基于MTD的NAND驱动开发(完)

六、NAND驱动中的坏块管理

 
由于NAND Flash的现有工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠，因此在NAND芯片出厂的时候，厂家只能保证block 0不是坏块，对于其它block，则均有可能存在坏块，而且NAND芯片在使用的过程中也很容易产生坏块。因此，我们在读写NAND FLASH 的时候，需要检测坏块，同时还需在NAND驱动中加入坏块管理的功能。
 
NAND驱动在加载的时候，会调用nand_scan函数，对bad block table的搜寻，建立等操作就是在这个函数的第二部分，即nand_scan_tail函数中完成的。

在nand_scan_tail函数中，会首先检查struct nand_chip结构体中的options成员变量是否被赋上了NAND_SKIP_BBTSCAN，这个宏表示跳过扫描bbt。所以，只有当你的 driver中没有为options定义NAND_SKIP_BBTSCAN时，MTD才会继续与bbt相关工作，即调用struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数，在MTD中，这个函数指针指向nand_default_bbt函数。

bbt有两种存储方式，一种是把bbt存储在NAND芯片中，另一种是把bbt存储在内存中。对于前者，好处是驱动加载更快，因为它只会在第一次加载NAND驱动时扫描整个NAND芯片，然后在NAND芯片的某个block中建立bbt，坏处是需要至少消耗NAND芯片一个block的存储容量；而对于后者，好处是不会耗用NAND芯片的容量，坏处是驱动加载稍慢，因为存储在内存中的bbt每次断电后都不会保存，所以在每次加载NAND 驱动时，都会扫描整个NAND芯片，以便建立bbt。

如果你系统中的NAND芯片容量不是太大的话，我建议还是把bbt存储在内存中比较好，因为根据本人的使用经验，对一块容量为2G bits的NAND芯片，分别采用这两种存储方式的驱动的加载速度相差不大，甚至几乎感觉不出来。

建立bbt后，以后在做擦除等操作时，就不用每次都去验证当前block是否是个坏块了，因为从bbt中就可以得到这个信息。另外，若在读写等操作时，发现产生了新的坏块，那么除了标志这个block是个坏块外，也还需更新bbt。

接下来，介绍一下MTD是如何查找或者建立bbt的。

1、MTD中与bbt相关的结构体

struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数，即nand_default_bbt函数会首先检查struct nand_chip中options成员变量，如果当前NAND芯片是AG-AND类型的，会强制把bbt存储在NAND芯片中，因为这种类型的NAND 芯片中含有厂家标注的“好块”信息，擦除这些block时会导致丢失坏块信息。

接着nand_default_bbt函数会再次检查struct nand_chip中options成员变量，根据它是否定义了NAND_USE_FLASH_BBT，而为struct nand_chip中3个与bbt相关的结构体附上不同的值，然后再统一调用nand_scan_bbt函数，nand_scan_bbt函数会那3个结构体的不同的值做不同的动作，或者把bbt存储在NAND芯片中，或者把bbt存储在内存中。

在struct nand_chip中与bbt相关的结构体如下：

struct nand_chip {
    ……
    uint8_t      * bbt
    struct nand_bbt_descr    * bbt_td;
    struct nand_bbt_descr    * bbt_md;
    struct nand_bbt_descr    * badblock_pattern;
    ……
} ;

 

 
bbt指向一块在 nand_default_bbt函数中分配的内存，若options中没有定义NAND_USE_FLASH_BBT，MTD就直接在bbt指向的内存中建立bbt，否则就会先从NAND芯片中查找bbt是否存在，若存在，就把bbt的内容读出来并保存到bbt指向的内存中，若不存在，则在bbt指向的内存中建立bbt，最后把它写入到NAND芯片中去。

bbt_td、bbt_md和badblock_pattern就是在nand_default_bbt函数中赋值的3个结构体。它们虽然是相同的结构体类型，但却有不同的作用和含义。
其中bbt_td和bbt_md是主bbt和镜像bbt的描述符(镜像bbt主要用来对bbt的update和备份)，它们只在把bbt存储在NAND芯片的情况下使用，用来从NAND芯片中查找bbt。若bbt存储在内存中，bbt_td和bbt_md将会被赋值为NULL。

badblock_pattern就是坏块信息的pattern，其中定义了坏块信息在oob中的存储位置，以及内容(即用什么值表示这个block是个坏块)。

通常用1或2个字节来标志一个block是否为坏块，这1或2个字节就是坏块信息，如果这1或2个字节的内容是0xff，那就说明这个 block是好的，否则就是坏块。对于坏块信息在NAND芯片中的存储位置，small page(每页512 Byte)和big page(每页2048 Byte)的两种NAND芯片不尽相同。一般来说，small page的NAND芯片，坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第六个字节中，而big page的NAND芯片，坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第1和第2个字节中。

我不能确定是否所有的NAND芯片都是如此布局，但应该绝大多数NAND芯片是这样的，不过，即使某种NAND芯片的坏块信息不是这样的存储方式也没关系，因为我们可以在badblock_pattern中自己指定坏块信息的存储位置，以及用什么值来标志坏块(其实这个值表示的应该是 “好块”，因为MTD会把从oob中坏块信息存储位置读出的内容与这个值做比较，若相等，则表示是个“好块”，否则就是坏块)。

bbt_td、bbt_md和badblock_pattern的结构体类型定义如下：

struct nand_bbt_descr {
    int     options;
    int     pages[ NAND_MAX_CHIPS] ;
    int     offs;
    int     veroffs;
    uint8_t     version[ NAND_MAX_CHIPS] ;
    int     len;
    int     maxblocks;
    int     reserved_block_code;
    uint8_t     * pattern;
} ;

