒng)的大小并不等于分
區(qū)實(shí)際大小，導(dǎo)致此時(shí)文件系統(tǒng)大小并不能體現(xiàn)實(shí)際分區(qū)大小。 - 問：df 查看squashfs 使用率總是100%？
答：squashfs 是只讀壓縮文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)大小取決于總文件大小，使用率總是100%，跟分
區(qū)大小無關(guān)。
說明
- 文件大小
我們常說的文件大小，指的是文件內(nèi)容有多少字節(jié)。但在一個(gè)文件系統(tǒng)中，空間分配以塊為單位，必然會(huì)造成內(nèi)部碎片。假
設(shè)塊為4K，如果文件大小為1K，文件系統(tǒng)依然為其分配4K 的塊，就會(huì)造成3K 的空間浪費(fèi)。 - 文件系統(tǒng)大小
文件系統(tǒng)大小，指的是文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)中標(biāo)識(shí)的可用大小。形象來說，是df 命令或者statfs() 函數(shù)反饋的大小。文件系
統(tǒng)大小不一定等于分區(qū)大小，既可大于分區(qū)大小，也可小于分區(qū)大小。 - 分區(qū)大小
在劃分分區(qū)時(shí)規(guī)定的大小，往往是sys_partition.fex 中指定的大小。
2.9 特殊隱藏空間
不管是nor，nand 還是mmc，都需要一些隱藏空間存儲(chǔ)特殊數(shù)據(jù)，例如boot0/uboot/dtb/sys_config。用戶無法使用這些隱藏空間。
此外，nand 驅(qū)動(dòng)還需要額外的空間以實(shí)現(xiàn)磨損平衡、壞塊管理算法，因此nand 的隱藏空間更大。
隱藏空間大小見總?cè)萘空f明。
3 系統(tǒng)掛載
Tina 目前支持兩種啟動(dòng)方式，分別是busybox 和procd，不同啟動(dòng)方式，其自動(dòng)掛載的配置不同。
此處的自動(dòng)掛載指開機(jī)冷掛載以及熱插拔掛載，其中冷掛載指啟動(dòng)時(shí)掛載，熱掛載指TF/U 盤等插拔設(shè)備時(shí)的掛載。
3.1 塊設(shè)備節(jié)點(diǎn)
Tina 中設(shè)備節(jié)點(diǎn)都在/dev 目錄下，對(duì)于不同存儲(chǔ)介質(zhì)，生成的設(shè)備節(jié)點(diǎn)會(huì)不一樣。
| 存儲(chǔ) | 介質(zhì)設(shè)備 | 節(jié)點(diǎn)備注 |
|---|---|---|
| nand | /dev/nand{a,b,c…} | MBR 分區(qū)表 |
| nand | /dev/nand0p{1,2,3…} | GPT 分區(qū)表 |
| mmc | /dev/mmcblk0p{1,2,3…} | |
| nor | /dev/mtdblock{0,1,2…} | |
| TF | 卡/dev/mmcblk{0,1}p{1,2…} | 注1 |
| U 盤 | /dev/sda{1,2…} | |
| SATA | 硬盤/dev/sda{1,2…} |
說明
- 若使用mmc 做內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)，由于mmc 占用了mmcblk0的設(shè)備名，此時(shí)TF 卡的設(shè)備名序號(hào)遞增為mmcblk1，否則生
成mmcblk0的設(shè)備名。因此配置fstab 時(shí)尤其注意TF 設(shè)備名是否正確。
對(duì)sys_partition.fex 中設(shè)置的內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)動(dòng)態(tài)在/dev/by-name 中創(chuàng)建軟鏈
接。例如：
root@TinaLinux:/# ll /dev/by-name/
drwxr-xr-x 2 root root 220 Mar 1 15:05 .
drwxr-xr-x 7 root root 3060 Mar 1 15:05 ..
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 UDISK -> /dev/nand0p9
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 boot -> /dev/nand0p2
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 env -> /dev/nand0p1
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 misc -> /dev/nand0p6
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 private -> /dev/nand0p8
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 pstore -> /dev/nand0p7
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 recovery -> /dev/nand0p5
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 rootfs -> /dev/nand0p3
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 rootfs_data -> /dev/nand0p4
因此，在fstab 也可以使用/dev/by-name/XXXX的形式匹配設(shè)備。塊設(shè)備如果有分區(qū)，會(huì)形成分區(qū)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，以mmc、U 盤為例介紹設(shè)備節(jié)點(diǎn)名與分區(qū)的關(guān)系：
| 設(shè)備節(jié)點(diǎn)名 | 含義 |
|---|---|
| /dev/mmcblk0 | 表示整個(gè)mmc 空間，包含所有分區(qū) |
| /dev/mmcblk0p1 | 表示mmc 中的第1 個(gè)分區(qū) |
| /dev/mmcblk0p2 | 表示mmc 中的第2 個(gè)分區(qū) |
| /dev/sda | 表示整個(gè)U 盤，包含所有分區(qū) |
| /dev/sda1 | 表示U 盤內(nèi)的第1 個(gè)分區(qū) |
| /dev/sda2 | 表示U 盤內(nèi)的第2 個(gè)分區(qū) |
熱插拔塊設(shè)備分區(qū)有以下特殊情況。
