分类： LINUX
2016-06-28 09:58:38
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插图清单
2.1. 2.2. 2.3. 2.4.目录
摘要
下面是Linux MTD中，获取nand flash型号,各个参数，以及硬件特性的函数，其实也就是nand_get_flash_type，下面对其详细解析：
此处的编程，不是写软件，写代码，而是对于硬件来说的，可以理解为对硬件编程，只不过其工具是硬件内部的逻辑，而不是你用的软件。对Nand Flash的编程，本质上就是实现写操作，将数据写到Nand Flash里面去，所以对于nand flash，可以简单的理解为 program编程＝write写（数据）。
1.2. Datasheet(数据手册)
这个词，本来没啥好说的，接触多了，自然就知道了。但是对于和我类似，最开始接触的时候，就是没搞懂这个词的具体含义。其中文翻译，一般称作，数据手册，意思就是，一个关于描述硬件各个硬件特性，参数以及/或者如何操作，如何使用的文档。
1.3. Erasesize / Writesize
这个是Linux MTD中，关于块大小和页大小的别名，第一次见到的时候，把我搞糊涂了，后来才慢慢明白的。因为，nand 操作的写基本单位页，所以，writesize，对应的就是pagesize，页大小。而擦除操作的基本单位是blocksize，块大小，所以也叫它erasesize。在此简单提一下这几个名词，方便和我遇到类似问题的朋友。
1.4. Spare Area / Redundant Area / OOB
nand flash中每一页对应一块区域，用于存放校验的ECC数据和其他一些信息，比如上层文件系统放的和自己文件系统相关的数据。这个区域，在Linux MTD相关系统中，被称作oob（out of band），可以翻译为带外，也就是nand flash的一个页，可以称作一个band，band之外，对应的就是指那个多出来的，特殊的区域了。而nand flash的datasheet中，一般成为spare area，可译为空闲区域，另外，在ID的含义解释中也叫做redundant area，可译为冗余区域，归根结底，都是一个含义。不要被搞糊涂了就好。
1.5. Page Register(页寄存器)
nand flash硬件中的一块地方，名字叫做register，实际就是一个数据缓存，一个buffer，用于存放那些从flash读出来或者将要写入到flash中的。其实叫做页缓存，更合适，更容易明白其含义。此页寄存器的大小＝页大小+ oob 大小，即pagesize+oob，对于常见的页是2KB的，此页寄存器就是2KB+64=2112字节。
1.6. Chip和Plane
对于chip，其实任何某个型号的flash，都可以称其是一个chip，但是实际上，此处的chip，是针对内部来说的，也就是某型号的flash，内部有几个chip，比如下面会举例说到的，三星的2GB的K9WAG08U1A芯片（可以理解为外部芯片/型号）内部装了2个单片是1GB的K9K8G08U0A，此时就称 K9WAG08U1A内部有2个chip，而有些单个的chip，内部又包含多个plane，比如上面的K9K8G08U0A内部包含4个单片是2Gb的Plane。只有搞清楚了此处的chip和plane的关系，才能明白后面提到的多页（Multi Plane / Multi Page）编程和交互（interleave）编程的含义。
第 2 章 代码详细解析
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摘要
详细代码可以在这里找到：linux/drivers/mtd/nand/nand_base.c
2407/*
2408 * Get the flash and manufacturer id and lookup if the type is supported
2409 */
2410static struct nand_flash_dev *nand_get_flash_type(struct mtd_info *mtd,
2411 struct nand_chip *chip,
2412 int busw, int *maf_id)
2413{
2414 struct nand_flash_dev *type = NULL;
2415 int i, dev_id, maf_idx;
2416 int tmp_id, tmp_manf;
2417
2418 /* Select the device */
2419 chip->select_chip(mtd, 0);
2420
2421 /*
2422 * Reset the chip, required by some chips (e.g. Micron MT29FxGxxxxx)
2423 * after power-up
2424 */
2425 chip->cmdfunc(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1);
2426
2427 /* Send the command for reading device ID */
2428 chip->cmdfunc(mtd, NAND_CMD_READID
, 0x00, -1);
2429
2430 /* Read manufacturer and device IDs */
2431 *maf_id = chip->read_byte(mtd);
2432 dev_id = chip->read_byte(mtd);
2433
2434 /* Try again to make sure, as some systems the bus-hold or other
2435 * interface concerns can cause random data which looks like a
2436 * possibly credible NAND flash to appear. If the two results do
2437 * not match, ignore the device completely.
