1         Yaffs文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1        簡介

1.1.1          應(yīng)用場合

Yaffs（Yet Another Flash File System）文件系統(tǒng)是專門針對NAND閃存設(shè)計的嵌入式文件系統(tǒng)，目前有YAFFS和YAFFS2兩個版本，兩個版本的主要區(qū)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(tǒng)有些類似于JFFS/JFFS2文件系統(tǒng)，與之不同的是JFFS1/2文件系統(tǒng)最初是針對NOR FLASH的應(yīng)用場合設(shè)計的，而NOR FLASH和NAND FLASH本質(zhì)上有較大的區(qū)別，所以盡管JFFS1/2 文件系統(tǒng)也能應(yīng)用于NAND FLASH，但由于它在內(nèi)存占用和啟動時間方面針對NOR的特性做了一些取舍，所以對NAND來說通常并不是最優(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），價格較高，而NAND容量可達1GB以上，價格也相對便宜，適合存儲數(shù)據(jù)。一般來說，128MB以下容量NAND FLASH 芯片的一頁大小為528字節(jié)，用來存放數(shù)據(jù)，另外每一頁還有16字節(jié)的備用空間（SpareData,OOB），用來存儲ECC校驗/壞塊標(biāo)志等信息，再由若干頁組成一個塊，通常一塊為32頁16K。

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

1.2        Yaffs文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)在NAND上的存儲方式

Yaffs對文件系統(tǒng)上的所有內(nèi)容（比如正常文件，目錄，鏈接，設(shè)備文件等等）都統(tǒng)一當(dāng)作文件來處理，每個文件都有一個頁面專門存放文件頭，文件頭保存了文件的模式、所有者id、組id、長度、文件名、Parent Object ID等信息。因為需要在一頁內(nèi)放下這些內(nèi)容，所以對文件名的長度，符號鏈接對象的路徑名等長度都有限制。

前面說到對于NAND FLASH上的每一頁數(shù)據(jù)，都有額外的空間用來存儲附加信息，通常NAND驅(qū)動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存儲文件系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容。以512+16B為一個PAGE的NAND FLASH芯片為例,Yaffs文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲布局如下所示：

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

其中Serial Number在文件系統(tǒng)創(chuàng)建時都為0，以后每次寫具有同一ObjectID和ChunkID的page的時候都加一，因為Yaffs在更新一個PAGE的時候總是在一個新的物理Page上寫入數(shù)據(jù)，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(dāng)新的page已經(jīng)寫入但老的page還沒有被刪除的時候用來識別正確的Page，保證數(shù)據(jù)的正確性。

ObjectID號為18bit，所以文件的總數(shù)限制在256K即26萬個左右。

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類型的NAND FLASH上就一個Trunk對應(yīng)一個page的情況，目前就無法使用Yaffs2文件系統(tǒng)了。

由于文件系統(tǒng)的基本組織信息保存在頁面的備份空間中，因此，在文件系統(tǒng)加載時只需要掃描各個頁面的備份空間，即可建立起整個文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而不需要像JFFS1/2 那樣掃描整個介質(zhì)，從而大大加快了文件系統(tǒng)的加載速度。

1.3        yaffs文件系統(tǒng)在內(nèi)存中的組織方式

1.3.1          SupperBlock

操作文件系統(tǒng)的第一步自然是取得SuperBlock了，Yaffs文件系統(tǒng)本身在NAND Flash上并不存在所謂的SuperBlock塊，完全是在文件系統(tǒng)mount的過程中由read_super函數(shù)填充的，不過有意思的一點是，由于物理上沒有存儲superblock塊，所以NAND Flash上的yaffs文件系統(tǒng)本身沒有存儲filesystem的魔數(shù)（MagicNum），在內(nèi)存中superblock里的s_magic參數(shù)也是直接賦值的，所以存儲在NAND FLASH上的任何文件系統(tǒng)都能被當(dāng)作yaffs文件系統(tǒng)mount上來，只是數(shù)據(jù)都會被當(dāng)作錯誤數(shù)據(jù)放在lost+found目錄中，不知道這算不算yaffs文件系統(tǒng)的一個bug。

通常一個具體的文件系統(tǒng)在VFS的Super_block結(jié)構(gòu)中除了通用的數(shù)據(jù)外，還有自己專用的數(shù)據(jù)，Yaffs文件系統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)是一個yaffs_DeviceStruct結(jié)構(gòu)，主要用來存儲一些相關(guān)軟硬件配置信息，相關(guān)函數(shù)指針和統(tǒng)計信息等。

1.3.2          文件在內(nèi)存中的組織方式

在mount過程執(zhí)行read_super的過程中，Yaffs文件系統(tǒng)還需要將文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中建立起來。由于沒有super塊，所以需要掃描Yaffs分區(qū)，根據(jù)從OOB中讀取出的yaffs_tags信息判斷出是文件頭page還是數(shù)據(jù)page。再根據(jù)文件頭page中的內(nèi)容以及數(shù)據(jù)page中的ObjectID/ChunkID/serial Number等信息在內(nèi)存中為每個文件（Object）建立一個對應(yīng)的yaffs_object對象。

