對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種系統文件備份方法，尤其涉及對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法。
【背景技術】
[0002]目前Iinux操作系統由于源碼開放及技術成熟，從而大量使用在儀器儀表的軟件設計中。而Iinux的文件系統也由最初的jiffs2、yaffs2等系統發展到目前的UBIFS文件系統。UBIFS是Nokia工程師在the university of Szeged大學幫助下開發的新的flashfile system。被認為是JFFS2文件系統的下一代。JFFS2運行在MTD設備之上，而UBIFS則只能工作于UBI volume之上。也可以說，UBIFS涉及了三個子系統:
[0003]1.MTD子系統，提供對flash芯片的訪問接口，MTD子系統提供了 MTD device的概念，比如/dev/mtdx，MTD可以認為是raw flash ；
[0004]2.UBI subsystem，為flash device提供了 wear-leveling和 volume management功能；UBI工作在MTD設備之上，提供了 UBI volume ；UBI是MTD設備的高層次表示，對上層屏蔽了一些MTD不得不處理的問題，比如wearing以及壞塊管理
[0005]3.UBIFS文件系統，工作于UBI之上。
[0006]UBIFS文件系統屬于日誌型文件系統，無論速度、性能還是對NAND FLASH的損益均衡都相對于jiffs2和yafTs2有了很大的改變。但UBIFS文件系統需要經常記錄日誌，因而在MTD分區時，給UBIFS部分的硬件分區不能配置為只讀，必須配置為可讀可寫。這樣在設備突然停電而系統又正在進行日誌記錄時，往往由于沒有操作完而中斷，會造成文件系統的損壞，從而造成再次來電系統不能正常工作。
[0007]目前常規linux+UBIFS文件系統的MTD分區是這樣的:將MTD分為3個區，其中第一區存放Uboot及kener，該區只讀，長度8M，第二區存放UBIFS文件系統，長度16M，第三區存放應用程序及數據，第2區和第3區是可讀/寫的。
[0008]系統啟動時，先啟動UB00T，通過UB00T拉起kener、文件系統ubifs，在ubifs的shell文件啟動應用程序。這里第I區是只讀區，其中的文件不會損壞，因而UB00T及kener不會出問題，但UBIFS分區是可讀可寫區，該區間是允許寫操作的，這樣設備在運行中突然停電而系統又正在寫UBIFS分區的話，會造成沒有寫完而損壞文件系統，再次上電系統無法工作。
[0009]為了避免突然停電，目前常規做法是采用可充電的備用電池，在交流電源停電后，利用備用電池，維持系統工作，應用程序檢測到停電，通過Iinux的復位命令reboot關機，系統在接收到reboot命令，關閉所有操作后復位。使用了備用電池，在一定程度上減少了系統崩潰的風險，但備用電池畢竟有壽命的限制，在電池失效而又沒有及時更換的時候，文件崩潰的風險就會隨時發生。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，主要針對電表等設備中的UBIFS文件系統進行備份，減少由于斷電導致數據設置問題，同時也不需要額外的備用電池，在減少了設備成本的前提下對于設備的保護更為完善。
[0011]為了實現所述目的，對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，用于非易失存儲器上，包括以下步驟:
[0012]步驟1，將MTD分為3個區；其中第一區設置空間為24M，第二區設置空間為16M，剩余空間全部留給第三區；
[0013]步驟2，將第一區設置兩個功能區塊，其中一塊為uboot及kener存放區，該區只讀，長度8M ;另一個功能區塊為備份區，備份區16M空間用來存放UBIFS文件系統，作為備份；
[0014]步驟3，第二區內存放和第一區中備份區相同的UBIFS文件系統，該區為可讀寫區；
[0015]步驟4，在第三區內存放應用程序及數據，該區為可讀寫區；
[0016]步驟5，每次系統啟動時記錄第二區內存中UBIFS文件系統的uboot特征碼；
[0017]步驟6，進行程序更新時應用程序修改第二區中UBIFS文件系統數據；在下一次系統啟動時，uboot程序通過特征碼對比判斷該區域內容是否已經修改，如果檢測到現在的特征碼和記錄中應用程序uboot的特征碼不一致，則說明上次系統是正常啟動，無需啟動備份；如果特征碼沒有變化，判斷該區間仍是uboot所寫數據，說明上次系統啟動后，沒有進入應用程序，通過看門狗對系統再次重啟，此次重啟后將第一區中備份區的備份文件覆蓋第二區文件，覆蓋完畢后重新進行程序更新。
[0018]優選的，所述特征碼選用4個字節。過長的特征碼會影響判斷時間，太短的特征碼會導致誤判率。
[0019]優選的，所述非易失存儲器連接計時模塊，整個系統第二次重啟距離第一次重啟不得小于I分鐘，以后每次重啟間隔不得小于半分鐘，在3分鐘內出現4次重啟則停止作業發出報警信號。由于要確保非易失存儲器的使用壽命，在工作環境不供能不穩定的情況下如果在短時間內出現大量重啟，則停止作業，發出警報由人工確認下次嘗試。
[0020]優選的，所述非易失存儲器為鐵電存儲器FRAM。這樣的非易失存儲器性能較好。