2438 */
2439
2440 chip->cmdfunc(mtd, NAND_CMD_READID
, 0x00, -1);
2441
2442 /* Read manufacturer and device IDs */
2443
2444 tmp_manf = chip->read_byte(mtd);
2445 tmp_id = chip->read_byte(mtd);
2446
2447 if (tmp_manf != *maf_id || tmp_id != dev_id) {
2448 printk(KERN_INFO "%s: second ID read did not match "
2449 "%02x,%02x against %02x,%02x\n", __func__,
2450 *maf_id, dev_id, tmp_manf, tmp_id);
2451 return ERR_PTR(-ENODEV);
2452 }
2453
2454 /* Lookup the flash id */
2455 for (i = 0; nand_flash_ids
[i].name != NULL; i++) {
2456 if (dev_id == nand_flash_ids[i].id) {
2457 type = &nand_flash_ids[i];
2458 break;
2459 }
2460 }
2461
2462 if (!type)
2463 return ERR_PTR(-ENODEV);
2464
2465 if (!mtd->name)
2466 mtd->name = type->name;
2467
2468 chip->chipsize = (uint64_t)type->chipsize << 20
;
2469
2470 /* Newer devices have all the information in additional id bytes */
2471 if (!type->pagesize) {
2472 int extid;
2473 /* The 3rd id byte holds MLC / multichip data */
2474 chip->cellinfo
= chip->read_byte(mtd);
2475 /* The 4th id byte is the important one */
2476 extid = chip->read_byte(mtd);
2477 /* Calc pagesize */
2478 mtd->writesize = 1024 << (extid & 0x3);
2479 extid >>= 2;
2480 /* Calc oobsize */
2481 mtd->oobsize = (8 << (extid & 0x01)) * (mtd->writesize >> 9);
2482 extid >>= 2;
2483 /* Calc blocksize. Blocksize is multiples of 64KiB */
2484 mtd->erasesize = (64 * 1024) << (extid & 0x03);
2485 extid >>= 2;
2486 /* Get buswidth information */
2487 busw = (extid & 0x01) ? NAND_BUSWIDTH_16
: 0;
2488
2489 } else {
2490 /*
2491 * Old devices have chip data hardcoded in the device id table 
2492 */
2493 mtd->erasesize = type->erasesize;
2494 mtd->writesize = type->pagesize;
2495 mtd->oobsize = mtd->writesize / 32;
2496 busw = type->options & NAND_BUSWIDTH_16;
2497 }
2498
2499 /* Try to identify manufacturer */
2500 for (maf_idx = 0; nand_manuf_ids[maf_idx].id != 0x0; maf_idx++) {
2501 if (nand_manuf_ids[maf_idx].id == *maf_id)
2502 break;
2503 }
2504
2505 /*
2506 * Check, if buswidth is correct. Hardware drivers should set
2507 * chip correct !
2508 */
2509 if (busw != (chip->options & NAND_BUSWIDTH_16)) {
2510 printk(KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
2511 " 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", *maf_id,
2512 dev_id, nand_manuf_ids[maf_idx].name, mtd->name);
2513 printk(KERN_WARNING "NAND bus width %d instead %d bit\n",
2514 (chip->options & NAND_BUSWIDTH_16) ? 16 : 8,
2515 busw ? 16 : 8);
2516 return ERR_PTR(-EINVAL);
2517 }
2518
2519 /* Calculate the address shift from the page size */
2520 chip->page_shift
= ffs(mtd->writesize) - 1;
2521 /* Convert chipsize to number of pages per chip -1. */
2522 chip->pagemask
= (chip->chipsize >> chip->page_shift) - 1;
2523
2524 chip->bbt_erase_shift = chip->phys_erase_shift =
2525 ffs(mtd->erasesize) - 1;
2526 if (chip->chipsize & 0xffffffff)
2527 chip->chip_shift = 
ffs((unsigned)chip->chipsize) - 1;
2528 else
2529 chip->chip_shift = ffs((unsigned)(chip->chipsize >> 32)) + 32 - 1;
2530
2531 /* Set the bad block position */
2532 chip->badblockpos = mtd->writesize > 512 ?