在yaffs_object結(jié)構(gòu)中，主要包含了：

Ø       如修改時間，用戶ID，組ID等文件屬性；

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

Ø       用作組織結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

此外根據(jù)Object類型的不同（目錄，文件，鏈接），對應(yīng)于某一具體類型的Object，在Yaffs_object中還有其各自專有的數(shù)據(jù)內(nèi)容

Ø       普通文件：文件尺寸，用于快速查找文件數(shù)據(jù)塊的yaffs_Tnode 樹的指針等

Ø       目錄：目錄項內(nèi)容雙向鏈表頭（children）

Ø       鏈接：softlink的alias，hardlink對應(yīng)的ObjectID

除了對應(yīng)于存儲在NAND FLASH上的object而建立起來的yaffs_object以外，在read_super執(zhí)行過程中還會建立一些虛擬對象（Fake Object），這些Fake Object在NAND FLASH上沒有對應(yīng)的物理實體，比如在建立文件目錄結(jié)構(gòu)的最初，yaffs會建立四個虛擬目錄（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，無效或零時數(shù)據(jù)塊掛接的目錄。

通過創(chuàng)建這些yaffs_object，yaffs文件系統(tǒng)就能夠?qū)⒋鎯υ?/span>NAND FLASH上數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組織起來，在內(nèi)存中維護一個完整的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2         Yaffs文件系統(tǒng)集成及應(yīng)用相關(guān)

2.1        系統(tǒng)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(tǒng)模塊了。目前最新的yaffs版本的代碼里主要是按照2.6內(nèi)核的方式寫的Kconfig和Makefile，對于2.4內(nèi)核來說，改起來也很簡單，基本上，只需要：

Ø       在內(nèi)核中建立YAFFS目錄fs/yaffs，并把下載的YAFFS代碼復(fù)制到該目錄下面。

Ø       參考yaffs代碼中的Kconfig文件，按照2.4內(nèi)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(nèi)核的風(fēng)格修改YAFFS目錄中的Makefile文件。

只是在配置YAFFS的時候需要注意一點，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，否則編譯無法通過（因為部分代碼沒有用CONFIG宏包起來），不知道這是不是我下載的這個版本的個別現(xiàn)象，還是對Makefile還需要進一步的修改。

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

2.2        Yaffs文件系統(tǒng)的制作和使用

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

Yaffs源代碼包的utils目錄下包含了mkyaffsimage/mkyaffs2image的代碼，簡單的修改一下Makefile里的內(nèi)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(tǒng)的鏡像。

但是，需要注意的是，制作出來的yaffs image文件與通常的文件系統(tǒng)的image文件不同，因為在image文件里除了以512字節(jié)為單位的一個page的data數(shù)據(jù)外，同時緊跟在后還包括了16字節(jié)為單位的NAND備份數(shù)據(jù)區(qū)（OOB）的數(shù)據(jù)。所以實際上是以528個字節(jié)為單位的。就是因為包含了這額外的16字節(jié)/page的數(shù)據(jù)，所以基本上常規(guī)辦法如dd，或者通常的下載其它類型image的工具就無法正常下載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(shù)據(jù)也寫入NAND FLASH OOB中。

這里還有一點需要注意的是，通過mkyaffsimage制做出來的image其OOB中也包含它自己計算的ECC校驗數(shù)據(jù)，其校驗算法有可能和MTD NAND驅(qū)動的校驗算法不同，如果在內(nèi)核中由MTD來處理ECC，會造成MTD認為所有的page都校驗錯誤。所以，這也是我前面說最好把Lets Yaffs do its own ECC選上的原因，同時，要把MTD NAND驅(qū)動中的ECC校驗關(guān)閉。

2.2.2          其它方式制作yaffs文件系統(tǒng)

如果不考慮產(chǎn)線批量下載的話，也可以通過mount拷貝的方式準(zhǔn)備yaffs文件系統(tǒng)。用flash_eraseall將NAND FLASH分區(qū)擦除，然后做為yaffs分區(qū)直接mount上來，將文件系統(tǒng)的內(nèi)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(tǒng)最簡單的方式了。

2.2.3          沒有相應(yīng)的NAND設(shè)備時如何測試yaffs文件系統(tǒng)

沒有相應(yīng)的NAND FLASH設(shè)備包含兩種情況：

Ø       硬件上沒有NAND FLASH，開發(fā)板上沒有或者想在主機環(huán)境中測試yaffs文件系統(tǒng)

Ø       沒有合適的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(tǒng)。

Yaffs提供了兩種用來在這種情況下測試yaffs文件系統(tǒng)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用來模擬2K page size的NAND FLASH。在Yaffs中則是Nandemul.c用來模擬512字節(jié)page size的NAND FLASH。

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

2.2.3.2        Yaffsram

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