CN107943414A - 嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，1.设置内核NANDFlash分区；2.Kernel启动后自动挂载rootfs并启动应用程序；3.挂载用户数据分区至根目录下结点/userdata，挂载成功转步骤6，否则转下一步；4.擦除、格式化用户数据分区；5.挂载mtd3设备为UBI卷1，并转步骤3；6.挂载mtd1设备为UBI卷2；7.校验/userdata目录下的参数文件是否正确，正确转步骤9，否则转下一步；8.读取UBI卷2，将备份的参数恢复至参数文件；9.应用程序正常运行，当参数变化时将参数备份至UBI卷2。本发明可减少系统分区被破坏发生故障的概率，提高了分区损坏、挂载失败时的自恢复能力；减少用户参数的丢失，确保重要数据不丢失。

Description

嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法
技术领域
本发明涉及Linux系统的数据存储管理领域，特别是涉及一种基于NAND Flash存储器和UBIFS文件系统的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法。
背景技术
目前Linux操作系统由于源码开放及技术成熟，从而大量使用在嵌入式产品的软件设计中。而嵌入式Linux的文件系统也由最初的jiffs2、yaffs2等系统发展到目前的UBIFS文件系统。
UBIFS是Nokia工程师在the university of Szeged大学帮助下开发的新的flashfile system，被认为是jiffs2文件系统的下一代。UBIFS涉及了三个子系统：
1、MTD子系统，提供对flash芯片的访问接口，MTD子系统提供了MTD device的概念，比如/dev/mtdx，MTD可以认为是rawflash。MTD在内核层的API是struct mtd_device、而用户空间的API接口是/dev/mtd0，这些接口提供了设备信息，读写可擦除块，擦除一个可擦除块，标记一个可擦除块是坏块，检查可擦除块是否是坏块。但是，MTD的API并不隐藏坏的可擦除块、也不做任何损耗平衡。
2、UBI subsystem，为flash device提供了损耗平衡以及坏块管理，UBI(UnsortedBlock Images)的内核API是include/mtd/ubi-user.h，用户空间的则是/dev/ubi0，提供损耗平衡，隐藏坏块，允许运行时容量创建、删除和修改，有点类似LVM功能。
3、UBIFS文件系统，工作于UBI之上。
目前常规Linux+UBIFS文件系统的MTD分区是这样的：将MTD分为2个区，其中第一区存放BootStrap、uboot及kernel，该区只读、长度8M，第二区存放rootfs(UBIFS)文件系统，长度为所有剩余长度，是可读/写的。
系统启动时，先加载BootStrap，BoostStrap加载uboot，并把控制权交由uboo，uboot加载kernel再将控制权交由kernel，kernel启动后挂载根文件系统rootfs(ubifs)，之后由启动角本启动应用程序。
UBIFS文件系统属于日志型文件系统，无论速度、性能还是对NAND Flash的损益均衡都相对于jiffs2和yaffs2有了很大的改变。但UBIFS文件系统需要经常记录日志，在设备突然停电而系统又正在进行日志记录时，往往由于没有操作完而中断，会导致很多“unstable bits(不稳定位)”出现，这些“unstable bits”每次读取结果可能为1也可能为0，造成文件系统的数据校验不一致，导致系统挂载失败。
在实际应用中，还有一些作法是分为三个区，即第一区存放BootStrap、uboot及kernel，该区只读、长度8M，第二区存放rootfs(UBIFS)文件系统，长度为32M，是可读/写的，第三个分区为用户数据分区，长度为剩余长度，是可读写的。将rootfs与用户数据分离的作法一定程度上可以保护rootfs不被破坏，增加系统健壮性，但用户数据区并未实现动态挂载、以及挂载失败后的恢复，还是可能出现系统不能正常运行的问题。
发明内容
为解决现有的UBI文件系统在抗掉电能力方面的不足，本发明通过将内核NANDFlash划分为系统分区和用户分区，动态挂载用户分区，并对挂载结果进行准确判断，如果挂载失败通过mtd-utils、ubi-utils等工具格式化用户分区，之后重新挂载用户分区，并通过mtd-utils恢复用户数据等，进一步提高嵌入式linux下文件系统的健壮性以及用户数据的安全性。
本发明所采用的技术方案如下：
嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，基于NAND Flash存储器和UBIFS文件系统，包括以下步骤：
步骤1、设置内核NAND Flash分区，用于实现用户数据分区与系统数据分区的分离；
步骤2、启动嵌入式Linux设备，Kernel启动后自动挂载rootfs，并启动应用程序；
步骤3、应用程序启动后使用mount命令挂载用户数据分区至根目录下结点/userdata，如果挂载成功则转步骤6，否则转下一步；如果能挂载成功说明系统之前运行正常，用户数据分区没有损坏、无数据丢失；如果挂载不成功可能由于上次意外停电导致用户数据分区损坏，则需执行后面的步骤4、5来清除错误重新挂载；
步骤4、使用mtd-utils工具包中的flash_erase擦除用户数据分区，使用ubi-utils工具包中的ubiformat格式化用户数据分区；
步骤5、使用ubi-utils工具包挂载用户数据分区为UBI卷1，并转步骤3；
步骤6、使用ubi-utils工具包挂载参数备份分区为UBI卷2，用于实现基于UBI的参数备份；
步骤7、应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确，如果正确转步骤9，否则转下一步；
步骤8、读取UBI卷2，将其中备份的参数恢复至参数文件；
步骤9、应用程序正常运行，当参数变化时使用ubi-utils工具包中的ubiformat-f命令将参数备份至UBI卷2。
优选地，步骤1中将内核NAND Flash设置为四个分区，分区的大小与其要存储的内容相适应。
优选地，所述四个分区中分区1存储系统映像，分区2存储基于UBI卷的参数备份，分区3存储rootfs根文件系统和应用程序，分区4存储用户数据。
优选地，步骤3中通过分析/proc/mounts判断挂载是否成功。
优选地，步骤5、步骤6中使用ubi-utils工具包中的ubiattach、ubimkvol进行挂载。
优选地，步骤7中应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确的方法是：采用参数的开头、结尾，以及CRC校验。
用户数据一般包含参数和数据，其中参数是指系统运行所需的各类配置、参数，参数丢失将导致系统运行故障，故需使用另外一种方式存储于mtd1，而数据是指应用程序运行过程中存储的运行数据，丢失是可接受的。
步骤6、7、8、9中使用基于UBI卷的参数备份是因为其它类似的读写NANDFlash指令如nandwrite、dd、nanddump都没有坏块隐藏和损耗平衡功能。
本发明的有益效果如下：
1、用户分区与系统分区的分离设计，可以大大减少系统分区被破坏、导致系统启动时发生故障的概率；
2、由应用程序动态地挂载和处理挂载结果，提高了分区损坏、挂载失败时的自恢复能力；
3、用户参数的备份，在挂载失败需要格式化时、可以确保大大减少用户参数的丢失；
4、使用基于UBI卷的参数备份方法可以更好地隐藏坏块和保证损耗平衡；
5、使用基于UBI卷的参数备份方法可以独立于任何文件系统，对数据进行原始读写，与文件系统形成原子操作，确保重要数据不丢失。
附图说明
图1是本发明的逻辑流程框图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，是本发明的逻辑流程框图。嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，基于NAND Flash存储器和UBIFS文件系统，包括以下步骤：
步骤1、设置内核NAND Flash分区，用于实现用户数据分区与系统数据分区的分离。
本实施例以128M字节NAND Flash为例，将内核NAND Flash分为四个分区，具体的分区方式如下表所示。
名称 mtd0 mtd1 mtd2 mtd3
大小 8M 8M 50M 62M
存储内容 Bootstrap/uboot/kernel 参数备份(UBI卷) Rootfs(ubifs) Datafs(ubifs)
其中，mtd0存放系统映像一般为bootstrap/uboot/kernel，mtd1用于存储基于UBI卷的参数备份，mtd2用于存储rootfs即根文件系统、应用程序也存放于此，而mtd3则用于存放用户数据。
步骤2、启动嵌入式Linux设备，Kernel启动后自动挂载rootfs，并启动应用程序。
步骤3、应用程序启动后使用mount命令挂载用户数据分区至根目录下结点/userdata，通过分析/proc/mounts判断挂载是否成功；如果挂载成功则转步骤6，否则转下一步。
/proc/mounts是一个文件，文件的内容记载了所有挂载成功的设备以及挂载的方式，通过对文件内容的分析就可以准确地判断挂载是否成功。
步骤4、使用mtd-utils工具包中的flash_erase擦除用户数据分区，使用ubi-utils工具包中的ubiformat格式化用户数据分区。
步骤5、使用ubi-utils工具包中的ubiattach、ubimkvol挂载用户数据分区(mtd3设备)为UBI卷1，并转步骤3。
步骤6、使用ubi-utils工具包中的ubiattach、ubimkvol挂载参数备份分区(mtd1设备)为UBI卷2，用于实现基于UBI的参数备份。
步骤7、应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确，如果正确转步骤9，否则转下一步。
应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确的具体方法是：采用参数的开头、结尾，以及CRC校验。比如：参数文件长度为100个字节，第一个字节为0x55，最后一个字节为0xaa，这100个字节的CRC校验为0x5678。只要任何一点不符合，就可以判定参数不合法。
步骤8、读取UBI卷2，将其中备份的参数恢复至参数文件。
步骤9、应用程序正常运行，当参数变化时使用ubi-utils工具包中的ubiformat-f命令将参数备份至UBI卷2。

