Yaffs的移植象棋小子 1048272975
Nand作为市面上最主要的非易失性闪存技术之一，应用在各种固态大容量存储解决方案中。由于Nand flash自身的特点，Nand存储器往往需要一款专用的Nand文件系统进行管理。开源的Yaffs文件系统由于其优异的性能，在Nand flash中受到广泛的应用，笔者此处就Yaffs的移植作一个简单的介绍。
1. Yaffs概述Yaffs是由Aleph One公司所发展出来的Nand flash文件系统，专门为Nand flash存储器设计，适用于大容量的存储设备。在GPL协议下发布，可在其官网上免费获得源码。
Yaffs是基于日志的文件系统，提供了坏块管理、磨损平衡和掉电恢复的健壮性，保证数据在系统对文件系统修改的过程中发生意外也不被破坏。特别针对Nand flash，在启动时间、内存空间占用、读写速度等方面做了优化，已经在Linux、Android、WinCE等商业产品中使用。
2. Yaffs移植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。移植即为实现Nand接口层。由于Yaffs一直在维护更新，其内部数据结构、函数实现流程等有细微的更新。因此对于时间跨度比较大的版本，再者之间的移植将会有较大的差异。对于可移植的开源项目，一般应在源码包相应的makefile、readme等文档中获知项目的目录架构，提取相应的源码。接口的移植也应参考源码包中的Demo接口移植，了解相应接口应实现的功能需求，便于针对特定设备重新实现类似的接口功能。应用编程也可以参考源码中的应用测试代码。笔者此处以2015/06版本的源码为例说明Yaffs的移植。
2.1. 编译器相关对于可移植开源项目，不会使用编译器的数据类型、扩展语法等，因为不同体系的cpu、不同编译器这部分是不同的，是不可移植的，开源项目有自己定义的数据类型，这是需要根据具体的cpu、具体的编译器重定义的。Yaffs提供posix文件操作接口，使用了posix文件操作数据类型，而posix为unix下可移植操作系统应用编程接口，并不是c标准，c编译器不必实现posix，因此需自定义Yaffs中使用到的posix数据类型。Yaffs应用编程跟posix文件操作应用编程是完全一致的。即基于posix的应用程序在基于unix类、windows、支持posix的rtos等都是源码级可移植的。
#ifndef __YAFFS_CONFIG_H__
#define __YAFFS_CONFIG_H__
#define CONFIG_YAFFS_DIRECT
#define CONFIG_YAFFS_YAFFS2
#define CONFIG_YAFFS_PROVIDE_DEFS
#define CONFIG_YAFFSFS_PROVIDE_VALUES
#define CONFIG_YAFFS_DEFINES_TYPES
typedef unsigned short dev_t;
typedef unsigned short mode_t;
typedef long off_t;
typedef long long loff_t;
#endif
2.2. 操作系统相关Yaffs需要访问操作系统资源，如提供锁、时间戳、系统错误等。对于单线程访问、无操作系统并不需要操作系统的锁等相关功能。在Yaffs中yaffs_osglue.h列出了所需实现的操作系统相关接口函数。
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
static intyaffs_errno;
/*
* yaffs_bug_fn()
* Function to report a bug.
*/
voidyaffs_bug_fn(const char *fn, int n)
{
printf("yaffs bug at %s:%dn", fn,n);
}
/*
* yaffsfs_CurrentTime() retrns a 32-bittimestamp.
*
* Can return 0 if your system does not careabout time.
*/
unsigned intyaffsfs_CurrentTime(void)
{
return time(NULL);
}
/*
* yaffsfs_SetError() andyaffsfs_GetLastError()
* Do whatever to set the system error.
* yaffsfs_GetLastError() just fetches the lasterror.
*/
voidyaffsfs_SetError(int err)
{
yaffs_errno = err;
}
intyaffsfs_GetLastError(void)
{
return yaffs_errno;
}
/*
* yaffsfs_CheckMemRegion()
* Check that access to an address is valid.
* This can check memory is in bounds and iswritable etc.
*
* Returns 0 if ok, negative if not.
*/
intyaffsfs_CheckMemRegion(const void *addr, size_t size, int write_request)
{
if(!addr) {
return -1;
}
return 0;
}
/*
* yaffsfs_malloc()
* yaffsfs_free()
*
* Functions to allocate and free memory.
*/
void*yaffsfs_malloc(size_t size)
{
return malloc(size);
}
voidyaffsfs_free(void *ptr)
{
free(ptr);
}
/*
* yaffsfs_Lock()
* yaffsfs_Unlock()
* A single mechanism to lock and unlock yaffs.Hook up to a mutex or whatever.
