Tina Linux 存储开发指南
1 概述
1.1 编写目的
介绍TinaLinux Flash,分区,文件系统等存储相关信息,指导方案的开发定制。
1.2 适用范围
Tina V3.0 及其后续版本。
1.3 相关人员
适用于TinaLinux 平台的客户及相关技术人员。
2 分区管理
2.1 分区配置文件
在全志平台中,通过sys_partition.fex 文件配置分区。在Tina 中,可以在lunch 选择方案后,通过命令cconfigs 快速跳转到分区配置目录,通常情况下,其路径如下。
tina/device/config/chips/<芯片编号>/configs/<方案名>/linux/sys_partition.fex
tina/device/config/chips/<芯片编号>/configs/<方案名>/linux/sys_partition_nor.fex
#以上路径不存在,则使用
tina/device/config/chips/<芯片编号>/configs/<方案名>/sys_partition.fex
说明
sys_partition_nor.fex 适用于nor。
sys_partition.fex 适用于rawnand/spinand/mmc。
2.2 分区配置格式
以rootfs 分区为例:
[partition]
name = rootfs
size = 20480
downloadfile = "rootfs.fex"
user_type = 0x8000
每个分区以[partition] 标识,分区属性及其意义如下表。
属性 |
含义 |
必选 |
备注 |
---|---|---|---|
name |
分区名 |
Y |
|
size |
分区大小 |
Y |
单位:扇区(512B),注1 |
downlodefile |
分区烧入的镜像文件 |
N |
注2 |
verify |
量产后校验标识 |
N |
(默认)1:使能;0:禁用,注3 |
user_type |
分区属性 |
N |
注 4 |
keydata |
量产时是否擦除本分区 |
N |
0x8000:使用;其他无效 |
说明:
- 最后一个分区(UDISK),不设置size,表示分配所有剩余空间。
- downloadfile 支持绝对路径和相对路径,相对于tina/out/<方案名>/image。
- verify 决定是否校验downloadfile 中指定的镜像,若为ext4 稀疏镜像,务必禁用。
- 历史遗留,目前只对UBI 方案有效。bit0为1 时,表示创建静态卷,反之为动态卷。
创建downloadfile 的资源镜像包看章节分区资源镜像文件。
[partition] 标识用户空间的逻辑分区,在UBI 方案中,表现为UBI 卷。此外,在sys_partiton.fex中存在特殊的配置MBR,用于配置MBR 空间大小,此配置在UBI 方案中无效。例如:
[mbr]
size = 2048
MBR 分区以Kbyte 为单位,对用户不可见,属于隐藏空间,其大小也必须满足对齐原则。
警告
一般情况下,不建议用户修改mbr 分区的大小。
2.3 常见分区及其用途
分区名 |
用途 |
大小 |
备注 |
---|---|---|---|
boot |
内核镜像分区 |
比实际镜像等大或稍大即可 |
|
rootfs |
根文件系统镜像 |
比实际镜像等大或稍大即可 |
|
extend |
扩展系统镜像 |
参考OTA 文档 |
参考OTA 文档仅小容量OTA 方案使用 |
recovery |
恢复系统镜像 |
参考OTA 文档 |
仅限大容量OTA 方案使用 |
private |
存储SN、MAC 等数据 |
使用默认大小即可 |
量产时默认不丢失 |
misc |
存储系统状态、刷机状态 |
使用默认大小即可 |
|
env |
存放Uboot 使用的数据 |
使用默认大小即可 |
|
pstore |
内核奔溃日志转存分区 |
使用默认大小即可 |
|
rootfs_data |
根目录覆盖分区 |
根据需求配置 |
注1 |
UDISK |
用户数据分区 |
不需要配置大小 |
注2 |
说明:
- rootfs_data 分区通过overlayfs 覆盖根文件系统,以支持squashfs 根文件系统的可写,此时对根文件系统写入的数
据实际是保存到rootfs_data 分区,因此rootfs_data 分区的容量标识着根文件系统最大可写数据量。 - UDISK 作为最后一个分区,不需要设置size,表示分配剩余所有空间给UDISK。
2.4 分区大小与对齐
分区大小的对齐要求与不同介质(nor/nand/mmc)、不同存储方案相关。不按对齐要求配置,可能出现文件系统异常,分区边界数据丢失等现象。对齐规则如下表。
介质 |
对齐大小 |
备注 |
---|---|---|
nor |
64K |
对齐物理擦除块大小,注1 |
(nftl) spinand |
驱动超级块大小 |
注2 |
(ubi) spinand |
2 × 物理块- 2 × 页 |
注3 |
rawnand |
驱动超级块大小 |
与物料相关,16M 对齐可基本兼容 |
emmc |
16M |
与物料相关,16M 对齐可基本兼容 |
说明
- nor 的擦除块常见为64K,即在sys_partition_nor.fex 中分区size 进行128 对齐。在id 表配置为4K 擦除且使能内核CONFIG_MTD_SPI_NOR_USE_4K_SECTORS 时,也可使用4K 对齐。推荐使用默认64K 对齐。
- 在常见的128M Spi Nand 中,为256K 对齐,即在sys_partition.fex 中分区size 进行512 对齐。
- 在常见的128M Spi Nand 中,需要和逻辑擦除块(super block)对齐,1 个super block 包含两个物理擦除块,常见的物理擦除块128K,1 个逻辑的超级块为256K,但是需要使用每个物理块的第一个page(2K)来作为ubi 所需的信息头部,所以实际的为(256k-2*2k),为252K 对齐,即在sys_partition.fex 中分区size 进行504 对齐。
警告
如果分区不对齐,可能会出现以下情况。
• nor/rawnand/spinand 可能会导致数据丢失。
• mmc 不会造成数据丢失,但可能导致性能损失。
如果分区使用ubifs 文件系统,分区最小为5M ,否则大概率提示空间不够。
如果分区使用ext4 文件系统,分区最小为3M ,否则无法形成日志,会有掉电变砖风险。
技巧
- 在ext4 与日志章节有描述判断创建的ext4 文件系统是否支持日志的方法。
- 在分区资源镜像文件章节指导如何创建带文件系统的资源镜像、分区大小、文件系统大小、文件大小更多内容,请参考总容量说明。
2.5 分区与文件系统
常见的分区与文件系统对应关系如下表。
分区名 |
默认文件系统 |
文件系统特性 |
备注 |
---|---|---|---|
rootfs |
squashfs |
压缩、只读 |
为了安全,根文件系统建议只读 |
rootfs_data |
jffs2/ext4/ubifs |
可写 |
注1 |
UIDSK |
jffs2/ext4/ubifs |
可写 |
注1 |
boot |
vfat |
|
裸数据分区,部分方案为vfat |
private |
vfat |
|
注2 |
misc |
none |
|
裸数据分区 |
env |
none |
|
裸数据分区 |
pstore |
pstore |
|
转存奔溃日志 |
说明
- 可写的分区,nor 为jffs2;UBI 方案为ubifs;其他为ext4。