- 塊設(shè)備沒有分區(qū)
有一些特殊的TF 卡/U 盤沒有分區(qū)，而是直接使用整個(gè)存儲(chǔ)，表現(xiàn)為只有/dev/mmcblk1 和
/dev/sda ，而沒有分區(qū)節(jié)點(diǎn)/dev/mmcblk1p1 和/dev/sda1 。此時(shí)需要直接掛載整個(gè)存儲(chǔ)
設(shè)備，Tina 大部分方案都支持這種特殊情況。 - 塊設(shè)備有多個(gè)分區(qū)
有一些特殊的TF 卡/U 盤被分為多個(gè)分區(qū)，表現(xiàn)為存在多個(gè)/dev/mmcblk1p{1,2…} 和
/dev/sda{1,2…}。默認(rèn)情況下，Tina 的fstab 配置為只支持掛載熱插拔存儲(chǔ)設(shè)備的第一個(gè)
分區(qū)到/mnt/SDCARD 或者/mnt/exUDISK。
3.2 掛載點(diǎn)
3.2.1 默認(rèn)掛載設(shè)備目錄
Tina 中對(duì)常見的分區(qū)和熱插拔塊設(shè)備，有默認(rèn)的掛載點(diǎn)。
| 存儲(chǔ)介質(zhì) | 掛載節(jié)點(diǎn) | 設(shè)備節(jié)點(diǎn) | 備注 |
|---|---|---|---|
| nor/nand/mmc | /mnt/UDISK | /dev/by-name/UDISK | 注1 |
| TF 卡 | /mnt/SDCARD 或/mnt/extsd | /dev/mmcblk{0,1}p1 | 注2 |
| U 盤 | /mnt/exUDISK | /dev/sda1 | 注3 |
| SATA 磁盤 | /mnt/exUDISK | /dev/sda1 | 注3 |
說明
- /dev/by-name/UDISK 為sys_partition.fex 的UDISK 分區(qū)的軟連接。
- 當(dāng)無分區(qū)時(shí)，默認(rèn)掛載整個(gè)TF 卡; 當(dāng)有1 個(gè)或多個(gè)分區(qū)時(shí)，只掛載第一分區(qū)。
- 當(dāng)無分區(qū)時(shí)，默認(rèn)掛載整個(gè)設(shè)備(/dev/sda)，當(dāng)有1 個(gè)或多個(gè)分區(qū)時(shí)，只掛載第一個(gè)分區(qū)。
3.2.2 新建掛載點(diǎn)
掛載文件系統(tǒng)需要有掛載點(diǎn)。
如果掛載點(diǎn)所在目錄可寫，則在掛載之前先創(chuàng)建目錄即可。
mkdir -p xxx
若掛載點(diǎn)所在目錄為只讀，則需要在制作文件系統(tǒng)時(shí)提前創(chuàng)建好。
如創(chuàng)建非空目錄，則在對(duì)應(yīng)方案的base-files 目錄創(chuàng)建。
procd-init: target/allwinner/方案/base-files
busybox-init: target/allwinner/方案/busybox-init-base-files
如創(chuàng)建空目錄，由于git 不管理空目錄，因此需在Makefile 中動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，可仿照現(xiàn)有Makefile中創(chuàng)建UDISK 目錄的寫法。
procd-init: package/base-files/Makefile
busybox-init: package/busybox-init-base-files/Makefile
3.3 procd 啟動(dòng)下的掛載
procd 啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)掛載由procd、fstools、fstab 配合完成。如果需要修改冷/熱掛載規(guī)則，只需要修改fstab 配置文件即可。
SDK 中，配置文件位于：
tina/target/allwinner/<方案名>/base-files/etc
若只是調(diào)試或臨時(shí)修改掛載規(guī)則，只需要修改小機(jī)端的配置文件：
/etc/config/fstab
3.3.1 fstab 編寫格式
fstab 由多個(gè)config 組成，每個(gè)config 的基本格式示例如下：
config ‘xxxx’
option xxxx ‘xx’
option xxxx ‘xx’
option xxxx ‘xx’
config 有3 種類型，分別是mount|global|swap 。Tina SDK 中沒使用swap，在本文中不做介紹。
3.3.2 global 類型config
global 類型的config 是全局配置，示例如下。
config 'global'
option anon_swap '0'
option anon_mount '0'
option auto_swap '1'
option auto_mount '1'
option delay_root '5'
option check_fs '1'
配置項(xiàng)的意義如下表：
| 配置名稱 | 可選值 | 意義 |
|---|---|---|
| anon_mount | 0/1 | 注1 |
| anon_swap | 0/1 | swap 使用，此處省略 |
| auto_mount | 0/1 | 只適用于設(shè)置熱插拔是否自動(dòng)掛載塊設(shè)備 |
| auto_swap | 0/1 | swap 使用，此處忽略 |
| check_fs | 0/1 | 建議配置為1，注2 |
| delay_root | 1,2,3… | 注3 |
說明
- anon_mount: 當(dāng)fstab 中無匹配要掛載設(shè)備的uuid/label/device 屬性的配置節(jié)時(shí), 是否采用默認(rèn)掛載為
/mnt/“$device-name”。 - check_fs: 是否在掛載前用/usr/sbin/e2fsck 檢查文件系統(tǒng)一致性(只適用于ext 系統(tǒng))。
- delay_root: 對(duì)應(yīng)fstab 中target 為”/” 或”/overlay” 的設(shè)備節(jié)點(diǎn)不存在時(shí)，最長等待delay_root 秒。
3.3.3 mount 類型config
mount 類型的config 是具體的設(shè)備掛載配置，示例如下
config 'mount'
option target '/mnt/UDISK'
option device '/dev/by-name/UDISK'
option options 'rw,sync'
option enabled '1'
配置項(xiàng)的意義如下表：
| 配置名稱 | 意義 | 備注 |
|---|---|---|
| target | 掛載點(diǎn) | 必須是絕對(duì)路徑，必須有效 |