2533 NAND_LARGE_BADBLOCK_POS : NAND_SMALL_BADBLOCK_POS;
2534
2535 /* Get chip options, preserve non chip based options */
2536 chip->options &= ~NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
2537 chip->options |= type->options & NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
2538
2539 /*
2540 * Set chip as a default. Board drivers can override it, if necessary
2541 */
2542 chip->options |= NAND_NO_AUTOINCR;
2543
2544 /* Check if chip is a not a samsung device. Do not clear the
2545 * options for chips which are not having an extended id.
2546 */
2547 if (*maf_id != NAND_MFR_SAMSUNG && !type->pagesize)
2548 chip->options &= ~NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS;
2549
2550 /* Check for AND chips with 4 page planes */
2551 if (chip->options & NAND_4PAGE_ARRAY)
2552 chip->erase_cmd = multi_erase_cmd;
2553 else
2554 chip->erase_cmd = single_erase_cmd;
2555
2556 /* Do not replace user supplied command function ! */
2557 if (mtd->writesize > 512 && chip->cmdfunc == nand_command)
2558 chip->cmdfunc = nand_command_lp;
2559
2560 printk
(KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
2561 " 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", *maf_id, dev_id,
2562 nand_manuf_ids[maf_idx].name, type->name);
2563
2564 return type;
2565}
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选中芯片，才能对其操作。 |
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发送ReadID的命令：0x90，去取得芯片的ID信息 |
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根据datasheet中的定义，第一个字节，简称byte1，是生产厂商的信息，不同的厂商，对应不同的数字。而byte2是芯片类型，不同的nand flash芯片，对应不同的设备ID，也就是一个字节的数字。 关于读取出来的ID的具体含义，可以参考三星K9K8G08U0A的datasheet中解释： 图 2.1. Nand Flash读取出来的各个ID的含义
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再次发送ReadID命令，其目的，上面注释代码中说了，有些特殊的系统中，第一次读取的信息，看起来是很正常，但是实际是错的，所以这里读两次，正常的设备，肯定都会一样的，如果两次不一样，那么说明设备有问题，也就直接函数返回了。 |
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下面根据读取出来的flash ID，也就是具体flash芯片，或叫做设备ID，不同的数值，对应不同的容量和物理参数的flash。 其中，nand_flash_ids是个预先定义好的数组，其定义在：drivers\mtd\nand\nand_ids.c中，此处简要摘录如下： /*
* Chip ID list
*
* Name. ID code, pagesize, chipsize in MegaByte, eraseblock size, options
*
* Pagesize; 0, 256, 512
* 0 get this information from the extended chip ID
+ 256 256 Byte page size
* 512 512 Byte page size
*/
struct nand_flash_dev
在结构体数组nand_flash_ids[]中，预先定义了，目前所支持的很多类型Nand Flash的具体物理参数，主要是上面结构体中的页大小pagesize，芯片大小chipsize，块大小erasesize，而id变量表示此类型的芯片，用哪个数字来表示。 |
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此处通过刚读取到的设备ID，去和预先定义好的那个结构体数组nand_flash_ids[]中的每一个ID去比较，如果相等，那么说明支持此款nand falsh，而其他的信息，就可以直接从后面几项中直接获得了。
而对于旧的一些nand flash，在表项中其pagesize不是0，就可以直接可以从上面的预定义的表里面获得了。 比如，对于常见的三星的型号为K9K8G08U0A的nand flash，其设备号是0xD3，找到匹配的表项就是： {"NAND 1GiB 3,3V 8-bit", 0xD3, 0, 1024, 0, LP_OPTIONS},
因此也就知道，其容量是1024MB，设备相关物理特性是1GiB 3,3V 8-bit了。 而关于pagesize和块大小erasesize此处都是0，就只能另外从后面读取的ID中获得了。 |
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此处由于上面表中的chipsize是MB＝210Bytes为单位的，所以要左移20位，换算成byte单位 |
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解释下面代码第三个字节之前，要先把图标帖出来，才更容易看得懂具体的解释： 图 2.2. Nand Flash 第三个ID的具体含义
由表中定义可以看出：
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读取4th ID 4th ID的含义，如图： 图 2.4. Nand Flash 第4个ID的具体含义
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Page Size，如所示，页大小，是bit0和bit1组合起来所表示的。 extid & 0x3，就是取得bit0和bit1的值，而左移1024位，是因为上面表中的单位是KB＝210=1024。