- private 默认为裸数据,使用dragonSN 工具烧录后会成为vfat 文件系统。
只读文件系统推荐使用squashfs。可写文件系统,nor 推荐jffs2,UBI 方案推荐ubifs,其他推荐ext4。更多文件系统信息,请参考文件系统支持情况。
2.6 分区资源镜像文件
在sys_partition.fex中通过downloadfile 指定需要烧录到分区的资源镜像文件。大多数情况下,资源镜像文件都构建在文件系统上,通过某些命令实现把系统需要的文件,例如音频文件、视频文件等资源,打包成一个带文件系统的镜像包,并在烧录时把镜像包烧写入存储
介质。
创建不同文件系统镜像的命令不一样,常见有以下几种:
文件系统 |
创建镜像命令 |
---|---|
vfat |
mkfs.vfat |
ext4 |
make_ext4fs |
ubifs |
mkfs.ubifs |
squashfs |
mksquashfs4 |
为了最大程度利用空间,一般会使文件系统等于物理分区大小,即创建文件系统时使用分区表划定的分区大小来创建。
如果不希望硬编码大小,则可在打包时从分区表获得大小,再传给文件系统创建工具,具体的实现可以参考tina/scripts/pack_img.sh 中的make_data_res() 和make_user_res() 等函数。
2.6.1 创建squashfs 镜像
生成squashfs 的命令,可参考编译过程的log 得到,或者在网上搜索squashfs 生成方式。
例如在scripts/pack_img.sh 中定义一个函数
function make_user_squash()
{
local SOURCE_DATE_EPOCH=$(${PACK_TOPDIR}/scripts/get_source_date_epoch.sh)
# 这一行指定要打包到文件系统的数据
local USER_PART_FILE_PATH=${PACK_TOPDIR}/target/allwinner/方案名字/user_sq
local USER_PART_SQUASHFS=${PACK_TOPDIR}/out/${PACK_BOARD}/image/user_sq.squashfs
local USER_PART_DOWNLOAD_FILE=${PACK_TOPDIR}/out/${PACK_BOARD}/image/user_sq.fex
cd ${ROOT_DIR}/image
[ -e $USER_PART_FILE_PATH ] && {
#这里用了gzip,需要更高压缩率可改成xz
${PACK_TOPDIR}/out/host/bin/mksquashfs4 $USER_PART_FILE_PATH $USER_PART_SQUASHFS
-noappend -root-owned -comp gzip -b 256k
-processors 1 -fixed-time $SOURCE_DATE_EPOCH
dd if=${USER_PART_SQUASHFS} of=${USER_PART_DOWNLOAD_FILE} bs=128k conv=sync
}
cd -
}
找个地方调用下即可。
这里不用传入分区表的原因是,制作squashfs 不需要指定文件系统大小,只读的文件系统大小完全取决于文件内容。
2.6.2 创建vfat 镜像
mkfs.vfat <输出镜像> -C <文件系统大小>
mcopy -s -v -i <输出镜像> <资源文件所在文件夹>/* ::
可参考pack_img.sh(在其中搜索mkfs.vfat 找到相关代码)。
2.6.3 创建ext4 镜像
使用tina/out/host/bin/make_ext4fs 创建ext4 镜像,推荐的使用方法如下:
make_ext4fs -l <文件系统大小> -b <块大小> -m 0 -j <日志块个数> <输出的镜像保存路径> <资源文件所在文件
夹>
其中,
• -m 0: 表示不需要要为root 保留空间。
• -j < 日志块个数>: 日志总大小为块大小* 日志块个数。
例如:
make_ext4fs -l 20m -b 1024 -m 0 -j 1024 ${ROOT_DIR}/img/data.fex ${FILE_PATH}
如果空间不够大,会显示类似如下的错误日志:
$ ./bin/make_ext4fs -l 10m -b 1024 -m 0 -j 1024 data.fex ./bin
Creating filesystem with parameters:
Size: 10485760
Block size: 1024
Blocks per group: 8192
Inodes per group: 1280
Inode size: 256
Journal blocks: 1024
Label:
Blocks: 10240
Block groups: 2
Reserved blocks: 0
Reserved block group size: 63
error: ext4_allocate_best_fit_partial: failed to allocate 7483 blocks, out of space?
上述错误中,资源文件达到100+M,但是创建的镜像-l 指定的大小只有10M,导致空间不够而报错。只需要扩大镜像大小即可。
如需使用分区大小作为文件系统大小,可参考pack_img.sh(在其中搜索make_ext4fs 找到相关代码)。
技巧
镜像大小可以根据分区大小设置,也可以根据资源大小设置,后通过稀疏和resize 处理,即可保证最短烧录时间和动态匹配分区大小。见稀疏ext4 镜像和动态resize 章节。
2.6.3.1 稀疏ext4 镜像
如果资源文件只有10M,但创建了100M 的镜像文件,导致烧录100M 的文件拖慢了烧录速度。此时可以采用稀疏ext4 镜像。
tina/out/host/bin/img2simg <原镜像> <输出镜像>
稀疏镜像的原理,类似与把文件系统没用到的无效数据全删掉,把文件系统压缩。可参考pack_img.sh 中的函数sparse_ext4() 的实现与运用。
2.6.3.2 动态resize
如果担心创建镜像时指定的大小与实际的分区大小不匹配,可以在设备启动后执行resize2fs 动态调整文件系统的大小。
例如:
resize2fs /dev/by-name/UDISK
命令后不指定大小,则默认为分区大小。通过这方法可以让打包镜像创建的文件系统大小匹配分区大小。
此命令可直接写入启动脚本,在挂载前执行。每次启动都执行一遍不会有不良影响。
2.6.4 创建ubifs 镜像
使用tina/out/host/bin/make.ubifs 创建ubifs 镜像,推荐的使用方法如下:
mkfs.ubifs -x <压缩方式> -b <超级页大小> -e <逻辑擦除块大小> -c <最大逻辑擦除块个数> -r <资源文件所在
文件夹> -o <输出的镜像保存路径>
压缩方式可选none lzo zlib, 压缩率zlib > lzo > none
对常见的128MB spinand,1 page = 2048 bytes, 1 block = 64 page, 则
超级页大小为2048 * 2 = 4096
逻辑擦除块大小为2048 * 2 * 64 = 262144
最大逻辑擦除块个数,可简单设置为一个较大的值,例如128MB / ( 2048 bytes * 2 * 64) = 512
则最终的命令为:
mkfs.ubifs -x zlib -b 4096 -e 262144 -c 512 -r ${FILE_PATH} -o ${ROOT_DIR}/img/data_ubifs.