| device | 設(shè)備名 | 通過設(shè)備名指定待掛載的設(shè)備，注1 |
| uuid | 設(shè)備UUID | 通過fs 的UUID 指定待掛載的設(shè)備，注1 |
| label | 設(shè)備label | 通過fs 的label 指定待掛載的設(shè)備，注1 |
| enabled | 是否使能 | 該節(jié)點(diǎn)是否有效(0/1) |
| options | 掛載屬性 | 例如只讀掛載等，注2 |
-
device/uuid/label 是匹配掛載的設(shè)備，三者中至少要有一個(gè)有效。
-
默認(rèn)掛載支持的屬性如下表：
| 配置名稱 | 意義 | 缺省值 |
|---|---|---|
| ro / rw | 只讀/ 可讀寫 | rw |
| nosuid / suid | 忽略suid/sgid 的文件屬性 | suid |
| nodev / dev | 不允許/允許訪問設(shè)備文件 | dev |
| noexec / exec | 不允許/允許執(zhí)行程序 | exec |
| sync / async | 同步/異步寫入 | async |
| mand / nomand | 允許/不允許強(qiáng)制鎖 | nomand |
| irsync | 同步更新文件夾 | 無效 |
| noatime / atime | 不更新/更新訪問時(shí)間(atime) | atime |
| nodiratime / diratime | 不更新/更新目錄訪問時(shí)間(atime) | diratime |
| relatime / norelatime | 允許/不允許根據(jù)ctime/mtime 更新actime n | orelatime |
| strictatime | 禁止根據(jù)內(nèi)核行為來更新atime, 但允許用戶空間修改 | 無效 |
3.4 busybox 啟動(dòng)下的掛載
busybox 啟動(dòng)時(shí)，通過pseudo_init 和rcS 完成大部分默認(rèn)的掛載工作。
| 存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn) | 掛載路徑 | 用途 |
|---|---|---|
| /dev/by-name/UDISK | /mnt/UDISK | 用戶數(shù)據(jù) |
| /dev/by-name/rootfs_data | /overlay | 作為overlay 使得rootfs 可寫 |
| /dev/mmcblk{0,1}p1 | /mnt/SDCARD 或/mnt/extsd | TF 卡 |
| /dev/sda1 | /mnt/exUDISK | U 盤 |
busybox 啟動(dòng)使用默認(rèn)掛載配置即可，如果需要修改，需要自行修改腳本。
tina/package/busybox-init-base-files/busybox-init-base-files/usr/bin/hotplug.sh
3.5 掛載文件系統(tǒng)
在分區(qū)表中增加的分區(qū)默認(rèn)是空分區(qū)，如需掛載成文件系統(tǒng)使用，則首先需要在分區(qū)中寫入一個(gè)文件系統(tǒng)。
方式一，在PC 端預(yù)先生成好一個(gè)文件系統(tǒng)，并在分區(qū)表中指定為download_file，則啟動(dòng)后可直接掛載。例如rootfs 分區(qū)就是在PC 端制作好文件系統(tǒng)，燒錄時(shí)寫入rootfs 分區(qū)。
方式二，在小機(jī)端進(jìn)行格式化。例如UDISK 分區(qū)就是在第一次啟動(dòng)時(shí)，由啟動(dòng)腳本進(jìn)行格式化?？蛻艨勺孕性谀骋粏?dòng)腳本或應(yīng)用中調(diào)用格式化工具（mkfs.xxx）進(jìn)行格式化。如需參考，可仿照UDISK 分區(qū)的格式化：
procd-init: package/base-files/files/lib/preinit/79_format_partition
busybox-init: package/busybox-init-base-files/files/pseudo_init
3.5.1 注意事項(xiàng)
一些格式化工具并未默認(rèn)選中，需要時(shí)請(qǐng)自行在make menuconfig 界面配置。部分文件系統(tǒng)對(duì)分區(qū)大小有最低要求，如ext4，ubifs，如果在小機(jī)端調(diào)用格式化分區(qū)時(shí)報(bào)錯(cuò)，可根據(jù)報(bào)錯(cuò)信息提示增大分區(qū)。
對(duì)于private 分區(qū)默認(rèn)為空，使用DragonSN 工具寫號(hào)后，則為vfat 格式的文件系統(tǒng)。對(duì)于ubi 方案來說，如果需要使用基于塊設(shè)備的文件系統(tǒng)，則需要在ubi 之上模擬塊設(shè)備。在用戶空間可調(diào)用ubiblock 工具完成，注意這樣模擬出的塊設(shè)備是只讀的，如需可寫建議直接使用
ubifs。
詳見后文ubi 方案特殊說明。
4 文件系統(tǒng)支持情況
| 存儲(chǔ)介質(zhì) | jffs2 | squashfs | ext4 | vfat | ntfs | exfat | ubifs |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (NFTL) nand | N | Y | Y | Y | Y | N | N |
| (UBI) spinand | N | Y | Y(ro) | Y(ro) | Y(ro) | N | Y |
| mmc | N | Y | Y | Y | Y | N | N |
| nor | Y | Y | N | N | N | N | N |
| TF 卡 | N | N | Y | Y | Y | N | N |
| U 盤 | N | N | Y | Y | Y | N | N |
說明
- (ro) 表示只能實(shí)現(xiàn)只讀: ubi 卷可通過模擬塊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)塊文件系統(tǒng)的讀，但不支持寫。
- vfat（fat32）使用內(nèi)核原生的支持，exfat 需要在Linux-5.7 后社區(qū)才正式支持，因此此處標(biāo)注為不支持。
- ntfs 依賴于第三方工具ntfs-3g。
- TF 卡/U 盤等，建議使用vfat 實(shí)現(xiàn)Window/Linux/MacOS 的最大兼容參考文章《多平臺(tái)大型文件系統(tǒng)比較》。
- vfat/ntfs/exfat 等Window 文件系統(tǒng)，不建議用做嵌入式存儲(chǔ)，除非您能保證其掉電安全和移植文件系統(tǒng)修復(fù)工具。
