在Linux中实现大容量 NAND Flash的YAFFS2文件系统
作者:展中华 杜刚 分类：自动化/计算机技术 上传者:ZCOM网友
摘 要 分析了嵌入式环境中YAFFS/YAFFS2文件系统的优点，提出YAFFS2不仅支持小容量的NAND flash，对大容量NAND flash更具有优势。并介绍了YAFFS/YAFFS2文件系统结构。着重将YAFFS2文件系统在嵌入式Linux系统中的实现过程包括配置、编译以及测试整个完整过程作了详细的论述。
关键词 NAND flash，YAFFS/YAFFS2，嵌入式Linux系统
随着嵌入式系统在消费电子、航空航天、汽车电子、医疗保健、网络通信、工业控制等各个领域的广泛应用，嵌入式系统中的数据存储和管理已经成为一个重要的研究课题。Flash存储器具有存取速度快、容量大、成本低等很多优点，广泛用在嵌入式系统中做存储器件。目前，市场上Flash存储器主要有isalpha 大小写NOR(或非)和NAND(与非)两种类型。针对NOR Flash专门设计的文件系统JFFS/JFFS2(Journaling Flash File System)在嵌入式系统中已得到广泛的应用；随着NAND作为大容量存储介质的广泛应用，专门针对NAND flash特点编写的日志文件系统YAFFS/YAFFS2(Yet Another Flash File System)英雄联盟drs战队正逐渐被应用到嵌入式系统中。
关键词 NAND flash，YAFFS/YAFFS2，嵌入式Linux系统
随着嵌入式系统在消费电子、航空航天、汽车电子、医疗保健、网络通信、工业控制等各个领域的广泛应用，嵌入式系统中的数据存储和管理已经成为一个重要的研究课题。Flash存储器具有存取速度快、容量大、成本低等很多优点，广泛用在嵌入式系统中做存储器件。目前，市场上Flash存储器主要有isalpha 大小写NOR(或非)和NAND(与非)两种类型。针对NOR Flash专门设计的文件系统JFFS/JFFS2(Journaling Flash File System)在嵌入式系统中已得到广泛的应用；随着NAND作为大容量存储介质的广泛应用，专门针对NAND flash特点编写的日志文件系统YAFFS/YAFFS2(Yet Another Flash File System)英雄联盟drs战队正逐渐被应用到嵌入式系统中。
一、NAND Flash简介
NOR 和NAND是现在市场上两种主要的非易失性闪存技术。Intel 公司于1988年首先开发出NOR Flash技术，NOR的传输效率较高，在1~4MB的小容量时有明显的成本优势，主要应用在代码存储介质中；NAND则是高密度数据存储的理想解决方案，其容量可达1GB以上，并且写入和擦除速度很快，更适合于数据存储。NAND Flash的存储单元为页和块，一般来说，该芯片的一页大小为512字节(简称小页)，依次分为2个256字节的主数据区，最后是16字节的备用空间；而128MBeof函数的返回值的数据类型以上的的芯片使用大小为2K的页(即大页)。若干页组成一个块，通常为32页，整个存储设备又由若干块组成，这更类似于硬盘管理的操作，因此可以取代硬盘或其他块设备。NAND Flash跟NOR Flash相比，写入和擦除速度快，但大多数写入操作需要先进行擦除操作， 擦除操作以块为单位进行，而读写操作通常以页为单位进行， NAND器件中的坏块是随机分布的所以不是完全可靠，每块芯片出厂时都有一定比例的坏块存在，每个块的最大擦写次数是一百万次甚至千万次。此外， NAND因为有特殊的时序，访问起来要复杂一些。向NAND器件写入信息需要相当的技巧不能向坏块写入数据，也不能尝试擦除坏块。linux建立文件系统的命令
二、 YAFFS/YAFFS2文件系统
NOR 和NAND是现在市场上两种主要的非易失性闪存技术。Intel 公司于1988年首先开发出NOR Flash技术，NOR的传输效率较高，在1~4MB的小容量时有明显的成本优势，主要应用在代码存储介质中；NAND则是高密度数据存储的理想解决方案，其容量可达1GB以上，并且写入和擦除速度很快，更适合于数据存储。NAND Flash的存储单元为页和块，一般来说，该芯片的一页大小为512字节(简称小页)，依次分为2个256字节的主数据区，最后是16字节的备用空间；而128MBeof函数的返回值的数据类型以上的的芯片使用大小为2K的页(即大页)。若干页组成一个块，通常为32页，整个存储设备又由若干块组成，这更类似于硬盘管理的操作，因此可以取代硬盘或其他块设备。NAND Flash跟NOR Flash相比，写入和擦除速度快，但大多数写入操作需要先进行擦除操作， 擦除操作以块为单位进行，而读写操作通常以页为单位进行， NAND器件中的坏块是随机分布的所以不是完全可靠，每块芯片出厂时都有一定比例的坏块存在，每个块的最大擦写次数是一百万次甚至千万次。此外， NAND因为有特殊的时序，访问起来要复杂一些。向NAND器件写入信息需要相当的技巧不能向坏块写入数据，也不能尝试擦除坏块。linux建立文件系统的命令
二、 YAFFS/YAFFS2文件系统
1． NAND Flash简介
YAFFS/YAFFS2是效果很理想的NAND Flash上的文件系统，是专门为NAND Flash设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备。YAFFS文件系统分为文件系统管理层接口、YAFFS内部实现层和NAND接口层，这简化了与系统的接口设计，便于集成到系统中去。它为日志文件系统提供了损耗平衡和掉电保护，保证数据在系统对文件系统修改的过程中发生意外而不被破坏。但YAFFS文件系统不支持数据压缩，不支持大容量的NAND Flash，为此 YAFFS2文件系统被开发了出来。YAFFS2包括了YAFFS 的代码，它利用YAFFS 实现对小页Flash的支持，用YAFFS2实现对大页的支持。同时， YAFFS2在内存空间占用 、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。