Claims (6)

1.嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，基于NAND Flash存储器和UBIFS文件系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设置内核NAND Flash分区，用于实现用户数据分区与系统数据分区的分离；
步骤2、Kernel启动后自动挂载rootfs，并启动应用程序；
步骤3、使用mount命令挂载用户数据分区至根目录下结点/userdata，如果挂载成功则转步骤6，否则转下一步；
步骤4、使用mtd-utils工具包中的flash_erase擦除用户数据分区，使用ubi-utils工具包中的ubiformat格式化用户数据分区；
步骤5、使用ubi-utils工具包挂载用户数据分区为UBI卷1，并转步骤3；
步骤6、使用ubi-utils工具包挂载参数备份分区为UBI卷2；
步骤7、应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确，如果正确转步骤9，否则转下一步；
步骤8、读取UBI卷2，将其中备份的参数恢复至参数文件；
步骤9、应用程序正常运行，当参数变化时使用ubi-utils工具包中的ubiformat-f命令将参数备份至UBI卷2。
2.根据权利要求1所述的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，其特征在于，步骤1中将内核NAND Flash设置为四个分区，分区的大小与其要存储的内容相适应。
3.根据权利要求2所述的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，其特征在于，所述四个分区中分区1存储系统映像，分区2存储基于UBI卷的参数备份，分区3存储rootfs根文件系统和应用程序，分区4存储用户数据。
4.根据权利要求1所述的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，其特征在于，步骤3中通过分析/proc/mounts判断挂载是否成功。
5.根据权利要求1所述的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，其特征在于，步骤5、步骤6中使用ubi-utils工具包中的ubiattach、ubimkvol进行挂载。
6.根据权利要求1所述的嵌入式Linux的文件系统分区及数据读写方法，其特征在于，步骤7中应用程序校验/userdata目录下的参数文件是否正确的方法是：采用参数的开头、结尾，以及CRC校验。
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