警告
關(guān)于文件系統(tǒng)的選擇，有以下幾點(diǎn)需要注意：
- 全志NFTL nand 可使用塊文件系統(tǒng)(ext4) 全志在驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)磨損平衡和壞塊管理，向上呈現(xiàn)為塊設(shè)
備。因此可支持ext4，不需要且不支持常見的flash 文件系統(tǒng)(jffs2/yaffs/ubifs 等)。 - 為了保證掉電不變磚，根文件系統(tǒng)務(wù)必只讀(squashfs)，或者ext4 掛載為ro 模式。
- ext4/ubifs 等文件系統(tǒng)分區(qū)大小必須足夠大，以確保能正確創(chuàng)建日志塊，否則有掉電變磚風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)大小
請(qǐng)參考章節(jié)分區(qū)大小與對(duì)齊。
4.1 ext4 與日志
4.1.1 ext4 的日志
與服務(wù)器等長期穩(wěn)定供電的情況不同，嵌入式設(shè)備隨時(shí)有掉電的可能。不管在任意時(shí)間掉電，文件系統(tǒng)都需要保持一致性，換句話說，保證文件不會(huì)因?yàn)榈綦妬G失。如果文件系統(tǒng)只讀，則不需要日志。日志只是確保寫的安全。
說明
什么是文件系統(tǒng)的一致性？
文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)塊記錄了有什么文件，數(shù)據(jù)塊則保存了實(shí)際的文件內(nèi)容。一致性則表示，元數(shù)據(jù)塊記錄了存在某個(gè)文件，必定存
在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，換句話說，就是保證元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的一致。
如果出現(xiàn)，元數(shù)據(jù)記錄文件A 存在，但文件A 的數(shù)據(jù)塊是無效的，或者明明數(shù)據(jù)塊是有效的，但元數(shù)據(jù)并沒任何記錄，導(dǎo)致系
統(tǒng)并不知道文件存在，就出現(xiàn)了文件系統(tǒng)的不一致。
警告
保證文件不丟失，只保證之前寫入的文件數(shù)據(jù)正常，而非正在寫，且因?yàn)榈綦妼?dǎo)致沒寫完整的文件。對(duì)大多數(shù)文
件系統(tǒng)而言，更多時(shí)候會(huì)直接丟棄這沒寫完整的文件以保證一致性。
ext4 通過日志的形式保證文件系統(tǒng)一致性。其支持3 種日志模式：
| 日志模式 | 原理 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|
| journal | 元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)都寫入日志 | 最安全，但性能最慢 |
| writeback | 只有元數(shù)據(jù)寫入日志，但不保證數(shù)據(jù)先落盤 | 性能最快，但最不安全 |
| ordered | 只有元數(shù)據(jù)寫入日志，且保證數(shù)據(jù)先落盤，元數(shù)據(jù)后落盤 | 折中，默認(rèn)方案 |
考慮安全和性能的折中，建議使用ordered 的日志模式。系統(tǒng)默認(rèn)使用的就是ordered 模式。我們在mount 命令中顯示的掛載參數(shù)可顯示使用的哪種日志。
$mount
/dev/by-name/UDISK on /mnt/UDISK type ext4 (rw,....,data=ordered)
4.1.2 分區(qū)大小與日志
有時(shí)候分區(qū)太小，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)把日志功能關(guān)閉?？梢酝ㄟ^以下方法判斷：
$dumpe2fs <分區(qū)or 鏡像文件>
...
Filesystem features: has_journal ...
...
Journal backup: inode blocks
Journal features: (none)
日志大小: 1024k
Journal length: 1024
Journal sequence: 0x00000001
Journal start: 0
...
在Filesystem features 中有has_journal 的標(biāo)志表示支持日志。在Jorunal 片段中也詳細(xì)描述了日志塊的大小等信息。
如果創(chuàng)建的文件系統(tǒng)沒有日志，對(duì)大多數(shù)用戶而言，擴(kuò)大分區(qū)大小是最簡單的做法。專業(yè)的做法可以通過縮小塊大小，取消預(yù)留塊等方式為日志騰挪出空間。
按以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)小容量(<100M) 的存儲(chǔ)而言，在資源文件之外預(yù)留3-5M 的空間用于文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)即可。
4.1.3 修復(fù)ext4
ext4 文件系統(tǒng)每次重啟后，建議都進(jìn)行一次修復(fù)，確保文件系統(tǒng)穩(wěn)定。
修復(fù)可以參考以下命令：
e2fsck -y <分區(qū)>
4.1.4 修復(fù)fat
TF 卡掛載fat 文件系統(tǒng)，fat 文件系統(tǒng)不是日志型文件系統(tǒng)，在掉電、帶電插拔等場景下不能保證文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，所以建議啟動(dòng)都進(jìn)行一次修復(fù)。修復(fù)可以參考以下命令：
fsck_msdos -pfS /dev/mmcblk0p1
如章節(jié)global 類型config中描述，如果使用procd 引導(dǎo)啟動(dòng)，在fstab 中使能check_fs，也可實(shí)現(xiàn)在掛載前自動(dòng)修復(fù)。
5 UBI VS. NFTL
對(duì)nand 存儲(chǔ)介質(zhì)，全志有兩套解決方案，分別是NFTL spi/raw nand 和UBI spi nand。UBI 存儲(chǔ)方案常用于小容量spinand，其實(shí)現(xiàn)原理跟NFTL 存儲(chǔ)方案完全不同。
5.1 NFTL Nand
這是全志實(shí)現(xiàn)的不開源的Nand 驅(qū)動(dòng)，NFTL 全稱為NAND Flash Translation Layer，其可實(shí)現(xiàn)屏蔽Nand 的特性，對(duì)上呈現(xiàn)為塊設(shè)備。
