解析在U-Boot中实现对Yaffs镜像的支持设计

0 引 言

U-Boot是目前广泛使用的嵌入式操作系统通用引导程序，具有功能丰富强大，支持多种操作系统和CPU体系，易于功能扩展和移植，源码开放等多种优点。U-Boot,全称 Universal Boot Loader,是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似，事实上，不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化，尤其是一些设备的驱动程序，这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RteMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是OpenBSD, NetBSD, FreeBSD,4.4BSD, Linux, SVR4, Esix, Solaris, Irix, SCO, Dell, NCR, VxWorks, LynxOS, pSOS, QNX, RTEMS, ARTOS.Yaffs文件系统是专门针对NAND FLASH设计的可读写型文件系统，在NAND Flash上性能稳定优异。U-Boot自身没有实现对Yaffs文件系统镜像读写的直接支持。由于Yaffs文件系统的特殊结构，需要对nand命令做一定的修改，从而实现其在NANDFLASH上对Yaffs镜像的读写。

1 相关工作简介

1.1 Yaffs文件系统结构简述

目前，嵌入式系统中常用的FLASH文件系统有Cramfs,Jffs 2,Yaffs,exfat等。Cramfs是一种压缩型只读型文件系统，其在系统启动时解压至内存中运行。Jffs 2,Yaffs,Exfat等是可读写型文件系统，Jffs 2一般应用于NOR型FLASH;Exfat不是开源的文件系统实现，一般应用于Windows CE操作系统中。

通常一个NAND FLASH存储设备由若干块组成；1个块由若干页组成。一般128 MB以下容量的NAND FLASH芯片，一页大小为528 B,依次分为2个256 B的主数据区和16 B的额外空间；128 MB以上容量的NAND FLASH芯片，一页大小通常为2 KB.由于NAND FLASH出现位反转的概率较大，一般在读写时需要使用ECC进行错误检验和恢复。

Yaffs（Yet Another Flash File System）文件系统是专门针对NAND闪存设计的嵌入式文件系统，目前有YAFFS和YAFFS2两个版本，两个版本的主要区别之一在于YAFFS2能够更好的支持大容量的NAND FLASH芯片。

Yaffs文件系统有些类似于JFFS/JFFS2文件系统，与之不同的是JFFS1/2文件系统最初是针对NOR FLASH的应用场合设计的，而NOR FLASH和NAND FLASH本质上有较大的区别，所以尽管JFFS1/2 文件系统也能应用于NAND FLASH,但由于它在内存占用和启动时间方面针对NOR的特性做了一些取舍，所以对NAND来说通常并不是最优的方案。

Yaffs文件系统的设计充分考虑到NAND FLASH以页为存取单位等的特点，将文件组织成固定大小的段（Chunk）。以528 B的页为例，Yaffs文件系统使用前512 B存储数据、16 B的额外空间，用以存放数据的ECC和文件系统的组织信息等（称为OOB数据）。通过OOB数据，不但能实现错误检测和坏块处理；同时可以避免加载时对整个存储介质的扫描，加快了文件系统的加载速度。一个页面的具体结构如表1所示。

由此可知，与其他文件系统相比，在生成Yaffs镜像时就包含了OOB数据，所以在烧写Yaffs镜像时，不需要计算ECC,仅依次写入512 B的数据和16 B的OOB数据即可。同时，Yaffs镜像要使用分区上的第一个块来存储一个名为Yaffs_ObjectHeader的结构体。该结构体记录了该分区中的文件、路径以及相关的链接，所以在烧写时还需要跳过第一个可用的块。Yaffs文件系统目前常用的版本为Yaffs 2,性能在许多方面都有了很大的提高。

1.2 U-Boot对常见文件系统的支持

U-Boot可支持的主要功能列表 系统引导；支持NFS挂载、RAMDISK（压缩或非压缩）形式的根文件系统；支持NFS挂载、从FLASH中引导压缩或非压缩系统内核；基本辅助功能 强大的操作系统接口功能；可灵活设置、传递多个关键参数给操作系统，适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布，尤对Linux支持最为强劲； 在实际开发过程中，一般使用引导程序，比如U-Boot,完成文件向FLASH中的烧写和启动引导等工作。U-Boot能够支持Cramfs,Jffs 2文件系统的烧写。这些文件系统是针对NOR型FLASH设计的，所有文件数据就是简单的线性表组织形式。对于目前大量使用的NAND型FLASH,由于带有用于数据校验等功能的OOB区，所以Yaffs文件系统的数据组织形式不再是线性表的形式。

U-Boot没有提供对Yaffs文件系统的读写支持。但由于该文件系统的读写过程与其他文件系统的读写类似，因此可以通过修改U-Boot的FLASH读写命令，增加处理00B区域数据的功能，即可以实现对Yaffs文件系统的读写支持。

2 具体实现

在此，采用U-Boot 1.1.6版，NAND FLASH使用三星