1         Yaffs文件系統結構

1.1        簡(jiǎn)介

1.1.1          應用場(chǎng)合

Yaffs（Yet Another Flash File System）文件系統是專(zhuān)門(mén)針對NAND閃存設計的嵌入式文件系統，目前有YAFFS和YAFFS2兩個(gè)版本，兩個(gè)版本的主要區別之一在于YAFFS2能夠更好的支持大容量的NAND FLASH芯片。

Yaffs文件系統有些類(lèi)似于JFFS/JFFS2文件系統，與之不同的是JFFS1/2文件系統最初是針對NOR FLASH的應用場(chǎng)合設計的，而NOR FLASH和NAND FLASH本質(zhì)上有較大的區別，所以盡管JFFS1/2 文件系統也能應用于NAND FLASH，但由于它在內存占用和啟動(dòng)時(shí)間方面針對NOR的特性做了一些取舍，所以對NAND來(lái)說(shuō)通常并不是最優(yōu)的方案。

1.1.2          NOR和NAND的比較

基本上NOR比較適合存儲程序代碼，其容量一般較?。ū热缧∮?/span>32MB），價(jià)格較高，而NAND容量可達1GB以上，價(jià)格也相對便宜，適合存儲數據。一般來(lái)說(shuō)，128MB以下容量NAND FLASH 芯片的一頁(yè)大小為528字節，用來(lái)存放數據，另外每一頁(yè)還有16字節的備用空間（SpareData,OOB），用來(lái)存儲ECC校驗/壞塊標志等信息，再由若干頁(yè)組成一個(gè)塊，通常一塊為32頁(yè)16K。

與NOR相比，NAND不是完全可靠的，每塊芯片出廠(chǎng)時(shí)都有一定比例的壞塊存在，對數據的存取不是使用地址映射而是通過(guò)寄存器的操作，串行存取數據。

1.2        Yaffs文件系統數據在NAND上的存儲方式

Yaffs對文件系統上的所有內容（比如正常文件，目錄，鏈接，設備文件等等）都統一當作文件來(lái)處理，每個(gè)文件都有一個(gè)頁(yè)面專(zhuān)門(mén)存放文件頭，文件頭保存了文件的模式、所有者id、組id、長(cháng)度、文件名、Parent Object ID等信息。因為需要在一頁(yè)內放下這些內容，所以對文件名的長(cháng)度，符號鏈接對象的路徑名等長(cháng)度都有限制。

前面說(shuō)到對于NAND FLASH上的每一頁(yè)數據，都有額外的空間用來(lái)存儲附加信息，通常NAND驅動(dòng)只使用了這些空間的一部分，Yaffs正是利用了這部分空間中剩余的部分來(lái)存儲文件系統相關(guān)的內容。以512+16B為一個(gè)PAGE的NAND FLASH芯片為例,Yaffs文件系統數據的存儲布局如下所示：

可以看到在這里YAFFS一共使用了8個(gè)BYTE用來(lái)存放文件系統相關(guān)的信息（yaffs_Tags）。這8個(gè)Byte的具體使用情況按順序如下：

其中Serial Number在文件系統創(chuàng )建時(shí)都為0，以后每次寫(xiě)具有同一ObjectID和ChunkID的page的時(shí)候都加一，因為Yaffs在更新一個(gè)PAGE的時(shí)候總是在一個(gè)新的物理Page上寫(xiě)入數據，再將原先的物理Page刪除，所以該serial number可以在斷電等特殊情況下，當新的page已經(jīng)寫(xiě)入但老的page還沒(méi)有被刪除的時(shí)候用來(lái)識別正確的Page，保證數據的正確性。

ObjectID號為18bit，所以文件的總數限制在256K即26萬(wàn)個(gè)左右。

最后以上這些是針對Yaffs1而言，對于Yaffs2因為針對chunk size大于1k的NAND FLASH，在Tags各分量及總體尺寸上都做了修改，以便更快更好的處理大容量的NAND FLASH芯片。由于Tag尺寸的增大，在512+16B類(lèi)型的NAND FLASH上就一個(gè)Trunk對應一個(gè)page的情況，目前就無(wú)法使用Yaffs2文件系統了。

由于文件系統的基本組織信息保存在頁(yè)面的備份空間中，因此，在文件系統加載時(shí)只需要掃描各個(gè)頁(yè)面的備份空間，即可建立起整個(gè)文件系統的結構，而不需要像JFFS1/2 那樣掃描整個(gè)介質(zhì)，從而大大加快了文件系統的加載速度。

