UBI（Unsorted Block Images）是 Linux 中為原始 NAND Flash 設計的一種 邏輯卷管理層，其核心作用是：在 NAND 閃存設備上提供 壞塊管理、擦寫均衡（wear leveling）和邏輯到物理地址映射等機制，為上層文件系統（如 UBIFS）提供可靠、抽象的存儲支持。

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一、UBI 處于哪一層？

以 NAND Flash 的訪問層級來看：

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| 文件系統（UBIFS）         |
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|       UBI 層              |
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| MTD（Memory Technology Device）層 |
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| 物理 NAND Flash 芯片       |
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二、為什么需要 UBI？

NAND Flash 與普通塊設備（如硬盤）相比，存在以下挑戰：

問題	描述
? 壞塊	出廠就可能存在壞塊，使用過程中還會增加
? 最小擦除單位為 Block（128K、256K等）	而寫入單位是 Page（2K、4K）
? 寫入次數有限	每個塊典型的擦寫壽命是 10,000～100,000 次
? 不支持重寫	只能擦除再寫，不能覆蓋寫
? 寫入延遲變化	擦除、寫入時間比讀取慢得多

因此，需要一個中間層（UBI）來：

• 管理 壞塊
• 實現 擦寫均衡（wear-leveling）
• 提供 邏輯卷 支持
• 抽象底層 NAND 差異，簡化文件系統設計

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三、UBI 的核心概念

概念	說明
PEB（Physical Erase Block）	物理擦除塊，對應 NAND Flash 的最小擦除單位
LEB（Logical Erase Block）	邏輯擦除塊，由 UBI 映射到某個 PEB
Volume（卷）	一個獨立的存儲邏輯空間，可以掛載文件系統（如 UBIFS）或原始數據
UBI Header	每個 PEB 塊都有頭部，用于校驗與定位
VID Header	存放塊的卷號、LEB 編號、版本號等信息
EC Header	擦寫計數（Erase Counter），用于 wear-leveling

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四、UBI 與 UBIFS 的關系

• UBI 提供邏輯卷管理
• UBIFS（UBI File System）運行在 UBI 之上

UBIFS 支持特性包括：

• 動態大小卷支持（類似 LVM）
• 寫放大（write amplification）優化
• 斷電保護（使用日志機制）
• 高壓縮比（zlib/lzo）

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五、UBI 的常用命令工具

命令	說明
ubiformat /dev/mtdX	格式化一個 MTD 分區為 UBI 結構（會擦除）
ubiattach /dev/ubi_ctrl -m X	把某個 mtdX 附加為 UBI 卷
ubimkvol /dev/ubi0 -N volname -s size	創建邏輯卷
ubiupdatevol /dev/ubi0_X file.img	更新某個卷的內容
ubinfo	查看當前 UBI 卷信息
mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi	掛載 UBI 卷（如果是 UBIFS）

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六、舉個例子

假設有一個 NAND 分區 /dev/mtd4，你想把它作為 rootfs：

# 1. 格式化為 UBI
ubiformat /dev/mtd4# 2. 附加到 UBI
ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4# 3. 創建邏輯卷（名字為 rootfs，大小 auto）
ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 120MiB# 4. 寫入文件系統鏡像
ubiupdatevol /dev/ubi0_0 rootfs.img# 5. 掛載到系統
mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi

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七、UBI 的使用場景

• 嵌入式設備（OpenWRT、Android、Yocto）中的 rootfs
• 工業級存儲管理（高可靠性、高壽命）
• 自定義啟動分區 / 數據分區管理

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八、總結

特性	UBI 作用
壞塊管理	自動跳過壞塊、記錄可靠塊
擦寫均衡	記錄擦除計數、平均分配寫入
邏輯映射	提供 LEB → PEB 映射表
卷管理	支持多個邏輯卷（rootfs、data 等）
支持文件系統	通常配合 UBIFS 一起使用