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Redundant Area Size(byte/512byte) 前面介绍过了，此处的oob，就是datasheet中的redundant area size就是linux中的oob大小。 上面表中的意思是，512个byte，对应8还是16个字节的redundant area。 之所以是512字节对应多少个，是因为以前的nand flash页大小是512（除了最早的好像是256之外），所以估计是硬件设计就这样设计了。512个字节对应多少个冗余的数据用作oob，而后来的页大小，对应的是512的整数倍，比如2K，4K等 所以，此处可以按照每个512对应几个字节的oob，然后再算页大小是512的多少倍，即： 此处的extid & 0x01算出来的值，对应上面的8或16，而mtd->writesize >> 9，其实就是 mtd->writesize /512，到此，才算清楚，为何此处oob是这么算的。 |
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Block Size 具体算法很清楚，算出是64KB的多少倍，得出总大小。 此处之所以是64KB为基础，是因为已知最小的blocksize，就是64KB的。 |
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Organization X8/X16，表示的是，硬件I/O位宽（Bus Width）是8位的还是16位的。 目前大多数，都是X8的。 |
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旧的nand flash的一些参数，是知道设备ID后，可以直接从表中读取出来的。 |
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根据读取出来的生长厂商的ID，去和表中对应项匹配，找到是哪家的nand flash芯片。 其中，nand_manuf_ids和上面nand_flash_ids类似，也是个预先定义好的数组，其定义和nand_flash_ids同文件drivers\mtd\nand\nand_ids.c中： /*
* Manufacturer ID list
*/
struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[] = {
{NAND_MFR_TOSHIBA, "Toshiba"},
{NAND_MFR_SAMSUNG
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检测你的驱动中的关于位宽的定义，是否和硬件所一致。 |
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此处计算的pagesize，blocksize等的shift，是为了后期的对这些值的除操作更加高效而做的。 对于代码中的除操作，如果直接只是/pagesize，则没有直接算出其是2的多少次方，然后用位移操作，更加高效。因此，此处直接计算好是多少个shift，以后的除于pagesize，blocksize，就可以直接用对应的位移操作了。 |
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算出mask，为了后期保证传入的地址不越界，所以会对其mask一下。 |
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这段，貌似是新的kernel里面新加的，而且把chip->chipsize定义换成uint64_t了，支持超过4GB大小的nand flash了 否则，如果你正好是4GB，对于旧的代码chip->chipsize是uint32_t类型的，那么正好就变成0了。 此处之所以去chip->chipsize & 0xffffffff判断是超过4GB，看起来，估计是ffs函数最多支持32位，所以，没法计算超过此大小的ffs。
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设置坏块的标记位置。 关于nand flash的small block和large block，据我了解，好像就是对应的small pagesize和large pagesize，而此处的大小，是针对于旧的nand flash，其页大小pagesize是512 所以，Small block就是页大小是512B的nand flash，而larger block就是新的，页大小大于512B的，比如2KB，4KB等的nand flash。 下面的宏定义在include\linux\mtd\nand.h中： /*
* Constants for oob configuration
*/
#define NAND_SMALL_BADBLOCK_POS 5
#define NAND_LARGE_BADBLOCK_POS 0
约定俗成的，small block的nand ，坏块标记在byte5，而large block的nand flash在byte0。 关于坏块标记，实际情况更复杂些：
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获得上面nand id表中的默认设置的那些option：LP_OPTIONS（如果是X16则是，LP_OPTIONS16）。 |
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自动增加页数？？？ 没太搞懂啥意思，估计是cache program/read相关的吧，目前据我了解的，好像页只有cache program/read，能和auto increment pages有点关系。 |
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如果有extentID且不是三星的nand flash，则清除掉上面我们默认设置的那些参数：LP_OPTIONS。 |
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一种特殊的nand flash，AND chip。所以，也要赋值给特殊的擦除函数。 具体关于此类nand flash的介绍，感兴趣的自己参考上面drivers\mtd\nand\nand_ids.c中nand_flash_ids数组中的解释。 |
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如果nand flash的页大小是大于512B，也就是2KB，4KB等新的，被称作large block或largepage的nand flash，此处的lp，应该也就是large page的缩写。 此类的nand flash比旧的，在发送地址的时候，多一个地址周期。具体参考datasheet。 |
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终于检测完所有需要的信息了。最后打印出nand flash的相关信息。 |
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活干完了，就可以return回家了，呵呵。 |
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