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2011-09-06 19:00:26

原文地址:基于MTD的NAND驱动开发(三) 作者:caorr

五、NAND驱动中的probe函数
 
对于很多嵌入式Linux的外设driver来说,probe函数将是我们遇到的第一个与具体硬件打交道,同时也相对复杂的函数。而且根据我的经验,对于很多外设的driver来说,只要能成功实现probe函数,那基本上完成这个外设的driver也就成功了一多半,基于MTDNAND driver就是一个典型的例子。稍后就可以看到,在NAND driverprobe函数中,就已经涉及到了对NAND芯片的读写。
 
在基于MTDNAND driverprobe函数中,主要可以分为两部分内容,其一是与很多外设driver类似的一些工作,如申请地址,中断,DMA等资源,kzalloc及初始化一些结构体,分配DMA用的内存等等;其二就是与MTD相关的一
 
些特定的工作,在这里我们将只描述第二部分内容。
 
1probe函数中与MTD相关的结构体
 
probe函数中,我们需要为三个与MTD相关的结构体分配内存以及初始化,它们是struct mtd_infostruct mtd_partitionstruct nand_chip。其中前两者已经在前面做过说明,在此略过,这里只对struct nand_chip做一些介绍。
 
struct nand_chip是一个与NAND芯片密切相关的结构体,主要包含三方面内容:
 
A.  指向一些操作NAND芯片的函数的指针,稍后将对这些函数指针作一些说明;
 
B.  表示NAND芯片特性的成员变量,主要有:
 
unsigned int options:与具体的NAND芯片相关的一些选项,如NAND_NO_AUTOINCRNAND_BUSWIDTH_16等,至于这些选项具体表示什么含义,可以参考,那里有较为详细的说明;
 
int page_shift:用位表示的NAND芯片的page大小,如某片NAND芯片的一个page512 个字节,那么page_shift就是9
 
int phys_erase_shift:用位表示的NAND芯片的每次可擦除的大小,如某片NAND芯片每次可擦除16K字节(通常就是一个block的大小),那么phys_erase_shift就是14
 
int bbt_erase_shift:用位表示的bad block table的大小,通常一个bbt占用一个block,所以bbt_erase_shift通常与phys_erase_shift相等;
 
int   chip_shift:用位表示的NAND芯片的容量;
 
int   numchips:表示系统中有多少片NAND芯片;
 
unsigned long chipsizeNAND芯片的大小;
 
int   pagemask:计算page number时的掩码,总是等于chipsize/page大小 1
int   pagebuf:用来保存当前读取的NAND芯片的page number,这样一来,下次读取的数据若还是属于同一个page,就不必再从NAND芯片读取了,而是从data_buf中直接得到;
 
int   badblockpos:表示坏块信息保存在oob中的第几个字节。在每个block的第一个pageoob中,通常用12个字节来表示这是否为一个坏块。对于绝大多数的NAND芯片,若page size  > 512,那么坏块信息从Byte 0开始存储,否则就存储在Byte 5,即第六个字节。
 
C.  eccoobbbt (bad block table)相关的一些结构体,对于坏块及坏块管理,将在稍后做专门介绍。
 
2、对NAND芯片进行实际操作的函数
 
前面已经说过,MTD为我们提供了许多default的操作NAND的函数,这些函数与具体的硬件(NAND controller)相关,而现有的NAND controller都有各自的特性和配置方式,MTD当然不可能为所有的NAND controller都提供一套这样的函数,所以在MTD中定义的这些函数只适用于通用的NAND controller(使用PIO模式)
 
如果你的NAND controller在操作或者说读写NAND时有自己独特的方式,那就必须自己定义适用于你的NAND controller的函数。一般来说,这些与硬件相关的函数都在struct nand_chip结构体中定义,或者应该说是给此结构体中的函数指针赋值。为了更好的理解,我想有必要对struct nand_chip中几个重要的函数指针做一些说明。

struct nand_chip {
    void __iomem *IO_ADDR_R;
    void __iomem *IO_ADDR_W;

    uint8_t (*read_byte)(struct mtd_info *mtd);
    u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd);
    void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
    void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, int len);
    int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
    void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);
    int (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);
    int (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
    void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl);
    int (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);
    void (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr);
    int (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this);
    void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);
    int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);
    int (*errstat)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state, int status, int page);
    int (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf, int page, int cached, int raw);

    ……

    struct nand_ecc_ctrl ecc;