*/
voidyaffsfs_Lock(void)
{
}
voidyaffsfs_Unlock(void)
{
}
voidyaffsfs_OSInitialisation(void)
{
/* No locking used */
}
2.3. Nand接口相关Nand驱动在前面章节有详细的描述，一般针对Nand flash的特性，Nand底层驱动应实现Nand初始化、Nand页读、Nand页编程、Nand块擦除、Nand坏块标记、Nand坏块检查。Yaffs通过函数指针的方式实现访问以上的Nand底层驱动接口，需实现的Nand接口函数指针如下:
int(*drv_write_chunk_fn) (struct yaffs_dev *dev, int nand_chunk,
const u8 *data, int data_len,
constu8 *oob, int oob_len);
int(*drv_read_chunk_fn) (struct yaffs_dev *dev, int nand_chunk,
u8 *data, int data_len,
u8 *oob, int oob_len,
enum yaffs_ecc_result *ecc_result);
int(*drv_erase_fn) (struct yaffs_dev *dev, int block_no);
int(*drv_mark_bad_fn) (struct yaffs_dev *dev, int block_no);
int(*drv_check_bad_fn) (struct yaffs_dev *dev, int block_no);
int(*drv_initialise_fn) (struct yaffs_dev *dev);
int(*drv_deinitialise_fn) (struct yaffs_dev *dev);
2.3.1. drv_initialise_fn函数指针drv_initialise_fn主要实现Nand的初始化，在文件系统挂载时，会最先调用该函数指针对Nand进行初始化。
static int yaffs_nand_drv_Initialise(struct yaffs_dev*dev)
{
Nand_Init();
returnYAFFS_OK;
}
2.3.2. drv_erase_fn函数指针drv_erase_fn主要对某一个块进行擦除。
static int yaffs_nand_drv_EraseBlock(struct yaffs_dev*dev, int block_no)
{
if(Nand_EraseBlock(block_no) != 0) {
returnYAFFS_FAIL;
}
returnYAFFS_OK;
}
2.3.3. drv_mark_bad_fn函数指针drv_mark_bad_fn需实现对某一块进行坏块标记。
static int yaffs_nand_drv_MarkBad(struct yaffs_dev*dev, int block_no)
{
if (Nand_MarkBadBlock(block_no)!= 0) {
returnYAFFS_FAIL;
}
returnYAFFS_OK;
}
2.3.4. drv_check_bad_fn函数指针drv_check_bad_fn需实现对某一块进行检查，是否坏块。
static int yaffs_nand_drv_CheckBad(struct yaffs_dev*dev, int block_no)
{
if(Nand_IsBadBlock(block_no) != 0) {
// badblock
returnYAFFS_FAIL;
}
returnYAFFS_OK;
}
2.3.5. drv_write_chunk_fn函数指针drv_write_chunk_fn需实现对某chunk(page)在Nand data area写入特定长度的数据，通常为1 chunk(page)，在Nand spare area写入特定长度的oob数据(tags)。
static int yaffs_nand_drv_WriteChunk(struct yaffs_dev*dev, int nand_chunk,
const u8*data, int data_len, const u8 *oob, int oob_len)
{
if (!data ||!oob) {
returnYAFFS_FAIL;
}
if(Nand_WriteWithOob(nand_chunk, data, data_len, oob, oob_len) != 0) {
returnYAFFS_FAIL;
}
returnYAFFS_OK;
}
2.3.6.drv_read_chunk_fn函数指针drv_read_chunk_fn需实现对某chunk(page)在Nand data area读取特定长度的数据，通常为1 chunk(page)，在Nand spare area读取特定长度的oob数据(tags)。此处采用Nand驱动硬件ecc，而未使用Yaffs自带的软件ecc，需处理数据是否无错或可纠错。
static int yaffs_nand_drv_ReadChunk(struct yaffs_dev*dev, int nand_chunk,
u8*data, int data_len, u8 *oob, int oob_len,
enumyaffs_ecc_result *ecc_result_out)
{
int ret;
if (data ==NULL) {
data_len= 0;
}
ret =Nand_ReadWithOob(nand_chunk, data, data_len, oob, oob_len);
if (ret != 0){
if(ecc_result_out) {
*ecc_result_out= YAFFS_ECC_RESULT_UNKNOWN;
}
returnYAFFS_FAIL;
} else {
if(ecc_result_out) {
*ecc_result_out= YAFFS_ECC_RESULT_NO_ERROR;
}
}
returnYAFFS_OK;
}
2.3.7.drv_deinitialise_fn函数指针drv_deinitialise_fn为取消选中Nand flash，do nothing。
static int yaffs_nand_drv_Deinitialise(structyaffs_dev *dev)
{
returnYAFFS_OK;
}
2.3.8.yaffs_start_up函数Yaffs在挂载使用前，必须先安装Nand驱动，通过yaffs_start_up函数把相应的Nand底层访问接口加载进Yaffs的接口层。
struct yaffs_dev *yaffs_nand_install_drv(const char*dev_name)
{
struct yaffs_driver*drv;
structyaffs_dev *dev;
structyaffs_param *param;
dev =malloc(sizeof(struct yaffs_dev));
if (!dev) {
returnNULL;
}
memset(dev,0, sizeof(*dev));
param =&dev->param;
param->name= strdup(dev_name);
if(!param->name){
free(dev);
returnNULL;
}
param->total_bytes_per_chunk= 4096;
param->chunks_per_block= 128;
param->n_reserved_blocks= 5;
param->start_block= 8; // First block, reserve 4M for boot
param->end_block= 2048 - 1;
param->is_yaffs2= 1;
param->use_nand_ecc= 1; // use driver's ecc
param->n_caches= 10;
drv =&dev->drv;
drv->drv_write_chunk_fn= yaffs_nand_drv_WriteChunk;
drv->drv_read_chunk_fn= yaffs_nand_drv_ReadChunk;
drv->drv_erase_fn= yaffs_nand_drv_EraseBlock;
drv->drv_mark_bad_fn= yaffs_nand_drv_MarkBad;
drv->drv_check_bad_fn= yaffs_nand_drv_CheckBad;
drv->drv_initialise_fn= yaffs_nand_drv_Initialise;
drv->drv_deinitialise_fn= yaffs_nand_drv_Deinitialise;
/* The yaffsdevice has been configured, install it into yaffs */
yaffs_add_device(dev);
return dev;
}
int yaffs_start_up(void)
{
static u8start_up_called = 0;
if(start_up_called){
return 0;
}
start_up_called= 1;
// Stuff toinitialise anything special (eg lock semaphore).