fex
2.7 根文件系统改用ubifs
使用suqashfs + overlayfs(ubifs) 方案实现根目录可写,但是ubifs 会占用大量的空间存放元数据,造成空间浪费。理论上,UBIFS 可直接作为根文件系统,其稳定性和可压缩性足够保证安全和提高空间利用率。
警告
请谨慎使用,UBIFS 作为根文件系统只是理论安全,全志暂无量产方案佐证。
修改步骤如下:
- 执行cdevice ,修改跳转目录下的Makefile 在FEATURES 变量中添加ubifs 和nand
- 执行make menuconfig 使能在Target Image 页面下使能ubifs 在Utilities->mtdutils
页面中使能mtd-utils-mkfs.ubifs - 执行cconfigs ,修改跳转目录下的env-XXX.cfg 把rootfstype 值改为ubifs 在对应
存储介质的setargs_XXX 的root 值改为root=ubi0_X ,其中X 表示对应的第几个分区;删除
ubi.block 项。 - 执行make kernel_menuconfig,取消使能overlayfs
- 在sys_partition.fex 中删除rootfs_data 分区
2.8 总容量说明
在全志的驱动中,会预留一部分空间存储特殊数据,因此提供给用户分区空间不等于实际Flash总容量。
分区表可用空间= flash总容量- 保留空间
不同存储介质,其保留空间会有差异。
存储介质 |
保留空间 |
备注 |
---|---|---|
nor |
512K |
对应bootloader 分区,包含分区表,boot0,uboot |
(nftl) nand |
总容量的1/10~1/8 |
注1,注2 |
(UBI) spinand |
|
|
mmc |
20M |
包含boot0,uboot 等 |
最新spinor 的存储分布, 隐藏空间1MB,其中mbr 占用16KB,mbr 往前共占用1008KB,uboot 往前共占用64KB,其中包括boot0 和uboot 中间4KB 的预留区域,这段区域用于存放flash 的spi 采样点等信息。
|boot0|4kb|uboot|mbr |分区表可见的用户分区|
说明
- (nftl) nand 的隐藏空间对用户不可见,包含分区表MBR 分区,boot0,uboot, 磨损算法、坏块保留等。对128M 的
spinand 来说,用户可用空间一般为108M。 - 由于出厂坏块的存在,可能会导致每一颗Flash 呈现的用户可用总容量不同,但全志(nftl) nand 保证总容量不会随着使
用过程出现坏块而导致可用容量减少。 - UBI 方案中,除了必要的mtd 物理分区之外(boot0/uboot/pstore 等),其余空间划分到一个mtd 物理分区。在此
mtd 物理分区中根据sys_partition.fex 的划分构建ubi 卷。UBI 的机制,每个块都需要预留1~2 个页作为EC/VID
头。因此可用容量会小于mtd 物理分区容量。
对于非ubi 方案,用户空间可通过下面的命令查看用户可用分区大小,大小单位为KB。
# cat /proc/partitions
major minor #blocks name
93 0 112384 nand0
93 1 256 nand0p1
93 2 5120 nand0p2
93 3 10240 nand0p3
93 4 10240 nand0p4
93 5 7168 nand0p5
93 6 64 nand0p6
93 7 512 nand0p7
93 8 256 nand0p8
93 9 76463 nand0p9
如例子中的结果,nand0 分为多个分区,每个nand0px 对应一个分区表中的分区。对于ubi 方案,整个nand 分为若干mtd。可使用以下命令查看
# cat /proc/mtd
dev: size erasesize name
mtd0: 00100000 00040000 "boot0"
mtd1: 00300000 00040000 "uboot"
mtd2: 00100000 00040000 "secure_storage"
mtd3: 00080000 00040000 "pstore"
mtd4: 07a80000 00040000 "sys"
如例子中的结果,整个nand 分为5 个mtd。
• mtd0 存放boot0, size 1 MB
• mtd1 存放uboot, size 3 MB
• mtd2 存放secure_storage, size 1 MB
• mtd3 存放pstore, size 512 KB
• mtd4 则会进一步分为多个ubi 卷,占用剩余所有空间
以上所有mtd 的size 相加,应该恰好等于flash 总size。分区表中定义的每个逻辑分区,会对应mtd sys 上的ubi 卷。可使用以下命令查看
# ubinfo -a
UBI version: 1
Count of UBI devices: 1
UBI control device major/minor: 10:51
Present UBI devices: ubi0
ubi0
Volumes count: 12
Logical eraseblock size: 258048 bytes, 252.0 KiB
Total amount of logical eraseblocks: 489 (126185472 bytes, 120.3 MiB)
Amount of available logical eraseblocks: 0 (0 bytes)
Maximum count of volumes 128
Count of bad physical eraseblocks: 1
Count of reserved physical eraseblocks: 19
Current maximum erase counter value: 3
Minimum input/output unit size: 4096 bytes
Character device major/minor: 247:0
Present volumes: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
Volume ID: 0 (on ubi0)
Type: static
Alignment: 1
Size: 1 LEBs (258048 bytes, 252.0 KiB)
Data bytes: 258048 bytes (252.0 KiB)
State: OK
Name: mbr
Character device major/minor: 247:1
-----------------------------------
Volume ID: 1 (on ubi0)
Type: dynamic
Alignment: 1
Size: 2 LEBs (516096 bytes, 504.0 KiB)
State: OK
Name: boot-resource
Character device major/minor: 247:2
-----------------------------------
... #此处省略若干卷
-----------------------------------
Volume ID: 11 (on ubi0)
Type: dynamic
Alignment: 1
Size: 242 LEBs (62447616 bytes, 59.6 MiB)
State: OK
Name: UDISK
Character device major/minor: 247:12
如例子中的结果
• volume 0 为mbr, 占1 LEBs(252 KB),对应分区表本身
• volume 1 为boot-resource, 占2 LEBs(504 KB),对应分区表中第一个分区
• …
• volume 11 为UDISK, 占242 LEBs(59.8 MB),对应分区表中最后一个分区
常见的关于容量的疑惑与解答。
- 问:df 查看UDISK 分区大小,明明分区有50M,怎么显示总大小只有40+M?
答:df 显示的是文件系统的大小,文件系统本身需要额外的空间存储元数据,导致实际可用空间
会比分区大小略少。 - 问:df 查看boot 分区大小,为什么显示的大小比实际分区大?
答:boot 分区是通过镜像烧写的形式格式化的fs,创建镜像时设置的文件系统的大小并不等于分
区实际大小,导致此时文件系统大小并不能体现实际分区大小。 - 问:df 查看squashfs 使用率总是100%?
