四、基于MTD的NAND 驱动架构
1 、platform_device 和platform_driver 的定义和注册
对于我们的NAND driver ,以下是一个典型的例子:
static struct platform_driver caorr_nand_driver = { . driver = { . name = " caorr-nand" , . owner = THIS_MODULE, } , . probe = caorr_nand_probe, . remove = caorr_nand_remove, } ;
static int __init caorr_nand_init( void ) { printk( "CAORR NAND Driver, (c) 2008-2009.\n" ) ; return platform_driver_register( & caorr_nand_driver) ; }
static void __exit caorr_nand_exit( void ) { platform_driver_unregister( & caorr_nand_driver) ; }
module_init( caorr_nand_init) ; module_exit( caorr_nand_exit) ;
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与大多数嵌入式Linux 驱动一样,NAND 驱动也是从module_init 宏开始。 caorr_nand_init 是驱动初始化函数,在此函数中注册platform driver 结构体,platform driver 结构体中自然需要定义probe 和remove 函数。其实在大多数嵌入式Linux 驱动中,这样的套路基本已经成了一个定式
至于module_init 有什么作用,caorr_nand_probe 又是何时调用的,以及这个driver 是怎么和NAND 设备联系起来的,就不再多说了,这里只提三点:
A、 以上代码只是向内核注册了NAND 的platform_driver ,即caorr_nand_driver ,我们当然还需要一个NAND 的platform_device ,要不然caorr_nand_driver 的probe 函数就永远不会被执行,因为没有device 需要这个driver 。
B、 向Linux 内核注册NAND 的platform_device 有两种方式:
其一是直接定义一个NAND 的platform_device 结构体,然后调用platform_device_register 函数注册。作为例子,我们可以这样定义NAND 的platform_device 结构体:
struct platform_device caorr_nand_device = { . name = "caorr-nand" , . id = - 1, . num_resources = 0, . resource = NULL , . dev = { . platform_data = & caorr_platform_default_nand, } } ; platform_device_register( & caorr_nand_device) ;
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其中num_resources 和resource 与具体的硬件相关,主要包括一些寄存器地址范围和中断的定义。caorr_platform_default_nand 待会儿再说。需要注意的是,这个platform_device 中name 的值必须与platform_driver->driver->name 的值完全一致,因为platform_bus_type 的match 函数是根据这两者的name 值来进行匹配的。
其二是用platform_device_alloc 函数动态分配一个platform_device ,然后再用platform_device_add 函数把这个platform_device 加入到内核中去。具体不再细说,Linux 内核中有很多例子可以参考。
相对来说,第一种方式更加方便和直观一点,而第二种方式则更加灵活一点。
C、 在加载NAND 驱动时,我们还需要向MTD Core 提供一个信息,那就是NAND 的分区信息,caorr_platform_default_nand 主要就是起这个作用,更加详细的容后再说。
2 、MTD 架构的简单描述
MTD(memory technology device 存储技术设备) 是用于访问memory 设备(ROM 、flash )的Linux 的子系统。MTD 的主要目的是为了使新的memory 设备的驱动更加简单,为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD 的所有源代码在/drivers/mtd 子目录下。MTD 设备可分为四层(从设备节点直到底层硬件驱动),这四层从上到下依次是:设备节点、MTD 设备层、MTD 原始设备层和硬件驱动层。
A、Flash硬件驱动层:硬件驱动层负责驱动Flash硬件。
B、MTD原始设备:原始设备层有两部分组成,一部分是MTD原始设备的通用代码,另一部分是各个特定的Flash的数据,例如分区。
用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info,这其中定义了大量的关 于MTD的数据和操作函数。mtd_table(mtdcore.c)则是所有MTD原始设备的列表,mtd_part(mtd_part.c)是用于表 示MTD原始设备分区的结构,其中包含了mtd_info,因为每一个分区都是被看成一个MTD原始设备加在mtd_table中 的,mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part->master中获得。
在drivers/mtd/maps/子目录下存放的是特定的flash的数 据,每一个文件都描述了一块板子上的flash。其中调用add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/删除 mtd_info结构并将其加入/删除mtd_table(或者调用add_mtd_partition()、del_mtd_partition() (mtdpart.c)建立/删除mtd_part结构并将mtd_part.mtd_info加入/删除mtd_table 中)。
C、MTD设备层:基于MTD原始设备,linux系统可以定义出MTD的块 设备(主设备号31)和字符设备(设备号90)。MTD字符设备的定义在mtdchar.c中实现,通过注册一系列file operation函数(lseek、open、close、read、write)。MTD块设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构 mtdblk_dev,并声明了一个名为mtdblks的指针数组,这数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个 mtd_info一一对应。