我們常見的mmc 設(shè)備也是塊設(shè)備，可以簡單理解為，MMC = Nand Flash + 控制器+NFTL。所以通過全志的NFTL nand 驅(qū)動(dòng)后，我們可以像mmc 設(shè)備一樣，以塊設(shè)備操作Nand。
例如，上層可以直接裸讀寫塊設(shè)備，常見的ota 更新也是基于這樣的實(shí)現(xiàn)：
dd if=boot.fex of=/dev/by-name/boot
技巧
詳細(xì)的OTA 方法，請(qǐng)參見OTA 相關(guān)文檔。
全志的NFTL Nand 驅(qū)動(dòng)中，預(yù)留一部分空間做算法和關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存。預(yù)留空間大致為1/10 ~1/8 的可用空間。這里的可用空間是指剔除出廠壞塊之外的空間。由于每一顆Flash 的出廠壞塊數(shù)量不盡相同，因此最終呈現(xiàn)給用戶的可用空間不盡相同。用戶也不需要擔(dān)心使用過程中出現(xiàn)的壞塊導(dǎo)致用戶可用空間變小，在算法實(shí)現(xiàn)中，使用壞塊會(huì)體現(xiàn)在預(yù)留空間而不是用戶空間。
此外，Nand 的磨損平衡、壞塊管理等特性全由NFTL 驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。換句話說，驅(qū)動(dòng)保證用戶數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，用戶可將其按塊設(shè)備使用。
5.2 UBI (spi) Nand
當(dāng)前UBI 方案僅適用于小容量spinand。
UBI 方案是社區(qū)普遍使用的Flash 存儲(chǔ)方案，其構(gòu)建在mtd 設(shè)備之上，由UBI 子系統(tǒng)屏蔽Nand 特性，對(duì)接UBIFS 文件系統(tǒng)。其層次結(jié)構(gòu)由上往下大致如下：
| 層次 | 層級(jí) | 功能 |
|---|---|---|
| 0 (最上層) | UBIFS | ubifs 文件系統(tǒng) |
| 1 UBI | 子系統(tǒng) | Nand 特性管理 |
| 2 | MTD 子系統(tǒng) | 封裝Flash，向上提供統(tǒng)一接口 |
| 3 (最下層) | Flash | 具體的Flash 驅(qū)動(dòng) |
我們把MTD 分區(qū)稱為物理分區(qū)，把UBI 卷(分區(qū)) 成為邏輯分區(qū)，因?yàn)?br /> ? MTD 分區(qū)是按Flash 的物理地址區(qū)間劃分分區(qū)
? UBI 卷(分區(qū)) 是動(dòng)態(tài)映射的區(qū)間
全志的UBI 方案中，創(chuàng)建了這些MTD 物理分區(qū)：
| 分區(qū)名 | 大小 | 作用 |
|---|---|---|
| boot0 | 4/8 個(gè)物理塊 | 存放boot0 |
| uboot | 4/20M | 存放uboot |
| secure storage | 8 個(gè)物理塊 | 存放關(guān)鍵數(shù)據(jù) |
| pstore | 512K | 奔潰日志轉(zhuǎn)存 |
| sys | 剩余空間 | 提供給ubi 子系統(tǒng)劃分邏輯分區(qū) |
驅(qū)動(dòng)會(huì)在sys 的MTD 物理分區(qū)上根據(jù)sys_partition.fex構(gòu)建UBI 邏輯分區(qū)(卷)。
UBI 設(shè)備向上呈現(xiàn)為字符設(shè)備，無法直接使用諸如ext4 這樣基于塊設(shè)備的文件系統(tǒng)。但UBI 子系統(tǒng)支持模擬只讀的塊設(shè)備，即把UBI 邏輯卷模擬成只讀的塊設(shè)備。基于此，可以做到根文件系統(tǒng)依然使用squashfs 這樣的塊文件系統(tǒng)。
社區(qū)為UBI 設(shè)備專門設(shè)計(jì)了ubifs 文件系統(tǒng)。經(jīng)過驗(yàn)證，其配合UBI 子系統(tǒng)可保證數(shù)據(jù)掉電安全以及提供通用文件系統(tǒng)所有功能，甚至還提供文件系統(tǒng)壓縮功能。
除此之外，UBI 設(shè)備更新（OTA 更新）也不能直接裸寫設(shè)備，需要通過ubiupdateval 命令更新。
技巧：詳細(xì)的OTA 方法，請(qǐng)參見OTA 相關(guān)文檔。
5.3 ubi 相關(guān)工具
5.3.1 ubinfo
輸出指定ubi 設(shè)備信息。
例子:
ubinfo /dev/by-name/rootfs #查看rootfs卷的信息
ubinfo -a #查看所有卷的信息
可參考總?cè)萘空f明
5.3.2 ubiupdatevol
更新指定卷上的數(shù)據(jù)。
例子:
ubiupdatevol -t /dev/by-name/boot #清除boot卷的數(shù)據(jù)
ubiupdatevol /dev/by-name/boot /tmp/boot.img #將/tmp/boot.img寫到boot卷，卷上原有數(shù)據(jù)會(huì)完全丟失
可參考總?cè)萘空f明
可參考模擬塊設(shè)備
5.3.3 ubiblock
基于一個(gè)ubi 卷，生成模擬的只讀塊設(shè)備
例子:
ubiblock -c /dev/by-name/test #將test卷生成一個(gè)塊設(shè)備節(jié)點(diǎn)
可參考模擬塊設(shè)備
5.3.4 其他
在tina 方案上，燒錄固件時(shí)已經(jīng)完成mtd 和ubi 卷的創(chuàng)建，啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)attach 并掛載對(duì)應(yīng)的分區(qū)，無需再自行處理。因此以下命令一般不會(huì)用到。
ubiformat: 將裸mtd 格式化成ubi
ubiattach: 將mtd 關(guān)聯(lián)到ubi
ubidetach: 將ubi 與mtd 解除關(guān)聯(lián)ubimkvol: 創(chuàng)建ubi 卷
ubirmvol: 移除ubi 卷
6 rootfs_data 及UDISK
6.1 overlayfs 簡介
Tina 默認(rèn)根文件系統(tǒng)格式使用squashfs 格式，這是一種只讀壓縮的文件系統(tǒng)。很多應(yīng)用則需要文件系統(tǒng)可寫，特別是/etc 等存放較多配置文件的目錄，為了滿足可寫的需求，Tina 默認(rèn)使用overlayfs 技術(shù)。overlayfs 是一種堆疊文件系統(tǒng)，可以將底層文件系統(tǒng)和頂層文件系統(tǒng)的目錄進(jìn)行合并呈現(xiàn)。