答:squashfs 是只读压缩文件系统,文件系统大小取决于总文件大小,使用率总是100%,跟分
区大小无关。
说明
- 文件大小
我们常说的文件大小,指的是文件内容有多少字节。但在一个文件系统中,空间分配以块为单位,必然会造成内部碎片。假
设块为4K,如果文件大小为1K,文件系统依然为其分配4K 的块,就会造成3K 的空间浪费。 - 文件系统大小
文件系统大小,指的是文件系统元数据中标识的可用大小。形象来说,是df 命令或者statfs() 函数反馈的大小。文件系
统大小不一定等于分区大小,既可大于分区大小,也可小于分区大小。 - 分区大小
在划分分区时规定的大小,往往是sys_partition.fex 中指定的大小。
2.9 特殊隐藏空间
不管是nor,nand 还是mmc,都需要一些隐藏空间存储特殊数据,例如boot0/uboot/dtb/sys_config。用户无法使用这些隐藏空间。
此外,nand 驱动还需要额外的空间以实现磨损平衡、坏块管理算法,因此nand 的隐藏空间更大。
隐藏空间大小见总容量说明。
3 系统挂载
Tina 目前支持两种启动方式,分别是busybox 和procd,不同启动方式,其自动挂载的配置不同。
此处的自动挂载指开机冷挂载以及热插拔挂载,其中冷挂载指启动时挂载,热挂载指TF/U 盘等插拔设备时的挂载。
3.1 块设备节点
Tina 中设备节点都在/dev 目录下,对于不同存储介质,生成的设备节点会不一样。
存储 |
介质设备 |
节点备注 |
---|---|---|
nand |
/dev/nand{a,b,c…} |
MBR 分区表 |
nand |
/dev/nand0p{1,2,3…} |
GPT 分区表 |
mmc |
/dev/mmcblk0p{1,2,3…} |
|
nor |
/dev/mtdblock{0,1,2…} |
|
TF |
卡/dev/mmcblk{0,1}p{1,2…} |
注1 |
U 盘 |
/dev/sda{1,2…} |
|
SATA |
硬盘/dev/sda{1,2…} |
|
说明
- 若使用mmc 做内部存储介质,由于mmc 占用了mmcblk0的设备名,此时TF 卡的设备名序号递增为mmcblk1,否则生
成mmcblk0的设备名。因此配置fstab 时尤其注意TF 设备名是否正确。
对sys_partition.fex 中设置的内部存储介质的设备节点,会自动动态在/dev/by-name 中创建软链
接。例如:
root@TinaLinux:/# ll /dev/by-name/
drwxr-xr-x 2 root root 220 Mar 1 15:05 .
drwxr-xr-x 7 root root 3060 Mar 1 15:05 ..
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 UDISK -> /dev/nand0p9
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 boot -> /dev/nand0p2
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 env -> /dev/nand0p1
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 misc -> /dev/nand0p6
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 private -> /dev/nand0p8
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 pstore -> /dev/nand0p7
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 recovery -> /dev/nand0p5
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 rootfs -> /dev/nand0p3
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 1 15:05 rootfs_data -> /dev/nand0p4
因此,在fstab 也可以使用/dev/by-name/XXXX的形式匹配设备。块设备如果有分区,会形成分区设备节点,以mmc、U 盘为例介绍设备节点名与分区的关系:
设备节点名 |
含义 |
---|---|
/dev/mmcblk0 |
表示整个mmc 空间,包含所有分区 |
/dev/mmcblk0p1 |
表示mmc 中的第1 个分区 |
/dev/mmcblk0p2 |
表示mmc 中的第2 个分区 |
/dev/sda |
表示整个U 盘,包含所有分区 |
/dev/sda1 |
表示U 盘内的第1 个分区 |
/dev/sda2 |
表示U 盘内的第2 个分区 |
热插拔块设备分区有以下特殊情况。
- 块设备没有分区
有一些特殊的TF 卡/U 盘没有分区,而是直接使用整个存储,表现为只有/dev/mmcblk1 和
/dev/sda ,而没有分区节点/dev/mmcblk1p1 和/dev/sda1 。此时需要直接挂载整个存储
设备,Tina 大部分方案都支持这种特殊情况。 - 块设备有多个分区
有一些特殊的TF 卡/U 盘被分为多个分区,表现为存在多个/dev/mmcblk1p{1,2…} 和
/dev/sda{1,2…}。默认情况下,Tina 的fstab 配置为只支持挂载热插拔存储设备的第一个
分区到/mnt/SDCARD 或者/mnt/exUDISK。
3.2 挂载点
3.2.1 默认挂载设备目录
Tina 中对常见的分区和热插拔块设备,有默认的挂载点。
存储介质 |
挂载节点 |
设备节点 |
备注 |
---|---|---|---|
nor/nand/mmc |
/mnt/UDISK |
/dev/by-name/UDISK |
注1 |
TF 卡 |
/mnt/SDCARD 或/mnt/extsd |
/dev/mmcblk{0,1}p1 |
注2 |
U 盘 |
/mnt/exUDISK |
/dev/sda1 |
注3 |
SATA 磁盘 |
/mnt/exUDISK |
/dev/sda1 |
注3 |
说明
- /dev/by-name/UDISK 为sys_partition.fex 的UDISK 分区的软连接。
- 当无分区时,默认挂载整个TF 卡; 当有1 个或多个分区时,只挂载第一分区。
- 当无分区时,默认挂载整个设备(/dev/sda),当有1 个或多个分区时,只挂载第一个分区。
3.2.2 新建挂载点
挂载文件系统需要有挂载点。
如果挂载点所在目录可写,则在挂载之前先创建目录即可。
mkdir -p xxx
若挂载点所在目录为只读,则需要在制作文件系统时提前创建好。
如创建非空目录,则在对应方案的base-files 目录创建。
procd-init: target/allwinner/方案/base-files
busybox-init: target/allwinner/方案/busybox-init-base-files
如创建空目录,由于git 不管理空目录,因此需在Makefile 中动态创建,可仿照现有Makefile中创建UDISK 目录的写法。
procd-init: package/base-files/Makefile
busybox-init: package/busybox-init-base-files/Makefile
3.3 procd 启动下的挂载
procd 启动时,自动挂载由procd、fstools、fstab 配合完成。如果需要修改冷/热挂载规则,只需要修改fstab 配置文件即可。
SDK 中,配置文件位于:
tina/target/allwinner/<方案名>/base-files/etc
若只是调试或临时修改挂载规则,只需要修改小机端的配置文件:
/etc/config/fstab
3.3.1 fstab 编写格式
fstab 由多个config 组成,每个config 的基本格式示例如下:
config ‘xxxx’
option xxxx ‘xx’
option xxxx ‘xx’
option xxxx ‘xx’
config 有3 种类型,分别是mount|global|swap 。Tina SDK 中没使用swap,在本文中不做介绍。