1.3        yaffs文件系統在內存中的組織方式

1.3.1          SupperBlock

操作文件系統的第一步自然是取得SuperBlock了，Yaffs文件系統本身在NAND Flash上并不存在所謂的SuperBlock塊，完全是在文件系統mount的過(guò)程中由read_super函數填充的，不過(guò)有意思的一點(diǎn)是，由于物理上沒(méi)有存儲superblock塊，所以NAND Flash上的yaffs文件系統本身沒(méi)有存儲filesystem的魔數（MagicNum），在內存中superblock里的s_magic參數也是直接賦值的，所以存儲在NAND FLASH上的任何文件系統都能被當作yaffs文件系統mount上來(lái)，只是數據都會(huì )被當作錯誤數據放在lost+found目錄中，不知道這算不算yaffs文件系統的一個(gè)bug。

通常一個(gè)具體的文件系統在VFS的Super_block結構中除了通用的數據外，還有自己專(zhuān)用的數據，Yaffs文件系統的專(zhuān)用數據是一個(gè)yaffs_DeviceStruct結構，主要用來(lái)存儲一些相關(guān)軟硬件配置信息，相關(guān)函數指針和統計信息等。

1.3.2          文件在內存中的組織方式

在mount過(guò)程執行read_super的過(guò)程中，Yaffs文件系統還需要將文件系統的目錄結構在內存中建立起來(lái)。由于沒(méi)有super塊，所以需要掃描Yaffs分區，根據從OOB中讀取出的yaffs_tags信息判斷出是文件頭page還是數據page。再根據文件頭page中的內容以及數據page中的ObjectID/ChunkID/serial Number等信息在內存中為每個(gè)文件（Object）建立一個(gè)對應的yaffs_object對象。

在yaffs_object結構中，主要包含了：

Ø       如修改時(shí)間，用戶(hù)ID，組ID等文件屬性；

Ø       用作yaffs文件系統維護用的各種標記位如臟（dirty）標記，刪除標記等等；

Ø       用作組織結構的，如指向父目錄的Parent指針，指向同級目錄中其他對象鏈表的siblings雙向鏈表頭結構

此外根據Object類(lèi)型的不同（目錄，文件，鏈接），對應于某一具體類(lèi)型的Object，在Yaffs_object中還有其各自專(zhuān)有的數據內容

Ø       普通文件：文件尺寸，用于快速查找文件數據塊的yaffs_Tnode 樹(shù)的指針等

Ø       目錄：目錄項內容雙向鏈表頭（children）

Ø       鏈接：softlink的alias，hardlink對應的ObjectID

除了對應于存儲在NAND FLASH上的object而建立起來(lái)的yaffs_object以外，在read_super執行過(guò)程中還會(huì )建立一些虛擬對象（Fake Object），這些Fake Object在NAND FLASH上沒(méi)有對應的物理實(shí)體，比如在建立文件目錄結構的最初，yaffs會(huì )建立四個(gè)虛擬目錄（Fake Directory）：rootDir, unlinkedDir, deleteDir, lostNfoundDir分別用作根目錄，unlinked對象掛接的目錄，delete對象掛接的目錄，無(wú)效或零時(shí)數據塊掛接的目錄。

通過(guò)創(chuàng )建這些yaffs_object，yaffs文件系統就能夠將存儲在NAND FLASH上數據系統的組織起來(lái)，在內存中維護一個(gè)完整的文件系統結構。

2         Yaffs文件系統集成及應用相關(guān)

2.1        系統移植

這里所謂移植，就是在特定的軟硬件環(huán)境里編譯出yaffs文件系統模塊了。目前最新的yaffs版本的代碼里主要是按照2.6內核的方式寫(xiě)的Kconfig和Makefile，對于2.4內核來(lái)說(shuō)，改起來(lái)也很簡(jiǎn)單，基本上，只需要：

Ø       在內核中建立YAFFS目錄fs/yaffs，并把下載的YAFFS代碼復制到該目錄下面。

Ø       參考yaffs代碼中的Kconfig文件，按照2.4內核的風(fēng)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目錄

Ø       按照2.4內核的風(fēng)格修改YAFFS目錄中的Makefile文件。

只是在配置YAFFS的時(shí)候需要注意一點(diǎn)，即使你的NAND FLASH是512+16B的，不需要使用YAFFS2，也需要將對2k page的NAND FLASH的支持這一項選上，否則編譯無(wú)法通過(guò)（因為部分代碼沒(méi)有用CONFIG宏包起來(lái)），不知道這是不是我下載的這個(gè)版本的個(gè)別現象，還是對Makefile還需要進(jìn)一步的修改。