YAFFS中用数据结构来描述每个擦除块的状态。该数据结构记录了块状态，并用一个32位的位图表示块内各个页面的使用情况。在YAFFS中，有且仅有一个块处于“当前分配”状态。新页面从当前进行分配的块中顺序进行分配，若当前块已满，则顺序寻下一个空闲块。
YAFFS/YAFFS2采用一种多策略混合的垃圾回收算法，将贪心策略和随机选择策略按一定比例混合使用：当满足特定的小概率条件时，垃圾回收器会试图随机选择一个可回收的页
YAFFS/YAFFS2是效果很理想的NAND Flash上的文件系统，是专门为NAND Flash设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备。YAFFS文件系统分为文件系统管理层接口、YAFFS内部实现层和NAND接口层，这简化了与系统的接口设计，便于集成到系统中去。它为日志文件系统提供了损耗平衡和掉电保护，保证数据在系统对文件系统修改的过程中发生意外而不被破坏。但YAFFS文件系统不支持数据压缩，不支持大容量的NAND Flash，为此 YAFFS2文件系统被开发了出来。YAFFS2包括了YAFFS 的代码，它利用YAFFS 实现对小页Flash的支持，用YAFFS2实现对大页的支持。同时， YAFFS2在内存空间占用 、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。
YAFFS中用数据结构来描述每个擦除块的状态。该数据结构记录了块状态，并用一个32位的位图表示块内各个页面的使用情况。在YAFFS中，有且仅有一个块处于“当前分配”状态。新页面从当前进行分配的块中顺序进行分配，若当前块已满，则顺序寻下一个空闲块。
YAFFS/YAFFS2采用一种多策略混合的垃圾回收算法，将贪心策略和随机选择策略按一定比例混合使用：当满足特定的小概率条件时，垃圾回收器会试图随机选择一个可回收的页
面；否则，使用贪心策略回收最“脏”的块。这种多策略混合法能够有效地改善贪心策略造成的不均；通过不同的混合比例，控制损耗平均和系统开销之间的平衡。由于NAND的擦除很快，YAFFS将垃圾收集的检查放在写入新页面时进行，而不是采用JFFS那样的后台线程方式，从而简化了设计。
2．文件系统结构
YAFFS/ YAFFS2根据NAND闪存以页为单位存取的特点，将文件组织成固定大小(512字节/2K)的数据段。每个文件都有一个文件头(保存了文件的模式、所有者id、组id、长度、文件名等信息)，还有一个专门页存放。数据段都组织成树形结构，这便于提高文件数据块的查速度。YAFFS/ YAFFS2在文件进行改写时总是先写入新的数据块，然后将旧的数据块从文件中删除。YAFFS/ YAFFS2利用NAND闪存提供的每个页面16字节的备用空间来存放ECC(Error Correction Code)和文件系统的组织信息，不仅能够实现错误检测和坏块处理，也能够提高文件系统的加载速度。
YAFFS/ YAFFS2binder是什么品牌参考了SmartMedia的设定，利用NAND闪存提供的16字节页面备用空间中的6个字节作页面数据的ECC，2个字节分别用作块状态字和数据状态字，其余的8字节(64位)用来存放文件系统的组织信息，即元数据。由于文件系统的基本组织信息保存在页
2．文件系统结构
YAFFS/ YAFFS2根据NAND闪存以页为单位存取的特点，将文件组织成固定大小(512字节/2K)的数据段。每个文件都有一个文件头(保存了文件的模式、所有者id、组id、长度、文件名等信息)，还有一个专门页存放。数据段都组织成树形结构，这便于提高文件数据块的查速度。YAFFS/ YAFFS2在文件进行改写时总是先写入新的数据块，然后将旧的数据块从文件中删除。YAFFS/ YAFFS2利用NAND闪存提供的每个页面16字节的备用空间来存放ECC(Error Correction Code)和文件系统的组织信息，不仅能够实现错误检测和坏块处理，也能够提高文件系统的加载速度。
YAFFS/ YAFFS2binder是什么品牌参考了SmartMedia的设定，利用NAND闪存提供的16字节页面备用空间中的6个字节作页面数据的ECC，2个字节分别用作块状态字和数据状态字，其余的8字节(64位)用来存放文件系统的组织信息，即元数据。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JFFS那样扫描整个介质，从而大大加快了文件系统的加载速度。
三、具体实现
1．开发环境
本移植是在REDHAT9.0纯Linux开发环境中进行的，采用宿主机加目标板的开发模式。宿主机为PC+REDHAT9.0，目标板为博创公司的UP-NetARM2410，CPU是ARM920T结构芯片三星的S3c2410X，嵌入式Linux内核版本为2.6.11.10juliane。闪存是三星公司64MB的NAND Flash K9F1208。
YAFFS/YAFFS2的相关文档和源码可在uk/yaffs/index.html
网站到。
三、具体实现
1．开发环境
本移植是在REDHAT9.0纯Linux开发环境中进行的，采用宿主机加目标板的开发模式。宿主机为PC+REDHAT9.0，目标板为博创公司的UP-NetARM2410，CPU是ARM920T结构芯片三星的S3c2410X，嵌入式Linux内核版本为2.6.11.10juliane。闪存是三星公司64MB的NAND Flash K9F1208。
YAFFS/YAFFS2的相关文档和源码可在uk/yaffs/index.html
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