3.3.2 global 类型config
global 类型的config 是全局配置,示例如下。
config 'global'
option anon_swap '0'
option anon_mount '0'
option auto_swap '1'
option auto_mount '1'
option delay_root '5'
option check_fs '1'
配置项的意义如下表:
配置名称 |
可选值 |
意义 |
---|---|---|
anon_mount |
0/1 |
注1 |
anon_swap |
0/1 |
swap 使用,此处省略 |
auto_mount |
0/1 |
只适用于设置热插拔是否自动挂载块设备 |
auto_swap |
0/1 |
swap 使用,此处忽略 |
check_fs |
0/1 |
建议配置为1,注2 |
delay_root |
1,2,3… |
注3 |
说明
- anon_mount: 当fstab 中无匹配要挂载设备的uuid/label/device 属性的配置节时, 是否采用默认挂载为
/mnt/“$device-name”。 - check_fs: 是否在挂载前用/usr/sbin/e2fsck 检查文件系统一致性(只适用于ext 系统)。
- delay_root: 对应fstab 中target 为”/” 或”/overlay” 的设备节点不存在时,最长等待delay_root 秒。
3.3.3 mount 类型config
mount 类型的config 是具体的设备挂载配置,示例如下
config 'mount'
option target '/mnt/UDISK'
option device '/dev/by-name/UDISK'
option options 'rw,sync'
option enabled '1'
配置项的意义如下表:
配置名称 |
意义 |
备注 |
---|---|---|
target |
挂载点 |
必须是绝对路径,必须有效 |
device |
设备名 |
通过设备名指定待挂载的设备,注1 |
uuid |
设备UUID |
通过fs 的UUID 指定待挂载的设备,注1 |
label |
设备label |
通过fs 的label 指定待挂载的设备,注1 |
enabled |
是否使能 |
该节点是否有效(0/1) |
options |
挂载属性 |
例如只读挂载等,注2 |
- device/uuid/label 是匹配挂载的设备,三者中至少要有一个有效。
- 默认挂载支持的属性如下表:
配置名称 |
意义 |
缺省值 |
---|---|---|
ro / rw |
只读/ 可读写 |
rw |
nosuid / suid |
忽略suid/sgid 的文件属性 |
suid |
nodev / dev |
不允许/允许访问设备文件 |
dev |
noexec / exec |
不允许/允许执行程序 |
exec |
sync / async |
同步/异步写入 |
async |
mand / nomand |
允许/不允许强制锁 |
nomand |
irsync |
同步更新文件夹 |
无效 |
noatime / atime |
不更新/更新访问时间(atime) |
atime |
nodiratime / diratime |
不更新/更新目录访问时间(atime) |
diratime |
relatime / norelatime |
允许/不允许根据ctime/mtime 更新actime n |
orelatime |
strictatime |
禁止根据内核行为来更新atime, 但允许用户空间修改 |
无效 |
3.4 busybox 启动下的挂载
busybox 启动时,通过pseudo_init 和rcS 完成大部分默认的挂载工作。
存储节点 |
挂载路径 |
用途 |
---|---|---|
/dev/by-name/UDISK |
/mnt/UDISK |
用户数据 |
/dev/by-name/rootfs_data |
/overlay |
作为overlay 使得rootfs 可写 |
/dev/mmcblk{0,1}p1 |
/mnt/SDCARD 或/mnt/extsd |
TF 卡 |
/dev/sda1 |
/mnt/exUDISK |
U 盘 |
busybox 启动使用默认挂载配置即可,如果需要修改,需要自行修改脚本。
tina/package/busybox-init-base-files/busybox-init-base-files/usr/bin/hotplug.sh
3.5 挂载文件系统
在分区表中增加的分区默认是空分区,如需挂载成文件系统使用,则首先需要在分区中写入一个文件系统。
方式一,在PC 端预先生成好一个文件系统,并在分区表中指定为download_file,则启动后可直接挂载。例如rootfs 分区就是在PC 端制作好文件系统,烧录时写入rootfs 分区。
方式二,在小机端进行格式化。例如UDISK 分区就是在第一次启动时,由启动脚本进行格式化。客户可自行在某一启动脚本或应用中调用格式化工具(mkfs.xxx)进行格式化。如需参考,可仿照UDISK 分区的格式化:
procd-init: package/base-files/files/lib/preinit/79_format_partition
busybox-init: package/busybox-init-base-files/files/pseudo_init
3.5.1 注意事项
一些格式化工具并未默认选中,需要时请自行在make menuconfig 界面配置。部分文件系统对分区大小有最低要求,如ext4,ubifs,如果在小机端调用格式化分区时报错,可根据报错信息提示增大分区。
对于private 分区默认为空,使用DragonSN 工具写号后,则为vfat 格式的文件系统。对于ubi 方案来说,如果需要使用基于块设备的文件系统,则需要在ubi 之上模拟块设备。在用户空间可调用ubiblock 工具完成,注意这样模拟出的块设备是只读的,如需可写建议直接使用
ubifs。
详见后文ubi 方案特殊说明。
4 文件系统支持情况
存储介质 |
jffs2 |
squashfs |
ext4 |
vfat |
ntfs |
exfat |
ubifs |
---|---|---|---|---|---|---|---|
(NFTL) nand |
N |
Y |
Y |
Y |
Y |
N |
N |
(UBI) spinand |
N |
Y |
Y(ro) |
Y(ro) |
Y(ro) |
N |
Y |
mmc |
N |
Y |
Y |
Y |
Y |
N |
N |
nor |
Y |
Y |
N |
N |
N |
N |
N |
TF 卡 |
N |
N |
Y |
Y |
Y |
N |
N |
U 盘 |
N |
N |
Y |
Y |
Y |
N |
N |
说明
- (ro) 表示只能实现只读: ubi 卷可通过模拟块设备,实现块文件系统的读,但不支持写。
- vfat(fat32)使用内核原生的支持,exfat 需要在Linux-5.7 后社区才正式支持,因此此处标注为不支持。
- ntfs 依赖于第三方工具ntfs-3g。
- TF 卡/U 盘等,建议使用vfat 实现Window/Linux/MacOS 的最大兼容参考文章《多平台大型文件系统比较》。
- vfat/ntfs/exfat 等Window 文件系统,不建议用做嵌入式存储,除非您能保证其掉电安全和移植文件系统修复工具。
警告
关于文件系统的选择,有以下几点需要注意:
- 全志NFTL nand 可使用块文件系统(ext4) 全志在驱动中实现磨损平衡和坏块管理,向上呈现为块设
备。因此可支持ext4,不需要且不支持常见的flash 文件系统(jffs2/yaffs/ubifs 等)。 - 为了保证掉电不变砖,根文件系统务必只读(squashfs),或者ext4 挂载为ro 模式。
- ext4/ubifs 等文件系统分区大小必须足够大,以确保能正确创建日志块,否则有掉电变砖风险分区大小
请参考章节分区大小与对齐。
4.1 ext4 与日志
4.1.1 ext4 的日志
与服务器等长期稳定供电的情况不同,嵌入式设备随时有掉电的可能。不管在任意时间掉电,文件系统都需要保持一致性,换句话说,保证文件不会因为掉电丢失。如果文件系统只读,则不需要日志。日志只是确保写的安全。
说明
什么是文件系统的一致性?