6.2 使用rootfs_data 作為overlayfs
Tina 常用的方式是專門劃分一個(gè)rootfs_data 分區(qū)， 先格式化成可寫的文件系統(tǒng)（如ext4/ubifs）， 再進(jìn)一步掛載為overyfs， 成為新的根， 讓上層應(yīng)用認(rèn)為rootfs 是可寫的。
rootfs_data 分區(qū)的大小就決定了應(yīng)用能修改多少文件。具體原理和細(xì)節(jié)請(qǐng)參考網(wǎng)上公開資料，此處僅舉簡單例子輔助理解。
- 底層（即rootfs 分區(qū)的文件系統(tǒng)）不存在文件A，應(yīng)用創(chuàng)建A，則A 只存在于上層（即
rootfs_data 分區(qū)）。 - 底層存在文件B，應(yīng)用刪除B，則B 仍然存在于底層，但上層會(huì)創(chuàng)建一個(gè)特殊文件屏蔽掉，導(dǎo)
致對(duì)應(yīng)用來說B 就看不到了，起到刪除的效果。 - 底層存在文件C，上層修改C，則C 會(huì)先被整個(gè)拷貝到上層，C 本身多大就需占用多大的上
層空間，在這個(gè)基礎(chǔ)上應(yīng)用對(duì)上層的C 進(jìn)行修改。
基于以上理解，可按需配置rootfs_data 的大小。一般開發(fā)期間會(huì)配置得較大，量產(chǎn)時(shí)可減小
（考慮實(shí)際只會(huì)修改少量配置文件）甚至去除（需要確認(rèn)所有應(yīng)用均不依賴rootfs 可寫）。
6.3 使用UDISK 作為overlayfs
如果希望overlayfs 的空間盡可能較大，也可考慮直接使用UDISK 分區(qū)作為上層文件系統(tǒng)空間。
可將target/allwinner/xxx/base-files/etc/config/fstab 中的rootfs_data 分區(qū)及UDISK 分區(qū)的掛載配置disable 掉。
config 'mount'option target '/overlay'option device '/dev/by-name/rootfs_data'option options 'rw,sync,noatime'option enabled '0' #此行改成0
config 'mount'option target '/mnt/UDISK'option device '/dev/by-name/UDISK'option options 'rw,async,noatime'option enabled '0'
再新增一個(gè)配置，將UDISK 直接掛載到/overlay 目錄。
config 'mount'option target '/overlay'option device '/dev/by-name/UDISK'option options 'rw,sync,noatime'option enabled '1'
6.4 如何清空rootfs_data 和UDISK
出于恢復(fù)出廠設(shè)置或其他需要，有時(shí)需要清空rootfs_data 和UDISK。
一般不建議在文件系統(tǒng)仍處于掛載狀態(tài)時(shí)直接操作對(duì)應(yīng)的底層分區(qū)，因此建議需要清空時(shí)，不要直接操作對(duì)應(yīng)塊設(shè)備，而是先設(shè)置標(biāo)志并重啟，再在掛載對(duì)應(yīng)分區(qū)前的啟動(dòng)腳本中檢測到對(duì)應(yīng)標(biāo)志后，對(duì)分區(qū)進(jìn)行重新格式化。
當(dāng)前79_format_partition 中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)clean_parts 功能， 會(huì)檢測env 分區(qū)中的parts_clean 變量并清空對(duì)應(yīng)分區(qū)的頭部。清空后，rootfs_data 和UDISK 分區(qū)會(huì)自動(dòng)重新觸發(fā)格式化。
# to clean rootfs_data and UDISK, please run
fw_setenv parts_clean rootfs_data:UDISK
reboot
具體實(shí)現(xiàn)請(qǐng)查看
package/base-files/files/lib/preinit/79_format_partition
7 關(guān)鍵數(shù)據(jù)保護(hù)
設(shè)備上保存的一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，例如mac，SN 號(hào)等，一般要求在重新刷機(jī)時(shí)不丟失。以下介紹刷機(jī)數(shù)據(jù)不丟失的解決方案。
7.1 邏輯分區(qū)保護(hù)方案
7.1.1 分區(qū)設(shè)置
此處的邏輯分區(qū)，是指在分區(qū)表(sys_partition.fex/sys_partition_nor.fex) 中定義的分區(qū)。名字為private 的分區(qū)會(huì)特殊處理，默認(rèn)刷機(jī)數(shù)據(jù)不丟失。
其他名字的分區(qū)，如果指定keydata=0x8000 屬性，則刷機(jī)數(shù)據(jù)不丟失。對(duì)于private 分區(qū)或設(shè)置了keydata=0x8000 屬性的分區(qū)，請(qǐng)勿設(shè)置downloadfile。
7.1.2 實(shí)現(xiàn)原理
對(duì)private 分區(qū)(配置了keydata=0x8000 屬性同理) 保護(hù)的方式是，擦除之前先申請(qǐng)一片內(nèi)存，然后根據(jù)flash 中的舊分區(qū)表，讀出private 分區(qū)內(nèi)容。
接著進(jìn)行擦除，然后再按照新的分區(qū)表，將private 分區(qū)內(nèi)容寫回flash 上新分區(qū)所在位置。
7.1.3 常見用法
- 使用全志的DragonSN 工具，選擇私有key 模式，將key 寫入private 分區(qū)。寫入后private分區(qū)默認(rèn)會(huì)是一個(gè)vfat 文件系統(tǒng)，啟動(dòng)后掛載/dev/by-name/private，即可讀出key。DragonSN 的具體用法請(qǐng)參考工具自帶文檔。
- 不使用DragonSN 工具， 由應(yīng)用自行負(fù)責(zé)寫入數(shù)據(jù)和讀出數(shù)據(jù)， 直接在用戶空間操作/dev/by-name/private 節(jié)點(diǎn)即可。量產(chǎn)時(shí)可自行開發(fā)PC 端工具，通過adb 命令來完成key 的寫入。
7.1.4 ubi 方案特殊說明
7.1.4.1 模擬塊設(shè)備