    ……
}

 
IO_ADDR_RIO_ADDR_W8NAND芯片的读写地址,如果你的NAND controller是用PIO模式与NAND芯片交互,那么只要把这两个值赋上合适的地址,就完全可以使用MTD提供的default的读写函数来操作NAND芯片了。所以这两个变量视具体的NAND controller而定,不一定用得着;
 
read_byteread_word:从NAND芯片读一个字节或一个字,通常MTD会在读取NAND芯片的IDSTATUSOOB中的坏块信息时调用这两个函数,具体是这样的流程,首先MTD调用cmdfunc函数,发起相应的命令,NAND芯片收到命令后就会做好准备,最后MTD就会调用read_byteread_word函数从NAND芯片中读取芯片的IDSTATUS或者OOB
 
read_bufwrite_bufverify_buf:分别是从NAND芯片读取数据到buffer,把buffer中的数据写入到NAND芯片,和从NAND芯片中读取数据并验证。调用read_buf时的流程与read_byteread_word类似,MTD也是先调用cmdfunc函数发起读命令(NAND_CMD_READ0命令),接着NAND芯片收到命令后做好准备,最后MTD再调用read_buf函数把NAND芯片中的数据读取到buffer中。调用write_buf函数的流程与read_buf相似;
 
select_chip:因为系统中可能有不止一片NAND芯片,所以在对NAND芯片进行操作前,需要这个函数来指定一片NAND芯片;
 
cmdfunc:向NAND芯片发起命令;
 
waitfuncNAND芯片在接收到命令后,并不一定能立即响应NAND controller的下一步动作,对有些命令,比如eraseprogram等命令,NAND芯片需要一定的时间来完成,所以就需要这个waitfunc来等待NAND芯片完成命令,并再次进入准备好状态;
write_page:把一个page的数据写入NAND芯片,这个函数一般不需我们实现,因为它会调用struct nand_ecc_ctrl中的write_page_raw或者write_page函数,关于这两个函数将在稍后介绍。
 
以上提到的这些函数指针,都是REPLACEABLE的,也就是说都是可以被替换的,根据你的NAND controller,如果你需要自己实现相应的函数,那么只需要把你的函数赋值给这些函数指针就可以了,如果你没有赋值,那么MTD会把它自己定义的default的函数赋值给它们。
 
顺便提一下,以上所说的读写NAND芯片的流程并不是唯一的,如果你的NAND controller在读写NAND芯片时有自己独特的方式,那么完全可以按照自己的方式来做。就比如我们公司芯片的NAND controller,因为它使用DMA的方式从NAND芯片中读写数据,所以在我的NAND driver中,读数据的流程是这样的:首先在cmdfunc函数中初始化DMA专用的buffer,配置NAND地址,发起命令等,在cmdfunc中我几乎做了所有需要与NAND芯片交互的事情,总之等cmdfunc函数返回后,NAND芯片中的数据就已经在DMA专用的buffer中了,之后MTD会再调用read_buf函数,所以我的read_buf函数其实只是把数据从DMA专用的buffer中,拷贝到MTD提供的buffer中罢了。
 
最后,struct nand_chip结构体中还包含了一个很重要的结构体,即struct struct nand_ecc_ctrl,该结构体中也定义了几个很重要的函数指针。它的定义如下:

struct nand_ecc_ctrl {

    ……

    void (*hwctl)(struct mtd_info *mtd, int mode);
    int (*calculate)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *dat, uint8_t *ecc_code);
    int (*correct)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *dat, uint8_t *read_ecc, uint8_t *calc_ecc);
    int (*read_page_raw)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, uint8_t *buf);
    void (*write_page_raw)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf);
    int (*read_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, uint8_t *buf);
    void (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf);
    int (*read_oob)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, int page, int sndcmd);
    int (*write_oob)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, int page);
};

 
hwctl:这个函数用来控制硬件产生ecc,其实它主要的工作就是控制NAND controllerNAND芯片发出NAND_ECC_READNAND_ECC_WRITENAND_ECC_READSYN等命令,与struct nand_chip结构体中的cmdfunc类似,只不过发起的命令是ECC相关的罢了;
 
calculate:根据data计算ecc值;
 
correct:根据ecc值,判断读写数据时是否有错误发生,若有错,则立即试着纠正,纠正失败则返回错误;
 
read_page_rawwrite_page_raw:从NAND芯片中读取一个page的原始数据和向NAND芯片写入一个page的原始数据,所谓的原始数据,即不对读写的数据做ecc处理,该读写什么值就读写什么值。另外,这两个函数会读写整个page中的所有内容,即不但会读写一个pageMAIN部分,还会读写OOB部分。
 
read_pagewrite_page:与read_page_rawwrite_page_raw类似,但不同的是,read_pagewrite_page在读写过程中会加入ecc的计算,校验,和纠正等处理。
read_oobwrite_oob:读写oob中的内容,不包括MAIN部分。
 
其实,以上提到的这几个read_xxxwrite_xxx函数,最终都会调用struct nand_chip中的read_bufwrite_buf这两个函数,所以如果没有特殊需求的话,我认为不必自己实现,使用MTD提供的default的函数即可。
 
