UBI（Unsorted Block Images）是 Linux 中为原始 NAND Flash 设计的一种 逻辑卷管理层，其核心作用是：在 NAND 闪存设备上提供 坏块管理、擦写均衡（wear leveling）和逻辑到物理地址映射等机制，为上层文件系统（如 UBIFS）提供可靠、抽象的存储支持。

---

一、UBI 处于哪一层？

以 NAND Flash 的访问层级来看：

+---------------------------+
| 文件系统（UBIFS）         |
+---------------------------+
|       UBI 层              |
+---------------------------+
| MTD（Memory Technology Device）层 |
+---------------------------+
| 物理 NAND Flash 芯片       |
+---------------------------+

---

二、为什么需要 UBI？

NAND Flash 与普通块设备（如硬盘）相比，存在以下挑战：

问题	描述
❌ 坏块	出厂就可能存在坏块，使用过程中还会增加
❌ 最小擦除单位为 Block（128K、256K等）	而写入单位是 Page（2K、4K）
❌ 写入次数有限	每个块典型的擦写寿命是 10,000～100,000 次
❌ 不支持重写	只能擦除再写，不能覆盖写
❌ 写入延迟变化	擦除、写入时间比读取慢得多

因此，需要一个中间层（UBI）来：

• 管理 坏块
• 实现 擦写均衡（wear-leveling）
• 提供 逻辑卷 支持
• 抽象底层 NAND 差异，简化文件系统设计

---

三、UBI 的核心概念

概念	说明
PEB（Physical Erase Block）	物理擦除块，对应 NAND Flash 的最小擦除单位
LEB（Logical Erase Block）	逻辑擦除块，由 UBI 映射到某个 PEB
Volume（卷）	一个独立的存储逻辑空间，可以挂载文件系统（如 UBIFS）或原始数据
UBI Header	每个 PEB 块都有头部，用于校验与定位
VID Header	存放块的卷号、LEB 编号、版本号等信息
EC Header	擦写计数（Erase Counter），用于 wear-leveling

---

四、UBI 与 UBIFS 的关系

• UBI 提供逻辑卷管理
• UBIFS（UBI File System）运行在 UBI 之上

UBIFS 支持特性包括：

• 动态大小卷支持（类似 LVM）
• 写放大（write amplification）优化
• 断电保护（使用日志机制）
• 高压缩比（zlib/lzo）

---

五、UBI 的常用命令工具

命令	说明
ubiformat /dev/mtdX	格式化一个 MTD 分区为 UBI 结构（会擦除）
ubiattach /dev/ubi_ctrl -m X	把某个 mtdX 附加为 UBI 卷
ubimkvol /dev/ubi0 -N volname -s size	创建逻辑卷
ubiupdatevol /dev/ubi0_X file.img	更新某个卷的内容
ubinfo	查看当前 UBI 卷信息
mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi	挂载 UBI 卷（如果是 UBIFS）

---

六、举个例子

假设有一个 NAND 分区 /dev/mtd4，你想把它作为 rootfs：

# 1. 格式化为 UBI
ubiformat /dev/mtd4# 2. 附加到 UBI
ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4# 3. 创建逻辑卷（名字为 rootfs，大小 auto）
ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 120MiB# 4. 写入文件系统镜像
ubiupdatevol /dev/ubi0_0 rootfs.img# 5. 挂载到系统
mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubi

---

七、UBI 的使用场景

• 嵌入式设备（OpenWRT、Android、Yocto）中的 rootfs
• 工业级存储管理（高可靠性、高寿命）
• 自定义启动分区 / 数据分区管理

---

八、总结

特性	UBI 作用
坏块管理	自动跳过坏块、记录可靠块
擦写均衡	记录擦除计数、平均分配写入
逻辑映射	提供 LEB → PEB 映射表
卷管理	支持多个逻辑卷（rootfs、data 等）
支持文件系统	通常配合 UBIFS 一起使用