 

 
options：bad block table或者bad block的选项，可用的选择以及各选项具体表示什么含义，可以参考。

pages：bbt专用。在查找bbt的时候，若找到了bbt，就把bbt所在的page号保存在这个成员变量中。若没找到bbt，就会把新建立的bbt的保存位置赋值给它。因为系统中可能会有多个NAND芯片，我们可以为每一片NAND芯片建立一个bbt，也可以只在其中一片NAND 芯片中建立唯一的一个bbt，所以这里的pages是个维数为NAND_MAX_CHIPS的数值，用来保存每一片NAND芯片的bbt位置。当然，若只建立了一个bbt，那么就只使用pages[0]。

offs、len和pattern：MTD会从oob的offs中读出len长度的内容，然后与pattern指针指向的内容做比较，若相等，则表示找到了bbt，或者表示这个block是好的。

veroffs和version：bbt专用。MTD会从oob的veroffs中读出一个字节的内容，作为bbt的版本值保存在version中。

maxblocks：bbt专用。MTD在查找bbt的时候，不会查找NAND芯片中所有的block，而是最多查找maxblocks个block。

2、bbt存储在内存中时的工作流程

前文说过，不管bbt是存储在NAND芯片中，还是存储在内存中，nand_default_bbt函数都会调用nand_scan_bbt函数。

nand_scan_bbt函数会判断bbt_td的值，若是NULL，则表示bbt存储在内存中，它就在调用nand_memory_bbt函数后返回。nand_memory_bbt函数的主要工作就是在内存中建立bbt，其实就是调用了create_bbt函数。

create_bbt函数的工作方式很简单，就是扫描NAND芯片所有的block，读取每个block中第一个page的oob内容，然后根据oob中的坏块信息建立起bbt，可以参见上节关于struct nand_bbt_descr中的offs、len和pattern成员变量的解释。

3、bbt存储在NAND芯片时的工作流程

相对于把bbt存储在内存中，这种方式的工作流程稍显复杂一点。

nand_scan_bbt函数首先从NAND芯片中读取bbt的内容，它读取的方式分为两种：

其一是调用read_abs_bbts函数直接从给定的page地址读取，那么这个page地址在什么时候指定呢？就是在你的NAND driver中指定。前文说过，在struct nand_chip结构体中有两个成员变量，分别是bbt_td和bbt_md，MTD为它们附上了default的值，但是你也可以根据你的需要为它们附上你自己定义的值。假如你为bbt_td和bbt_md的options成员变量定义了NAND_BBT_ABSPAGE，同时又把你的bbt所在的 page地址保存在bbt_td和bbt_md的pages成员变量中，MTD就可以直接在这个page地址中读取bbt了。值得一提的是，在实际使用时一般不这么干，因为你不能保证你保存bbt的那个block就永远不会坏，而且这样也不灵活；

其二是调用那个search_read_bbts函数试着在NAND芯片的maxblocks(请见上文关于struct nand_bbt_descr中maxblocks的说明)个block中查找bbt是否存在，若找到，就可以读取bbt了。

MTD查找bbt的过程为：如果你在bbt_td和bbt_md的options 成员变量中定义了 NAND_BBT_LASTBLOCK，那么MTD就会从NAND芯片的最后一个block开始查找(在default情况下，MTD就是这么干的)，否则就从第一个block开始查找。

与查找oob中的坏块信息时类似，MTD会从所查找block的第一个page的oob中读取内容，然后与bbt_td或bbt_md 中patter指向的内容做比较，若相等，则表示找到了bbt，否则就继续查找下一个block。顺利的情况下，只需查找一个block中就可以找到 bbt，否则MTD最多会查找maxblocks个block。
若找到了bbt，就把该bbt所在的page地址保存到bbt_td或bbt_md的pages成员变量中，否则pages的值为-1。

如果系统中有多片NAND芯片，并且为每一片NAND芯片都建立一个bbt，那么就会在每片NAND芯片上重复以上过程。

接着，nand_scan_bbt函数会调用check_create函数，该函数会判断是否找到了bbt，其实就是判断bbt_td 或者bbt_md中pages成员变量的值是否有效。若找到了bbt，就会把bbt从NAND芯片中读取出来，并保存到struct nand_chip中bbt指针指向的内存中；若没找到，就会调用create_bbt函数建立bbt(与bbt存储在内存中时情况一样)，同时把bbt 写入到NAND芯片中去。
 
 
七、总结

自从写了《基于MTD的NAND驱动开发(一)》后，好久没有动笔，时隔一年才把这篇文章写完，真是惭愧！不过，不管怎么样，总算是写完了，除了还有一些ECC相关的内容外，也基本把我想表达的内容都表达出来了。

本文没有纠缠于MTD中每一句code怎么实现这种细节，因为一来本文主要是写给我自己的，二来我觉得对于开发一个基于NAND的驱动来说，并不需要对MTD中的每一条代码都彻底细致的研究，只要能在总体或者大局上有所把握，能了解MTD中主要函数的工作流程，也就可以了。而且，我觉得对于太细节的东西，只依靠讲解是不起什么作用的，还得自己去研读代码才能明白和掌握。