對(duì)于nand nftl 方案，emmc 方案，nor 方案，邏輯分區(qū)是對(duì)應(yīng)到一個(gè)塊設(shè)備，即對(duì)于private分區(qū)，可以直接讀寫/dev/by-name/private 節(jié)點(diǎn)，也可以借助DragonSN 工具制作成一個(gè)vfat文件系統(tǒng)，再掛載使用，掛載后文件系統(tǒng)是可讀寫的。
但對(duì)于nand ubi 方案，邏輯分區(qū)是對(duì)應(yīng)到ubi 卷，由于ubi 的特性，無法再直接寫數(shù)據(jù)到/dev/by-name/private 節(jié)點(diǎn)，需要通過ubiupdatevol 工具來更新卷，或者自行在應(yīng)用中按照ubi 卷更新步驟操作。
當(dāng)基于ubi 卷構(gòu)建vfat 文件系統(tǒng)時(shí)，需要先基于ubi 卷模擬塊設(shè)備，且掛載上的vfat 文件系統(tǒng)是只讀的。操作示例如下。
#查看private分區(qū)對(duì)應(yīng)的ubi節(jié)點(diǎn)
root@TinaLinux:/# ll /dev/by-name/private
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Jan 1 00:00 /dev/by-name/private -> /dev/
ubi0_4
#創(chuàng)建模擬的塊設(shè)備
root@TinaLinux:/# ubiblock -c /dev/ubi0_4
block ubiblock0_4: created from ubi0:4(private)
#掛載
root@TinaLinux:/# mkdir /tmp/private
root@TinaLinux:/# mount -t vfat /dev/ubiblock0_4 /tmp/private/
#可以讀取內(nèi)容
root@TinaLinux:/# ls /tmp/private/
ULI magic.bin
#查看掛載情況，為ro
root@TinaLinux:/# mount | grep private
/dev/ubiblock0_4 on /tmp/private type vfat (ro,relatime,fmask=0022,dmask=0022,codepage=437,
iocharset=iso8859-1,shortname=mixed,errors=remount-ro)
7.1.4.2 在設(shè)備端制作vfat 鏡像
由于ubifs 需占用17 個(gè)LEB，比較占空間，對(duì)于只在工廠一次性寫入信息，后續(xù)只讀的場景，一種可考慮的方案是使用vfat 文件系統(tǒng)。
首先選上kernel 的loopback 支持：
make kernel_menuconfig 選上Device Drivers --> [*] Block Devices --> <*>Loopback device
support
分區(qū)表中建立分區(qū)，假設(shè)為test 分區(qū)隨后可以在小機(jī)端準(zhǔn)備一個(gè)vfat 鏡像：
dd if=/dev/zero of=/mnt/UDISK/test.img bs=1M count=1
mkfs.vfat /mnt/UDISK/test.img
mkdir -p /tmp/test
mount /mnt/UDISK/test.img /tmp/test
此時(shí)可向/tmp/test 寫入文件
umount /tmp/test
將鏡像寫入卷中：
ubiupdatevol /dev/by-name/test /mnt/UDISK/test
后續(xù)按上文介紹的方法，使用模擬塊設(shè)備掛載，注意使用模擬塊設(shè)備掛載后就是只讀的了。
7.1.5 可能造成數(shù)據(jù)丟失的情況
出現(xiàn)以下情況，會(huì)導(dǎo)致private 分區(qū)數(shù)據(jù)丟失。
- 配置了強(qiáng)制擦除，例如sys_config.fex 中配置了eraseflag = 0x11。
- 無法讀取flash 上的分區(qū)表或private 分區(qū)。這個(gè)可能的原因包括flash 上的數(shù)據(jù)被破壞了
等。 - 新的分區(qū)表不包含private 分區(qū)。
- 在燒錄過程中掉電。如上所述，燒錄時(shí)是讀出-> 擦除-> 寫回，在擦除之后，寫回之前掉電，則數(shù)據(jù)丟失。
檢測到private 分區(qū)，開始執(zhí)行保護(hù)private 分區(qū)的代碼，但執(zhí)行過程中出錯(cuò)，如malloc 失敗,private 無法讀取等，則會(huì)導(dǎo)致燒錄失敗。出現(xiàn)malloc 失敗問題一般是因?yàn)榘遄由蠠浟薃ndroid固件。因?yàn)榘沧康膒rivate 分區(qū)比較大，而tina 的uboot 分配給malloc 的空間比較小。
這個(gè)時(shí)候，需要打包一份不保護(hù)private 分區(qū)的tina 固件先進(jìn)行一次燒錄，即可解決問題。具體的：將sys_config.fex 的eraseflag 改為0x11，強(qiáng)制擦除?；蛘吲R時(shí)移除sys_partition.fex中的private 分區(qū)。
7.2 物理區(qū)域保護(hù)方案
另一種保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失的思路是，在flash 上劃定一塊物理區(qū)域，燒錄時(shí)默認(rèn)不擦除。在Tina 上實(shí)現(xiàn)的secure storage 區(qū)域即具有這種特性。secure storage 區(qū)域用于保存key，可代替private 分區(qū)，理論上更為安全（被燒錄時(shí)誤擦除和被別的應(yīng)用誤寫的可能性較低）。
7.2.1 nand nftl 方案實(shí)現(xiàn)
nand nftl 方案中，預(yù)留了一塊物理區(qū)域，用于secure storage。這塊區(qū)域不是邏輯分區(qū)，用戶空間不可見。燒錄時(shí)不會(huì)擦除這塊區(qū)域。在用戶空間讀寫secure storage 需要使用ioctl，由內(nèi)核nand 驅(qū)動(dòng)來協(xié)助完成。
7.2.2 nand ubi 方案實(shí)現(xiàn)
nand ubi 方案中，預(yù)留了一塊物理區(qū)域，用于secure storage，對(duì)上表現(xiàn)為一個(gè)mtd 分區(qū)。用戶空間可見。燒錄時(shí)不會(huì)擦除這塊區(qū)域。在用戶空間讀寫secure storage 需要使用ioctl，由內(nèi)核來協(xié)助完成。理論上也可以直接讀寫mtd 設(shè)備節(jié)點(diǎn)，但不推薦，使用這種方式應(yīng)用需要自行處理壞塊等問題。