为进一步理解各函数之间的调用关系,这里提供一张从网上找到的write NAND芯片的流程图,仅供参考:
 
 
 
3probe函数的工作流程
 
由前面的说明可知,我们在要对NAND芯片进行实际操作前已经为struct mtd_infostruct mtd_partitionstruct nand_chip这三个结构体分配好了内存,接下来就要为它们做一些初始化工作。
 
其中,我们需要为struct mtd_info所做的初始化工作并不多,因为MTD Core会在稍后为它做很多初始化工作,但是有一点必须由我们来做,那就是把指向struct nand_chip结构体的指针赋给struct mtd_infopriv成员变量,因为MTD Core中很多函数之间的调用都只传递struct mtd_info,它需要通过priv成员变量得到struct nand_chip
 
对于struct mtd_partition的赋值,前面已经做过介绍,这里不再赘述。
 
所以,为struct nand_chip的初始化,才是我们在probe函数中的主要工作。其实这里所谓的初始化,主要就是为struct nand_chip结构体中的众多函数指针赋值。
 
前面已经为struct nand_chip结构体中的函数指针做过说明,想必你已经知道这些函数指针所指向的函数具体实现什么样的功能,负责做什么事情。那么如何让这些函数实现既定的功能呢?这就与具体的NAND controller有关了,实在没办法多说。根据你的NAND controller,也许你需要做很多工作,为struct nand_chip中的每一个函数指针实现特定的函数,也或许你只需要为IO_ADDR_RIO_ADDR_W赋上地址,其它则什么都不做,利用MTD提供的函数即可。
 
现在假定你定义好了所有需要的与NAND芯片交互的函数,并已经把它们赋给了struct nand_chip结构体中的函数指针。当然,此时你还不能保证这些函数一定能正确工作,但是没有关系,probe函数在接下来的工作中会调用到几乎所有的这些函数,你可以依次来验证和调试。当你的probe函数能顺利通过后,那么这些函数也就基本没什么问题了,你的NAND驱动也就已经完成了80%了。
 
接下来,probe函数就会开始与NAND芯片进行交互了,它要做的事情主要包括这几个方面:读取NAND芯片的ID,然后查表得到这片NAND芯片的如厂商,page sizeerase size以及chip size等信息,接着,根据struct nand_chipoptions的值的不同,或者在NAND芯片中的特定位置查找bad block table,或者scan整个NAND芯片,并在内存中建立bad block table。说起来复杂,但其实所有的这些动作,都可以在MTD提供的一个叫做nand_scan的函数中完成。
 
我虽然研读过nand_scan函数中的代码,但不会在这里做情景分析式的详细说明,若你对这部分代码的实现感兴趣,可以参考以下两篇文章:
 
关于nand_scan函数,在使用时我想有一个地方值得一提。
 
nand_scan函数主要有两个两个函数组成,即nand_scan_ident函数和nand_scan_tail函数。其中nand_scan_ident函数会读取NAND芯片的ID,而nand_scan_tail函数则会查找或者建立bbt (bad block table)
 
在一般情况下,我们可以直接调用nand_scan函数来完成所要做的工作,然而却并不总是如此,在有些情况下,我们必须分别调用nand_scan_ident函数和nand_scan_tail函数,因为在这两者之间,我们还需要做一些额外的工作。那么这里所谓的额外的工作,具体是做什么呢?
 
在《基于MTDNAND驱动开发()》中介绍过一个叫做struct nand_ecclayout的结构体,它用来定义eccoob中的布局。对于small page(每页512 Byte)big page(每页2048 Byte)的两种NAND芯片,它们的eccoob中的布局不尽相同。
 
如果你的driver中对这两种芯片的ecc布局与MTD中定义的default的布局一致,那么就很方便,直接调用nand_scan函数即可。但如果不是,那你就需要为这两种不同的NAND芯片分别定义你的ecc布局。于是问题来了,因为我们在调用nand_scan_ident函数之前,是不知道系统中的NAND芯片是small page类型的,还是big page类型,然而在调用nand_scan_tail函数之前,却必须确定NAND芯片的oob布局(包括ecc布局和坏块信息pattern),因为nand_scan_tail函数在读取oob以及处理ecc时需要这个信息。
所以在这种情况下,我们就需要首先调用nand_scan_ident函数,它会调用一个叫做nand_get_flash_type的函数,MTD就是在这个函数中读取NAND芯片的ID,然后就能查表(即全局变量nand_flash_ids)知道这片NAND芯片的类型(writesize的大小)了。
 
接下来,你就可以在你的NAND驱动中,根据writesize的大小来区分ecc的布局了。最后,我们就可以顺利地调用nand_scan_tail函数了。
 
 
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