文件系统元数据块记录了有什么文件,数据块则保存了实际的文件内容。一致性则表示,元数据块记录了存在某个文件,必定存
在对应的数据块,换句话说,就是保证元数据和数据的一致。
如果出现,元数据记录文件A 存在,但文件A 的数据块是无效的,或者明明数据块是有效的,但元数据并没任何记录,导致系
统并不知道文件存在,就出现了文件系统的不一致。
警告
保证文件不丢失,只保证之前写入的文件数据正常,而非正在写,且因为掉电导致没写完整的文件。对大多数文
件系统而言,更多时候会直接丢弃这没写完整的文件以保证一致性。
ext4 通过日志的形式保证文件系统一致性。其支持3 种日志模式:
日志模式 |
原理 |
特点 |
---|---|---|
journal |
元数据与数据都写入日志 |
最安全,但性能最慢 |
writeback |
只有元数据写入日志,但不保证数据先落盘 |
性能最快,但最不安全 |
ordered |
只有元数据写入日志,且保证数据先落盘,元数据后落盘 |
折中,默认方案 |
考虑安全和性能的折中,建议使用ordered 的日志模式。系统默认使用的就是ordered 模式。我们在mount 命令中显示的挂载参数可显示使用的哪种日志。
$mount
/dev/by-name/UDISK on /mnt/UDISK type ext4 (rw,....,data=ordered)
4.1.2 分区大小与日志
有时候分区太小,系统会默认把日志功能关闭。可以通过以下方法判断:
$dumpe2fs <分区or 镜像文件>
...
Filesystem features: has_journal ...
...
Journal backup: inode blocks
Journal features: (none)
日志大小: 1024k
Journal length: 1024
Journal sequence: 0x00000001
Journal start: 0
...
在Filesystem features 中有has_journal 的标志表示支持日志。在Jorunal 片段中也详细描述了日志块的大小等信息。
如果创建的文件系统没有日志,对大多数用户而言,扩大分区大小是最简单的做法。专业的做法可以通过缩小块大小,取消预留块等方式为日志腾挪出空间。
按以往经验,对小容量(<100M) 的存储而言,在资源文件之外预留3-5M 的空间用于文件系统的元数据即可。
4.1.3 修复ext4
ext4 文件系统每次重启后,建议都进行一次修复,确保文件系统稳定。
修复可以参考以下命令:
e2fsck -y <分区>
4.1.4 修复fat
TF 卡挂载fat 文件系统,fat 文件系统不是日志型文件系统,在掉电、带电插拔等场景下不能保证文件系统数据的安全,所以建议启动都进行一次修复。修复可以参考以下命令:
fsck_msdos -pfS /dev/mmcblk0p1
如章节global 类型config中描述,如果使用procd 引导启动,在fstab 中使能check_fs,也可实现在挂载前自动修复。
5 UBI VS. NFTL
对nand 存储介质,全志有两套解决方案,分别是NFTL spi/raw nand 和UBI spi nand。UBI 存储方案常用于小容量spinand,其实现原理跟NFTL 存储方案完全不同。
5.1 NFTL Nand
这是全志实现的不开源的Nand 驱动,NFTL 全称为NAND Flash Translation Layer,其可实现屏蔽Nand 的特性,对上呈现为块设备。
我们常见的mmc 设备也是块设备,可以简单理解为,MMC = Nand Flash + 控制器+NFTL。所以通过全志的NFTL nand 驱动后,我们可以像mmc 设备一样,以块设备操作Nand。
例如,上层可以直接裸读写块设备,常见的ota 更新也是基于这样的实现:
dd if=boot.fex of=/dev/by-name/boot
技巧
详细的OTA 方法,请参见OTA 相关文档。
全志的NFTL Nand 驱动中,预留一部分空间做算法和关键数据保存。预留空间大致为1/10 ~1/8 的可用空间。这里的可用空间是指剔除出厂坏块之外的空间。由于每一颗Flash 的出厂坏块数量不尽相同,因此最终呈现给用户的可用空间不尽相同。用户也不需要担心使用过程中出现的坏块导致用户可用空间变小,在算法实现中,使用坏块会体现在预留空间而不是用户空间。
此外,Nand 的磨损平衡、坏块管理等特性全由NFTL 驱动实现。换句话说,驱动保证用户数据的稳定,用户可将其按块设备使用。
5.2 UBI (spi) Nand
当前UBI 方案仅适用于小容量spinand。
UBI 方案是社区普遍使用的Flash 存储方案,其构建在mtd 设备之上,由UBI 子系统屏蔽Nand 特性,对接UBIFS 文件系统。其层次结构由上往下大致如下:
层次 |
层级 |
功能 |
---|---|---|
0 (最上层) |
UBIFS |
ubifs 文件系统 |
1 UBI |
子系统 |
Nand 特性管理 |
2 |
MTD 子系统 |
封装Flash,向上提供统一接口 |
3 (最下层) |
Flash |
具体的Flash 驱动 |
我们把MTD 分区称为物理分区,把UBI 卷(分区) 成为逻辑分区,因为
• MTD 分区是按Flash 的物理地址区间划分分区
• UBI 卷(分区) 是动态映射的区间
全志的UBI 方案中,创建了这些MTD 物理分区:
分区名 |
大小 |
作用 |
---|---|---|
boot0 |
4/8 个物理块 |
存放boot0 |
uboot |
4/20M |
存放uboot |
secure storage |
8 个物理块 |
存放关键数据 |
pstore |
512K |
奔溃日志转存 |
sys |
剩余空间 |
提供给ubi 子系统划分逻辑分区 |
驱动会在sys 的MTD 物理分区上根据sys_partition.fex构建UBI 逻辑分区(卷)。
UBI 设备向上呈现为字符设备,无法直接使用诸如ext4 这样基于块设备的文件系统。但UBI 子系统支持模拟只读的块设备,即把UBI 逻辑卷模拟成只读的块设备。基于此,可以做到根文件系统依然使用squashfs 这样的块文件系统。
社区为UBI 设备专门设计了ubifs 文件系统。经过验证,其配合UBI 子系统可保证数据掉电安全以及提供通用文件系统所有功能,甚至还提供文件系统压缩功能。
除此之外,UBI 设备更新(OTA 更新)也不能直接裸写设备,需要通过ubiupdateval 命令更新。
技巧:详细的OTA 方法,请参见OTA 相关文档。
5.3 ubi 相关工具
5.3.1 ubinfo
输出指定ubi 设备信息。
例子:
ubinfo /dev/by-name/rootfs #查看rootfs卷的信息
ubinfo -a #查看所有卷的信息
可参考总容量说明
5.3.2 ubiupdatevol
更新指定卷上的数据。
例子:
ubiupdatevol -t /dev/by-name/boot #清除boot卷的数据
ubiupdatevol /dev/by-name/boot /tmp/boot.img #将/tmp/boot.img写到boot卷,卷上原有数据会完全丢失
可参考总容量说明
可参考模拟块设备
5.3.3 ubiblock
基于一个ubi 卷,生成模拟的只读块设备
例子:
ubiblock -c /dev/by-name/test #将test卷生成一个块设备节点
可参考模拟块设备
5.3.4 其他
在tina 方案上,烧录固件时已经完成mtd 和ubi 卷的创建,启动时自动attach 并挂载对应的分区,无需再自行处理。因此以下命令一般不会用到。
ubiformat: 将裸mtd 格式化成ubi
ubiattach: 将mtd 关联到ubi
ubidetach: 将ubi 与mtd 解除关联ubimkvol: 创建ubi 卷
ubirmvol: 移除ubi 卷
6 rootfs_data 及UDISK
6.1 overlayfs 简介
Tina 默认根文件系统格式使用squashfs 格式,这是一种只读压缩的文件系统。很多应用则需要文件系统可写,特别是/etc 等存放较多配置文件的目录,为了满足可写的需求,Tina 默认使用overlayfs 技术。overlayfs 是一种堆叠文件系统,可以将底层文件系统和顶层文件系统的目录进行合并呈现。