D、设备节点:通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点(主设备号为90)和MTD块设备节点(主设备号为31),通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。
E、根文件系统:在Bootloader中将JFFS(或JFFS2)的文件 系统映像jffs.image(或jffs2.img)烧到flash的某一个分区中,在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的 your_fixup函数中将该分区作为根文件系统挂载。
F、文件系统:内核启动后,通过mount 命令可以将flash中的其余分区作为文件系统挂载到mountpoint上。
以上是从网上找到的一些资料,我只是断断续续地看过一些code,没有系统地研究过,所以这里只能讲一下MTD原始设备层与FLASH硬件驱动之间的交互。
一个MTD原始设备可以通过mtd_part分割成数个MTD原 始设备注册进mtd_table,mtd_table中的每个MTD原始设备都可以被注册成一个MTD设备,有两个函数可以完成这个工作,即 add_mtd_device函数和add_mtd_partitions函数。
其中add_mtd_device函数是把整个NAND FLASH注册进MTD Core,而add_mtd_partitions函数则是把NAND FLASH的各个分区分别注册进MTD Core。
add_mtd_partitions函数的原型是:
int add_mtd_partitions( struct mtd_info * master,
const struct mtd_partition * parts, int nbparts) ;
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其中master就是这个MTD原始设备,parts即NAND的分区信息,nbparts指有几个分区。那么parts和nbparts怎么来?caorr_platform_default_nand 就是起这个作用了。
static struct mtd_partition caorr_platform_default_nand[ ] = { [ 0] = { . name = "Boot Strap" , . offset = 0, . size = 0x40000, } , [ 1] = { . name = "Bootloader" , . offset = MTDPART_OFS_APPEND, . size = 0x40000, } , [ 2] = { . name = "Partition Table" , . offset = MTDPART_OFS_APPEND, . size = 0x40000, } , [ 3] = { . name = "Linux Kernel" , . offset = MTDPART_OFS_APPEND, . size = 0x500000, } , [ 4] = { . name = "Rootfs" , . offset = MTDPART_OFS_APPEND, . size = MTDPART_SIZ_FULL, } , } ;
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其中offset是分区开始的偏移地址,在后4个分区我们设为 MTDPART_OFS_APPEND,表示紧接着上一个分区,MTD Core会自动计算和处理分区地址;size是分区的大小,在最后一个分区我们设为MTDPART_SIZ_FULL,表示这个NADN剩下的所有部分。
这样配置NAND的分区并不是唯一的,需要视具体的系统而定,我们可以在kernel中这样显式的指定,也可以使用bootloader传给内核的参数进行配置。
另外,MTD对NAND芯片的读写主要分三部分:
A、struct mtd_info中的读写函数,如read,write_oob等,这是MTD原始设备层与FLASH硬件层之间的接口;
B、struct nand_ecc_ctrl中的读写函数,如read_page_raw,write_page等,主要用来做一些与ecc有关的操作;
C、struct nand_chip中的读写函数,如read_buf,cmdfunc等,与具体的NAND controller相关,就是这部分函数与硬件交互,通常需要我们自己来实现。(注:这里提到的read,write_oob,cmdfunc等,其实 都是些函数指针,所以这里所说的函数,是指这些函数指针所指向的函数,以后本文将不再另做说明。)
值得一提的是,struct nand_chip中的读写函数虽然与具体的NAND controller相关,但是MTD也为我们提供了default的读写函数,如果你的NAND controller比较通用(使用PIO模式),对NAND芯片的读写与MTD提供的这些函数一致,就不必自己实现这些函数了。
这三部分读写函数是相互配合着完成对NAND芯片的读写的。首 先,MTD上层需要读写NAND芯片时,会调用struct mtd_info中的读写函数,接着struct mtd_info中的读写函数就会调用struct nand_chip或struct nand_ecc_ctrl中的读写函数,最后,若调用的是struct nand_ecc_ctrl中的读写函数,那么它又会接着调用struct nand_chip中的读写函数。如下图所示:
以读NAND芯片为例,讲解一下这三部分读写函数的工作过程。
首先,MTD上层会调用struct mtd_info中的读page函数,即nand_read函数。
接着nand_read函数会调用struct nand_chip中cmdfunc函数,这个cmdfunc函数与具体的NAND controller相关,它的作用是使NAND controller向NAND 芯片发出读命令,NAND芯片收到命令后,就会做好准备等待NAND controller下一步的读取。
接着nand_read函数又会调用struct nand_ecc_ctrl中的read_page函数,而read_page函数又会调用struct nand_chip中read_buf函数,从而真正把NAND芯片中的数据读取到buffer中(所以这个read_buf的意思其实应该是read into buffer,另外,这个buffer是struct mtd_info中的nand_read函数传下来的)。
read_buf函数返回后,read_page函数就会对buffer中的数据做一些处理,比如校验ecc,以及若数据有错,就根据ecc对数据修正之类的,最后read_page函数返回到nand_read函数中。
对NAND芯片的其它操作,如写,擦除等,都与读操作类似。