linux ubi文件系统
1，UBI（Unsorted Block Images）是 Linux 内核中为原始 Flash 设备提供的一种抽象层，位于 MTD（Memory Technology Device）和文件系统（如 UBIFS）之间。它负责坏块管理、磨损均衡、逻辑卷管理和擦除计数等功能。下面我们将介绍如何在 Linux 环境下模拟实现一个简化版的 UBI 文件系统。
一、UBI 架构与设计思路
1. UBI 的核心功能
- 坏块管理（Bad Block Handling）：识别并跳过坏块。
- 磨损均衡（Wear Leveling）：动态分配擦除操作，延长 Flash 寿命。
- 逻辑卷管理（Volume Management）：将物理擦除块映射为逻辑卷。
- 擦除计数（Erase Counting）：记录每个擦除块的擦除次数。
2. 模拟实现思路
- 使用文件模拟 Flash 存储设备。
- 设计 UBI 层的数据结构，包括擦除块信息、逻辑卷信息等。
- 实现核心功能：坏块扫描、磨损均衡、逻辑卷读写。
二、关键数据结构
1. 擦除块信息（struct ubi_ec_hdr）
struct ubi_ec_hdr {uint32_t magic; // UBI 魔数uint8_t version; // UBI 版本uint8_t padding1[3];uint64_t ec; // 擦除计数uint32_t vid_hdr_offset; // VID 头偏移uint32_t data_offset; // 数据偏移uint32_t image_seq; // 镜像序列号uint8_t padding2[32];
};
2. 逻辑卷信息（struct ubi_volume）
struct ubi_volume {int vol_id; // 卷 IDint leb_count; // 逻辑擦除块数量int usable_leb_size; // 可用逻辑擦除块大小char name[16]; // 卷名
};
3. UBI 设备信息（struct ubi_device）
struct ubi_device {FILE *flashfile; // 模拟 Flash 的文件int peb_count; // 物理擦除块数量int peb_size; // 物理擦除块大小int leb_count; // 逻辑擦除块数量int leb_size; // 逻辑擦除块大小struct ubi_ec_hdr *ec_hdrs; // 擦除块头信息struct ubi_volume *volumes; // 逻辑卷信息
};
三、核心功能实现
1. 初始化 UBI 设备
int ubi_init_device(struct ubi_device *ubi, const char *filename, int peb_count, int peb_size) {ubi->flashfile = fopen(filename, "r+b");if (!ubi->flashfile) {perror("Failed to open flash file");return -1;}ubi->peb_count = peb_count;ubi->peb_size = peb_size;ubi->leb_count = peb_count - 10; // 预留部分块用于 UBI 管理ubi->leb_size = peb_size - sizeof(struct ubi_ec_hdr);ubi->ec_hdrs = calloc(peb_count, sizeof(struct ubi_ec_hdr));ubi->volumes = calloc(1, sizeof(struct ubi_volume));// 初始化擦除块头for (int i = 0; i < peb_count; i++) {ubi->ec_hdrs[i].magic = UBI_EC_HDR_MAGIC;ubi->ec_hdrs[i].version = 1;ubi->ec_hdrs[i].ec = 0;ubi->ec_hdrs[i].vid_hdr_offset = sizeof(struct ubi_ec_hdr);ubi->ec_hdrs[i].data_offset = sizeof(struct ubi_ec_hdr) + sizeof(struct ubi_vid_hdr);}return 0;
}
2. 坏块扫描
int ubi_scan_bad_blocks(struct ubi_device *ubi) {for (int i = 0; i < ubi->peb_count; i++) {fseek(ubi->flashfile, i * ubi->peb_size, SEEK_SET);struct ubi_ec_hdr hdr;fread(&hdr, sizeof(struct ubi_ec_hdr), 1, ubi->flashfile);if (hdr.magic != UBI_EC_HDR_MAGIC) {printf("PEB %d is bad or uninitialized\n", i);// 标记为坏块ubi->ec_hdrs[i].ec = -1;}}return 0;
}
3. 磨损均衡
int ubi_wear_leveling(struct ubi_device *ubi) {// 找到擦除次数最小的块int min_ec = INT_MAX, min_peb = -1;for (int i = 0; i < ubi->peb_count; i++) {if (ubi->ec_hdrs[i].ec != -1 && ubi->ec_hdrs[i].ec < min_ec) {min_ec = ubi->ec_hdrs[i].ec;min_peb = i;}}if (min_peb == -1) {printf("No available PEB for wear leveling\n");return -1;}// 模拟擦除操作ubi->ec_hdrs[min_peb].ec++;printf("Wear leveling: PEB %d, EC %d\n", min_peb, ubi->ec_hdrs[min_peb].ec);return 0;
}
4. 逻辑卷读写
int ubi_leb_read(struct ubi_device *ubi, int vol_id, int lnum, char *buf, int offset, int len) {if (vol_id >= 1 || lnum >= ubi->volumes[vol_id].leb_count) {printf("Invalid volume ID or LEB number\n");return -1;}int peb = lnum; // 简化映射：LEB 直接映射到 PEBfseek(ubi->flashfile, peb * ubi->peb_size + ubi->ec_hdrs[peb].data_offset + offset, SEEK_SET);fread(buf, len, 1, ubi->flashfile);return 0;
}int ubi_leb_write(struct ubi_device *ubi, int vol_id, int lnum, const char *buf, int offset, int len) {if (vol_id >= 1 || lnum >= ubi->volumes[vol_id].leb_count) {printf("Invalid volume ID or LEB number\n");return -1;}int peb = lnum; // 简化映射：LEB 直接映射到 PEBfseek(ubi->flashfile, peb * ubi->peb_size + ubi->ec_hdrs[peb].data_offset + offset, SEEK_SET);fwrite(buf, len, 1, ubi->flashfile);// 更新擦除计数ubi->ec_hdrs[peb].ec++;return 0;
}