6.2 使用rootfs_data 作为overlayfs
Tina 常用的方式是专门划分一个rootfs_data 分区, 先格式化成可写的文件系统(如ext4/ubifs), 再进一步挂载为overyfs, 成为新的根, 让上层应用认为rootfs 是可写的。
rootfs_data 分区的大小就决定了应用能修改多少文件。具体原理和细节请参考网上公开资料,此处仅举简单例子辅助理解。
- 底层(即rootfs 分区的文件系统)不存在文件A,应用创建A,则A 只存在于上层(即
rootfs_data 分区)。 - 底层存在文件B,应用删除B,则B 仍然存在于底层,但上层会创建一个特殊文件屏蔽掉,导
致对应用来说B 就看不到了,起到删除的效果。 - 底层存在文件C,上层修改C,则C 会先被整个拷贝到上层,C 本身多大就需占用多大的上
层空间,在这个基础上应用对上层的C 进行修改。
基于以上理解,可按需配置rootfs_data 的大小。一般开发期间会配置得较大,量产时可减小
(考虑实际只会修改少量配置文件)甚至去除(需要确认所有应用均不依赖rootfs 可写)。
6.3 使用UDISK 作为overlayfs
如果希望overlayfs 的空间尽可能较大,也可考虑直接使用UDISK 分区作为上层文件系统空间。
可将target/allwinner/xxx/base-files/etc/config/fstab 中的rootfs_data 分区及UDISK 分区的挂载配置disable 掉。
config 'mount'
option target '/overlay'
option device '/dev/by-name/rootfs_data'
option options 'rw,sync,noatime'
option enabled '0' #此行改成0
config 'mount'
option target '/mnt/UDISK'
option device '/dev/by-name/UDISK'
option options 'rw,async,noatime'
option enabled '0'
再新增一个配置,将UDISK 直接挂载到/overlay 目录。
config 'mount'
option target '/overlay'
option device '/dev/by-name/UDISK'
option options 'rw,sync,noatime'
option enabled '1'
6.4 如何清空rootfs_data 和UDISK
出于恢复出厂设置或其他需要,有时需要清空rootfs_data 和UDISK。
一般不建议在文件系统仍处于挂载状态时直接操作对应的底层分区,因此建议需要清空时,不要直接操作对应块设备,而是先设置标志并重启,再在挂载对应分区前的启动脚本中检测到对应标志后,对分区进行重新格式化。
当前79_format_partition 中实现了一个clean_parts 功能, 会检测env 分区中的parts_clean 变量并清空对应分区的头部。清空后,rootfs_data 和UDISK 分区会自动重新触发格式化。
# to clean rootfs_data and UDISK, please run
fw_setenv parts_clean rootfs_data:UDISK
reboot
具体实现请查看
package/base-files/files/lib/preinit/79_format_partition
7 关键数据保护
设备上保存的一些关键的数据,例如mac,SN 号等,一般要求在重新刷机时不丢失。以下介绍刷机数据不丢失的解决方案。
7.1 逻辑分区保护方案
7.1.1 分区设置
此处的逻辑分区,是指在分区表(sys_partition.fex/sys_partition_nor.fex) 中定义的分区。名字为private 的分区会特殊处理,默认刷机数据不丢失。
其他名字的分区,如果指定keydata=0x8000 属性,则刷机数据不丢失。对于private 分区或设置了keydata=0x8000 属性的分区,请勿设置downloadfile。
7.1.2 实现原理
对private 分区(配置了keydata=0x8000 属性同理) 保护的方式是,擦除之前先申请一片内存,然后根据flash 中的旧分区表,读出private 分区内容。
接着进行擦除,然后再按照新的分区表,将private 分区内容写回flash 上新分区所在位置。
7.1.3 常见用法
- 使用全志的DragonSN 工具,选择私有key 模式,将key 写入private 分区。写入后private分区默认会是一个vfat 文件系统,启动后挂载/dev/by-name/private,即可读出key。DragonSN 的具体用法请参考工具自带文档。
- 不使用DragonSN 工具, 由应用自行负责写入数据和读出数据, 直接在用户空间操作/dev/by-name/private 节点即可。量产时可自行开发PC 端工具,通过adb 命令来完成key 的写入。
7.1.4 ubi 方案特殊说明
7.1.4.1 模拟块设备
对于nand nftl 方案,emmc 方案,nor 方案,逻辑分区是对应到一个块设备,即对于private分区,可以直接读写/dev/by-name/private 节点,也可以借助DragonSN 工具制作成一个vfat文件系统,再挂载使用,挂载后文件系统是可读写的。
但对于nand ubi 方案,逻辑分区是对应到ubi 卷,由于ubi 的特性,无法再直接写数据到/dev/by-name/private 节点,需要通过ubiupdatevol 工具来更新卷,或者自行在应用中按照ubi 卷更新步骤操作。
当基于ubi 卷构建vfat 文件系统时,需要先基于ubi 卷模拟块设备,且挂载上的vfat 文件系统是只读的。操作示例如下。
#查看private分区对应的ubi节点
root@TinaLinux:/# ll /dev/by-name/private
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Jan 1 00:00 /dev/by-name/private -> /dev/
ubi0_4
#创建模拟的块设备
root@TinaLinux:/# ubiblock -c /dev/ubi0_4
block ubiblock0_4: created from ubi0:4(private)
#挂载
root@TinaLinux:/# mkdir /tmp/private
root@TinaLinux:/# mount -t vfat /dev/ubiblock0_4 /tmp/private/
#可以读取内容
root@TinaLinux:/# ls /tmp/private/
ULI magic.bin
#查看挂载情况,为ro
root@TinaLinux:/# mount | grep private
/dev/ubiblock0_4 on /tmp/private type vfat (ro,relatime,fmask=0022,dmask=0022,codepage=437,
iocharset=iso8859-1,shortname=mixed,errors=remount-ro)
7.1.4.2 在设备端制作vfat 镜像
由于ubifs 需占用17 个LEB,比较占空间,对于只在工厂一次性写入信息,后续只读的场景,一种可考虑的方案是使用vfat 文件系统。
首先选上kernel 的loopback 支持:
make kernel_menuconfig 选上Device Drivers --> [*] Block Devices --> <*>Loopback device
support
分区表中建立分区,假设为test 分区随后可以在小机端准备一个vfat 镜像:
dd if=/dev/zero of=/mnt/UDISK/test.img bs=1M count=1
mkfs.vfat /mnt/UDISK/test.img
mkdir -p /tmp/test
mount /mnt/UDISK/test.img /tmp/test
此时可向/tmp/test 写入文件
umount /tmp/test
将镜像写入卷中:
ubiupdatevol /dev/by-name/test /mnt/UDISK/test