7.2.3 emmc 方案實(shí)現(xiàn)
預(yù)留了一塊物理區(qū)域，默認(rèn)是偏移6M-6.25M 的區(qū)域，作為secure storage。在用戶空間讀寫，可以直接通過mmcblk0 節(jié)點(diǎn)讀寫指定偏移。
7.2.4 nor 方案實(shí)現(xiàn)
暫未實(shí)現(xiàn)。
7.2.5 常見用法
- 使用全志的DragonSN 工具，選擇安全key 模式，將key 寫入secure storage 區(qū)域。啟動(dòng)后在用戶空間調(diào)用庫讀出key。DragonSN 的具體用法請(qǐng)參考工具自帶文檔。
- 不使用DragonSN 工具，由應(yīng)用自行在用戶空間調(diào)用庫寫入數(shù)據(jù)和讀出數(shù)據(jù)。量產(chǎn)時(shí)可自行開發(fā)PC 端工具，通過adb 命令來完成key 的寫入。
7.2.6 secure storage 格式
secure storage 有預(yù)設(shè)的格式，簡單總結(jié)如下
? secure storage 總大小為256KB，因?yàn)橛袀浞?#xff0c;所以實(shí)際能用128KB。
? 128KB 分為32 個(gè)item, 即每個(gè)item 是4KB。
? item0 用作secure_sotrage_map，所以用戶能用的實(shí)際為31 個(gè)item。
? 每個(gè)item 內(nèi)部為鍵值對(duì)的格式，包含CRC 校驗(yàn)，其中用戶可存儲(chǔ)的key 長度最多為3KB。
? secure_storage_map 中是以“name:length” 的格式保存所有item 的信息，所以所有item的“name:length” 字符串長度總和不能超過secure_storage_map 中data 的長度。一般而言，31 個(gè)3KB 的key 可以滿足需求，如果無法滿足，例如需要更多數(shù)量的key，則一種解決方式是上層應(yīng)用自行將多個(gè)key 拼接起來，只要總大小不超過3KB 即可當(dāng)成一個(gè)key 寫入
secure storage。讀出時(shí)應(yīng)用自行反向解析出目標(biāo)key 即可。
7.2.7 在uboot 中讀寫
基于以上介紹的格式，uboot 中封裝了pst 命令。
pst - read data from secure storageerase flag in secure storage
Usage:
pst pst read|erase [name]
pst read, then dump all data
pst read name, then dump the dedicate data
pst write name, string, write the name = string
pst erase, then erase all secure storage data
pst erase key_burned_flag, then erase the dedicate data
7.2.8 在用戶空間讀寫
Tina 提供了讀寫庫。
make menuconfig 選中 Allwinner --> <*> libsec_key --> [*] Enable secure storage key support
如果選上demo，則會(huì)編譯出demo 程序sec_key_test。
root@TinaLinux:/# sec_key_test -h
-w <name> <data>: write key to sst and private
-r <name> <data>: read key from sst or private
-t 0: write some key to secure storage
-t 1: repetitve read + verify some key from secure storage
-t 2: repetitve write + verify some key from secure storage
-t 3: verify some key from secure storage
-t 4: write some key to private
-t 5: repetitve read + verify some key from private
-t 6: repetitve write + verify some key from private
-t 7: verify some key from private
-l : list
-d : printf hex
-h : help
更詳細(xì)的使用方式請(qǐng)參考：
tina/package/allwinner/libkey/readme.txt
7.3 secure storage 區(qū)域與private 分區(qū)比較
刷機(jī)不丟失的特性：
? private 分區(qū)每次刷機(jī)，是先讀出到dram，擦除flash，再寫入flash。刷機(jī)中途掉電可能丟失
? secure storage 則是刷機(jī)過程完全不會(huì)擦除。理論上secure storage 的數(shù)據(jù)更安全。
用戶空間誤操作的可能：
? private 分區(qū)可以用常規(guī)分區(qū)更新命令清除掉。
? secure storage 需要通過ioctl 專用接口訪問。
數(shù)據(jù)格式：
? private 分區(qū)可以裸分區(qū)讀寫，也可以格式化成文件系統(tǒng)。
? secure storage 已限制為鍵值對(duì)，key 的長度也有限制。
存放位置：
? private 分區(qū)大小由分區(qū)表配置，是一個(gè)可見的普通分區(qū)。
? secure storage 是flash 上的保留區(qū)域，大小固定，分區(qū)表中不可見。
? private 分區(qū)沒有備份，請(qǐng)避免寫入時(shí)掉電?；蛘咦孕性趐rivate 分區(qū)中構(gòu)建備份。
? secure storage 默認(rèn)是雙備份。
在uboot 訪問：
? private 分區(qū)，uboot 通過通用的讀寫flash 接口或文件系統(tǒng)接口訪問，取決于數(shù)據(jù)格式。
? sectre storage 區(qū)域，有固定格式，通過uboot 提供的secure storage 專用接口訪問。
校驗(yàn)：
? private 分區(qū)如果是裸數(shù)據(jù)，是否校驗(yàn)由應(yīng)用自行處理。如果是文件系統(tǒng)，則由文件系統(tǒng)特性決定。
? secure storage 格式中帶了crc 校驗(yàn)。