NAND Falsh驱动分析

1.驱动结构：

Linux系统中，用MTD(Memory Technology Device，内存技术设备)系统用来建立Flash针对Linux的统一、抽象的接口，Flash驱动及接口分为4层。

①硬件驱动层:负责FLASH硬件设备的读写，擦除。LinuxMTD的NORFLASH在drivers/mtd/chips子目录下,NAND在drivers/mtd/nand/目录下

②MTD原始设备层：包括两部分，一是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定的FLASH的数据，如分区

③MTD设备层：

基于MTD原始设备层，Linux系统定义MTD的块设备（设备号31）和字符设备（设备号90），MTD字符设备定义在mtdchar.c，MTD快设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构体mtdblk_dev，并声明了一个名为mtdblks的指针数组，这个数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个mtd_info一一对应

④设备节点：通过mknod在/dev目录下建立MTD块设备节点31，字符设备节点90。用户通过访问此设备节点访问MTD设备。

2.数据结构

①Mtd_info：用于描述MTD原始设备，这其中定义了大量关于MTD的数据和操作函数。每个分区被认为是一个mtd_info，如果有两个MTD原始设备，每个有3个分区，在系统中就有6个mtd_info结构体，这些mtd_info指针被存放在mtd_table数组里。

mtd_info的type字段表示底层物理设备类型，如MTD_RAM,MTD_NORFlash, MTD_NANDFlash,.

Flag字段表示MTD_ERASEABLE(可擦除)、MTD_WRITEB_WRITEABLE(可编程)，MTD_XIP（可片内执行），MTD_OOB(NAND带外数据)，MTD_ECC（支持自动ECC）。

Mtd_info中的read(),write(),read_oob(),wreite_oob(),这些函数对NAND,NOR是透明的。

添加和删除MTD设备：

int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd);

int del_mtd_device (struct mtd_info *mtd);

②.mtd_part结构，用于描述分区，其mtd_info成员用于描述本分区，它会被加入到mtd_table中，其他部分成员由其主分区mtd_part->master决定，主分区（涵盖所有分区）不作为一个MTD原始设备加入mtd_table

struct mtd_part {

         struct mtd_info mtd; //分区信息（大部分有其master决定）

         struct mtd_info *master;//该分区的主分区

         u_int32_t offset;     //该分区的偏移地址

         int index;   //分区号

         struct list_head list;

         int registered;

};

③.mtd_partion会在MTD原始设备层调用add_mtd_partions()时传递分区信息用，

struct mtd_partition {

         char *name;                            /* identifier string */

         u_int32_t size;                        /* partition size */

         u_int32_t offset;           /* offset within the master MTD space */

         u_int32_t mask_flags;            /* master MTD flags to mask out for this partition */

         struct nand_ecclayout *ecclayout;   /* out of band layout for this partition (NAND only)*/

         struct mtd_info **mtdp;                  /* pointer to store the MTD object */

};

Flash驱动中使用两个函数注册和注销分区

int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,

                          const struct mtd_partition *parts,

                          int nbparts)

int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master);

 

add_mtd_partitions()会对每一个新建分区建立一个新的mtd_part结构体，将其加入mtd_partitions中，并调用add_mtd_device（）将此分区作为MTD设备加入mtd_table中，成功返回0，如分配mtd_part时内存不足，则返回-ENOMEM。add_mtd_partitions()新建的mtd_part需要依赖传入的mtd_partion参数对其初始化。

del_mtd_partitions()作用是对于mtd_partions上的每一个分区，若它的主分区是master，则将它从mtd_partions和mtd_table中删除并释放掉，这个函数会调用del_mtd_device()

3.Nor flash驱动：

只需要定义具体的内存映射情况结构体map_info并使用指定接口类型调用do_map_probe()，map_info是NOR flash驱动的核心，它指定了NOR的基址，位宽，大小等信息以及flash的读写函数，甚至NOR驱动代码本质上可以被认为是根据map_info探测芯片的过程

NOR Flash驱动主要工作：

①定义map_info的实例，初始化其中的成员，根据目标板的情况为name,size,bankwidth和phys赋值

②如果Flash要分区，则定义mtd_partition数组，将实际电路板中Flash分区信息记录与其中

③以map_info和探测的接口类型为参数(如“cif_probe”,”jedec_probe”等)为参数调用do_map_probe（），探测Flash得到mtd_info.

Do_map_probe会根据传入的参数name通过get_mtd_chip_driver()得到具体的MTD驱动，调用与接口对应的probe()函数探测设备，利用map_info中的配置，do_map_probe()可以自动支持CFI或JEDEC接口的Flash芯片，MTD以后会自动采用适当的命令参数对flash进行读写或擦除

④在模块初始化时以mtd_info为参数调用add_mtd_deviece()或以mtd_info,mtd_partition数据以及分区数为参数调用add_mtd_partitions()注册设备或分区。当然，在这之前可以调用parse_mtd_partitions()查看flash是否已有分区信息，并将查看出的分区信息通过add_mtd_partition（）注册

⑤在模块卸载时调用“反函数”删除设备或分区

4.NAND FLASH驱动

Linux内核在MTD下层实现了通用的NAND驱动（主要通过driver/mtd/nand/nand_base.c实现），因此芯片级的NAND驱动不用再实现mtd_info中的read,write_oob()等函数，主题转移到nand_chip数据结构。

MTD用nand_chip结构表示一个NAND芯片，这个结构体包含了NAND的地址信息，读写方法，ECC模式，硬件控制等一系列底层机制

①如果flash要分区，则定义mtd_partition数组，将实际电路板中的flash分区信息记录其中

②在模块加载时分配nand_chip内存，根据目标板NAND控制器的特殊情况初始化nand_chip中的hwcontrol(),calculate_ecc，read_byte()等，若不赋值会使用nand_base.c中的默认函数，若使用软件ECC，不需要赋值calculate_ecc()和correct_date()成员。

③以mtd_info为参数调用nand_scan（）函数探测NAND FLASH的存在。Nand_scan（）函数会读取NAND芯片ID，并根据mtd->priv即nand_chip中的成员初始化mtd_info.

④如果要分区，则以mtd_info和mtd_parition为参数调用add_mtd_partition（），添加分区信息

Ps.在NAND芯片级驱动中，若在nand_chip中没有赋值，将使用nand_base.c中默认的参数，比如/* Define default oob placement schemes for large and small page devices */

static struct nand_ecclayout nand_oob_8 = {

         .eccbytes = 3,

         .eccpos = {0, 1, 2},

         .oobfree = {

                   {.offset = 3,

                    .length = 2},

                   {.offset = 6,

                    .length = 2}}

};

 

Parse_mtd_partitions()用于解析MTD分区信息，常见的MTD分区解析是命令行解析，即解析在Linux启动命令行中通过mtdparts=传入的MTD分区信息

通过查看/proc/mtd文件可以获知系统中包含的MTD分区

在Linux2.6内核中，s3c2410的NAND被注册为一个平台设备，当NAND驱动模块调用platform_driver_register($s3c2410_nand_driver)注册平台驱动时，其对应的platform_driver结构体的s3c24xx_nand_probe()成员函数被调用，在该函数中将调用前述的s3c2410_nand_init_chip（）初始化nand_chip,通过nand_scan()扫描到NAND Flash存储器后，调用s3c2410_nand_add_partition()添加MTD分区和设备信息。

同样地，当nand驱动模块卸载调用platform_driver_unregister($s3c2410_nand_driver)。