后续按上文介绍的方法,使用模拟块设备挂载,注意使用模拟块设备挂载后就是只读的了。
7.1.5 可能造成数据丢失的情况
出现以下情况,会导致private 分区数据丢失。
- 配置了强制擦除,例如sys_config.fex 中配置了eraseflag = 0x11。
- 无法读取flash 上的分区表或private 分区。这个可能的原因包括flash 上的数据被破坏了
等。 - 新的分区表不包含private 分区。
- 在烧录过程中掉电。如上所述,烧录时是读出-> 擦除-> 写回,在擦除之后,写回之前掉电,则数据丢失。
检测到private 分区,开始执行保护private 分区的代码,但执行过程中出错,如malloc 失败,private 无法读取等,则会导致烧录失败。出现malloc 失败问题一般是因为板子上烧录了Android固件。因为安卓的private 分区比较大,而tina 的uboot 分配给malloc 的空间比较小。
这个时候,需要打包一份不保护private 分区的tina 固件先进行一次烧录,即可解决问题。具体的:将sys_config.fex 的eraseflag 改为0x11,强制擦除。或者临时移除sys_partition.fex中的private 分区。
7.2 物理区域保护方案
另一种保护数据不丢失的思路是,在flash 上划定一块物理区域,烧录时默认不擦除。在Tina 上实现的secure storage 区域即具有这种特性。secure storage 区域用于保存key,可代替private 分区,理论上更为安全(被烧录时误擦除和被别的应用误写的可能性较低)。
7.2.1 nand nftl 方案实现
nand nftl 方案中,预留了一块物理区域,用于secure storage。这块区域不是逻辑分区,用户空间不可见。烧录时不会擦除这块区域。在用户空间读写secure storage 需要使用ioctl,由内核nand 驱动来协助完成。
7.2.2 nand ubi 方案实现
nand ubi 方案中,预留了一块物理区域,用于secure storage,对上表现为一个mtd 分区。用户空间可见。烧录时不会擦除这块区域。在用户空间读写secure storage 需要使用ioctl,由内核来协助完成。理论上也可以直接读写mtd 设备节点,但不推荐,使用这种方式应用需要自行处理坏块等问题。
7.2.3 emmc 方案实现
预留了一块物理区域,默认是偏移6M-6.25M 的区域,作为secure storage。在用户空间读写,可以直接通过mmcblk0 节点读写指定偏移。
7.2.4 nor 方案实现
暂未实现。
7.2.5 常见用法
- 使用全志的DragonSN 工具,选择安全key 模式,将key 写入secure storage 区域。启动后在用户空间调用库读出key。DragonSN 的具体用法请参考工具自带文档。
- 不使用DragonSN 工具,由应用自行在用户空间调用库写入数据和读出数据。量产时可自行开发PC 端工具,通过adb 命令来完成key 的写入。
7.2.6 secure storage 格式
secure storage 有预设的格式,简单总结如下
• secure storage 总大小为256KB,因为有备份,所以实际能用128KB。
• 128KB 分为32 个item, 即每个item 是4KB。
• item0 用作secure_sotrage_map,所以用户能用的实际为31 个item。
• 每个item 内部为键值对的格式,包含CRC 校验,其中用户可存储的key 长度最多为3KB。
• secure_storage_map 中是以“name:length” 的格式保存所有item 的信息,所以所有item的“name:length” 字符串长度总和不能超过secure_storage_map 中data 的长度。一般而言,31 个3KB 的key 可以满足需求,如果无法满足,例如需要更多数量的key,则一种解决方式是上层应用自行将多个key 拼接起来,只要总大小不超过3KB 即可当成一个key 写入
secure storage。读出时应用自行反向解析出目标key 即可。
7.2.7 在uboot 中读写
基于以上介绍的格式,uboot 中封装了pst 命令。
pst - read data from secure storageerase flag in secure storage
Usage:
pst pst read|erase [name]
pst read, then dump all data
pst read name, then dump the dedicate data
pst write name, string, write the name = string
pst erase, then erase all secure storage data
pst erase key_burned_flag, then erase the dedicate data
7.2.8 在用户空间读写
Tina 提供了读写库。
make menuconfig 选中 Allwinner --> <*> libsec_key --> [*] Enable secure storage key support
如果选上demo,则会编译出demo 程序sec_key_test。
root@TinaLinux:/# sec_key_test -h
-w : write key to sst and private
-r : read key from sst or private
-t 0: write some key to secure storage
-t 1: repetitve read + verify some key from secure storage
-t 2: repetitve write + verify some key from secure storage
-t 3: verify some key from secure storage
-t 4: write some key to private
-t 5: repetitve read + verify some key from private
-t 6: repetitve write + verify some key from private
-t 7: verify some key from private
-l : list
-d : printf hex
-h : help
更详细的使用方式请参考:
tina/package/allwinner/libkey/readme.txt
7.3 secure storage 区域与private 分区比较
刷机不丢失的特性:
• private 分区每次刷机,是先读出到dram,擦除flash,再写入flash。刷机中途掉电可能丢失
• secure storage 则是刷机过程完全不会擦除。理论上secure storage 的数据更安全。
用户空间误操作的可能:
• private 分区可以用常规分区更新命令清除掉。
• secure storage 需要通过ioctl 专用接口访问。
数据格式:
• private 分区可以裸分区读写,也可以格式化成文件系统。
• secure storage 已限制为键值对,key 的长度也有限制。
存放位置:
• private 分区大小由分区表配置,是一个可见的普通分区。
• secure storage 是flash 上的保留区域,大小固定,分区表中不可见。
• private 分区没有备份,请避免写入时掉电。或者自行在private 分区中构建备份。
• secure storage 默认是双备份。
在uboot 访问:
• private 分区,uboot 通过通用的读写flash 接口或文件系统接口访问,取决于数据格式。
• sectre storage 区域,有固定格式,通过uboot 提供的secure storage 专用接口访问。
校验:
• private 分区如果是裸数据,是否校验由应用自行处理。如果是文件系统,则由文件系统特性决定。
• secure storage 格式中带了crc 校验。
文章来源于互联网:Tina Linux 存储开发指南
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