此外就是最好把Lets Yaffs do its own ECC選上，理由后面會(huì )說(shuō)，其他選項就無(wú)所謂了，主要是對性能的調整，看著(zhù)選吧，按推薦配置好了，比如Turn off debug chunk erase check，這一項，我試驗的結果選上后平均可以提高20-30%左右的擦寫(xiě)速度。

2.2        Yaffs文件系統的制作和使用

2.2.1          通過(guò)Yaffs Image文件制作yaffs文件系統

Yaffs源代碼包的utils目錄下包含了mkyaffsimage/mkyaffs2image的代碼，簡(jiǎn)單的修改一下Makefile里的內核路徑就能編譯出mkyaffsimage/mkyaffs2image工具。

運行mkyaffsimage dir imagename可以制作出yaffs1文件系統的鏡像。

但是，需要注意的是，制作出來(lái)的yaffs image文件與通常的文件系統的image文件不同，因為在image文件里除了以512字節為單位的一個(gè)page的data數據外，同時(shí)緊跟在后還包括了16字節為單位的NAND備份數據區（OOB）的數據。所以實(shí)際上是以528個(gè)字節為單位的。就是因為包含了這額外的16字節/page的數據，所以基本上常規辦法如dd，或者通常的下載其它類(lèi)型image的工具就無(wú)法正常下載yaffs image了，需要修改你所使用的下載工具的代碼，使得它能將yaffs image中的這些額外數據也寫(xiě)入NAND FLASH OOB中。

這里還有一點(diǎn)需要注意的是，通過(guò)mkyaffsimage制做出來(lái)的image其OOB中也包含它自己計算的ECC校驗數據，其校驗算法有可能和MTD NAND驅動(dòng)的校驗算法不同，如果在內核中由MTD來(lái)處理ECC，會(huì )造成MTD認為所有的page都校驗錯誤。所以，這也是我前面說(shuō)最好把Lets Yaffs do its own ECC選上的原因，同時(shí)，要把MTD NAND驅動(dòng)中的ECC校驗關(guān)閉。

2.2.2          其它方式制作yaffs文件系統

如果不考慮產(chǎn)線(xiàn)批量下載的話(huà)，也可以通過(guò)mount拷貝的方式準備yaffs文件系統。用flash_eraseall將NAND FLASH分區擦除，然后做為yaffs分區直接mount上來(lái)，將文件系統的內容拷貝上去就可以了。這可能是在真正的NAND FLASH上試驗yaffs文件系統最簡(jiǎn)單的方式了。

2.2.3          沒(méi)有相應的NAND設備時(shí)如何測試yaffs文件系統

沒(méi)有相應的NAND FLASH設備包含兩種情況：

Ø       硬件上沒(méi)有NAND FLASH，開(kāi)發(fā)板上沒(méi)有或者想在主機環(huán)境中測試yaffs文件系統

Ø       沒(méi)有合適的page size的NAND FLASH芯片，比如板上NAND FLASH芯片為512+16的格式，但是想要試驗Yaffs2文件系統。

Yaffs提供了兩種用來(lái)在這種情況下測試yaffs文件系統的途徑。

2.2.3.1        Nandemul

Yaffs source包里包含了mtdemul目錄，Yaffs2中該目錄下的文件主要是Nandemul2k.c用來(lái)模擬2K page size的NAND FLASH。在Yaffs中則是Nandemul.c用來(lái)模擬512字節page size的NAND FLASH。

稍微修改一下Makeflie將編譯出來(lái)的模塊插入內核，將在/dev/mtd /dev/mtdblock目錄下創(chuàng )建一個(gè)新的MTD設備。然后就可以將該設備當作一個(gè)物理的MTD NAND設備分區進(jìn)行相關(guān)的操作，可以在上面創(chuàng )建yaffs文件系統，mount umount等等。這種方法不僅適用于yaffs文件系統，同樣也適用于其它可用于NAND設備的文件系統。

2.2.3.2        Yaffsram

根據yaffs 官方文檔的描述，通過(guò)mount –t yaffsram none /mountpoint 可以在內存中建立一個(gè)yaffs分區，這有些類(lèi)似于ramfs。不過(guò)，在試驗最新版本的Yaffs2文件系統時(shí)，該功能并不可用，只有Yaffs1文件系統的代碼包里包含了相關(guān)的代碼。