yaffsfs_OSInitialisation();
yaffs_nand_install_drv("/");
return 0;
}
3. 应用测试Yaffs提供了posix文件操作应用接口，因此Yaffs应用编程实际与posix文件操作应用编程完全一致。此处测试在”/”目录下可通过选择创建test.txt测试文件，每次可对该文件累计写入测试字符串，通过相应选项读出该文件的内容，可选择列举所有”/”目录下的所有文件，在第一次使用Yaffs时，必须先对Nand flash进行格式化，不然不同的Nand驱动标记的脏数据会造成Nand信息的出错。
static const char test[] = "This is yaffs testfilern";
static const char *yaffs_file_type_str(structyaffs_stat *stat)
{
switch(stat->st_mode & S_IFMT) {
case S_IFREG:return "regular file";
case S_IFDIR:return "directory";
case S_IFLNK:return "symlink";
default:return "unknown";
}
}
int yaffs_ls(const char *mountpt, int longlist)
{
int i;
yaffs_DIR *d;
structyaffs_dirent *de;
structyaffs_stat stat;
chartempstr[255];
d =yaffs_opendir(mountpt);
if (!d) {
printf("opendirfailed, %sn", yaffs_error_to_str(yaffsfs_GetLastError()));
return-1;
}
for (i = 0;(de = yaffs_readdir(d)) != NULL; i++) {
if (longlist){
sprintf(tempstr,"%s/%s", mountpt, de->d_name);
yaffs_lstat(tempstr,&stat);
printf("%-25st%7ld",
de->d_name,
(long)stat.st_size);
printf("%5d %sn",
stat.st_ino,
yaffs_file_type_str(&stat));
} else {
printf("%sn",de->d_name);
}
}
yaffs_closedir(d);
return 0;
}
// 重新根据新的驱动规则扫描标注坏块
void nand_scan_bad_block(void)
{
int i;
for (i = 8; i<= (2048-1); i++) {
if(Nand_IsBadBlock(i)) {
if(Nand_EraseBlock(i)) {
Nand_MarkBadBlock(i);// 确实为坏块
}
}
}
}
void main(void)
{
char Text[1024];
int handle;
int BytesRead;
uint8_t Command;
RTC_Time Time = {
2015, 7, 1,22, 00, 0, 3
};
Uart_Init();
RTC_Init(&Time);
yaffs_start_up();
yaffs_mount("/");
while (1) {
printf("1: Write test.txtn");
printf("2: View test.txtn");
printf("3: List files in nandn");
printf("4: Format nand flashn");
Command = Uart_WaitChar();
switch (Command) {
case '1':
handle =yaffs_open("/test.txt", O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND, S_IREAD|S_IWRITE);
if (handle ==-1) {
printf("Createtest.txt failedn");
break;
}
yaffs_write(handle,test, strlen(test));
yaffs_close(handle);
break;
case '2':
handle =yaffs_open("/test.txt", O_RDONLY, S_IREAD|S_IWRITE);
if (handle ==-1) {
printf("Opentest.txt failedn");
break;
}
while (1) {
BytesRead =yaffs_read(handle, Text, sizeof(Text)-1);
if (BytesRead== -1) {
printf("Read test.txt errorn");
yaffs_close(handle);
break;
}
Text[BytesRead]= 0;
printf("%s",Text);
if (BytesRead< (sizeof(Text)-1)) {
yaffs_close(handle);
break;
}
}
break;
case '3':
yaffs_ls("/",1);
break;
case '4':
yaffs_unmount("/");
nand_scan_bad_block();
yaffs_format("/",0, 0, 0);
yaffs_mount("/");
break;
default:
break;
}
printf("n");
}
}
4. 附录OK210_IAR_Yaffs2，Yaffs在IAR下的移植工程，包括S5PV210 Bootloader、Yaffs源码、以及相应的Nand flash驱动。
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