[0021]通過這樣的設置，本發明對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法可以解決這個問題。本發明通過開辟一塊只讀MTD分區，用來備份UBIFS文件系統，UBOOT在檢測到文件系統損壞后，用備份區文件系統覆蓋工作區文件系統，從而達到修復文件系統的目的。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法的具體實施例工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了實現備份文件系統覆蓋工作區UBIFS文件，需要更改uboot程序和應用程序。核心思想是在uboot程序中對非易失存儲器的某區域讀取一個固定數據，而在系統正常工作后，由應用程序修改uboot在該單元所寫的數據。這樣系統再次啟動時，uboot程序判斷該特征碼是否為Uboot所寫數據，如果檢測到的數據已經和前一次記載的發生改變了，則說明上次系統是正常啟動，無需啟動備份；如果判斷該區間仍是Uboot所寫數據，說明上次系統啟動后，沒有進入應用程序此時應用程序的守護進程會清“看門狗”，由“看門狗”動作造成系統再次重啟，于是啟動備份文件覆蓋工作區文件，覆蓋完畢后只是恢復到初始狀況，還需要重新進行一次。
[0024]如圖1所示，以uboot所寫數據為(0x55)為例；當程序異常重啟后，系統自行對比特征碼發現
[0025]覆蓋文件系統的執行過程:
[0026]1、擦除UBIFS工作區，長度:16M，首地址0x1800000
[0027]nand erase 1800000 1000000
[0028]2、讀取備份工作區內容到內存的0x20040000，備份文件首地址0x800000
[0029]nand read 20040000 800000 1000000
[0030]3、將讀出的備份文件內容寫到工作區:
[0031]nand write, trimffs 20040000 1800000 1000000
[0032]備份恢復完畢后系統正常工作，由應用程序將FRAM的指定單元寫為OxAA。這樣當下次重啟時檢測到OxAA已經和上次記載的0x55產生變化，說明覆蓋成功。這樣將心的OxAA記錄為當前特征碼，等待下一次的程序寫入。
[0033]對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，從采用linux+UBIFS的儀器儀表設備中隨機選取了 10臺樣板進行試驗，并且把所有樣本的備用電池統一去掉。首先采用常規方法，即不對樣品做任何處理，由外部設備對每臺樣本進行每I分鐘I次的停上電操作，結果在實驗24小時后就出現了 I臺設備因為文件系統損壞而不能啟動。而后按照本發明方法對該批設備做了改進，采用同樣的實驗環境，同樣的實驗方法，并把實驗時間延長到72小時后觀察，發現所有的樣本仍可以正常啟動工作，很明顯，通過本發明，大大提高了系統的容錯能力及可靠性。
【主權項】
1.對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，其特征在于:用于非易失存儲器上，包括以下步驟: 步驟1，將MTD分為3個區；其中第一區設置空間為24M，第二區設置空間為16M，剩余空間全部留給第三區； 步驟2，將第一區設置兩個功能區塊，其中一塊為uboot及kener存放區，該區只讀，長度8M ;另一個功能區塊為備份區，備份區16M空間用來存放UBIFS文件系統，作為備份；步驟3，第二區內存放和第一區中備份區相同的UBIFS文件系統，該區為可讀寫區；步驟4，在第三區內存放應用程序及數據，該區為可讀寫區； 步驟5，每次系統啟動時記錄第二區內存中UBIFS文件系統的uboot特征碼； 步驟6，進行程序更新時應用程序修改第二區中UBIFS文件系統數據；在下一次系統啟動時，uboot程序通過特征碼對比判斷該區域內容是否已經修改，如果檢測到現在的特征碼和記錄中應用程序uboot的特征碼不一致，則說明上次系統是正常啟動，無需啟動備份；如果特征碼沒有變化，判斷該區間仍是uboot所寫數據，說明上次系統啟動后，沒有進入應用程序，通過看門狗對系統再次重啟，此次重啟后將第一區中備份區的備份文件覆蓋第二區文件，覆蓋完畢后重新進行程序更新。2.根據權利要求1所述對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，其特征在于，所述特征碼選用4個字節。3.根據權利要求1所述對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，其特征在于，所述非易失存儲器連接計時模塊，整個系統第二次重啟距離第一次重啟不得小于I分鐘，以后每次重啟間隔不得小于半分鐘，在3分鐘內出現4次重啟則停止作業發出報警信號。4.根據權利要求1所述對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，其特征在于，所述非易失存儲器為鐵電存儲器FRAM。
【專利摘要】本發明的目的在于提供對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，減少由于斷電導致數據設置問題。為了實現所述目的，對嵌入式Linux操作系統中的UBIFS文件系統備份方法，用于非易失存儲器上，包括以下步驟：步驟1，將MTD分區；步驟2，將第一區設置兩個功能區塊；步驟3，第二區內存放和第一區中備份區相同的UBIFS文件系統；步驟4，在第三區內存放應用程序及數據；步驟5，每次系統啟動時記錄第二區內存中UBIFS文件系統的uboot特征碼；步驟6，進行程序更新時應用程序修改第二區中UBIFS文件系統數據。通過這樣的設置，本發明通過開辟一塊只讀MTD分區，用來備份UBIFS文件系統，從而達到修復文件系統的目的。
【IPC分類】G06F11/14
【公開號】CN105138433
【申請號】CN201510641909
【發明人】馬小輝, 趙強, 郭巨鋒
【申請人】華立儀表集團股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月30日