MTD NANDFLASH驱动相关知识介绍

nand_ecclayout的主要数据结构

MTD相关层实现

MTD设备层

mtd字符设备接口:?
mtdchar.c 实现了字符设备接口，通过它，用户可以直接操作Flash 设备。?
? 通过read()、write()系统调用可以读写Flash。?
? 通过一系列IOCTL 命令可以获取Flash 设备信息、擦除Flash、读写NAND 的OOB、获取OOB layout 及检查NAND 坏块等(MEMGETINFO、MEMERASE、MEMREADOOB、MEMWRITEOOB、MEMGETBADBLOCK IOCRL)?
tip: mtd_read和mtd_write直接直接调用mtd_info的read 函数，因此，字符设备接口跳过patition这一层

mtd块设备接口:?
主要原理是将Flash的erase block 中的数据在内存中建立映射，然后对其进行修改，最后擦除Flash 上的block，将内存中的映射块写入Flash 块。整个过程被称为read/modify/erase/rewrite 周期。?
但是，这样做是不安全的，当下列操作序列发生时，read/modify/erase/poweroff，就会丢失这个block 块的数据。?
块设备模拟驱动按照block 号和偏移量来定位文件，因此在Flash 上除了文件数据，基本没有额外的控制数据。

?

MTD原始设备层

MTD硬件驱动层

1. NOR Flash驱动结构

Linux系统实现了针对cfi,jedec等接口的通用NOR Flash驱动?
在上述接口驱动基础上，芯片级驱动较简单?
???? 定义具体内存映射结构体map_info，然后通过接口类型后调用do_map_probe()??
以h720x-flash.c为例(位于drivers/mtd/maps)?
- 定义map_info结构体,初始化成员name,size,phys,bankwidth?
- 通过ioremap映射成员virt(虚拟内存地址)?
- 通过函数simple_map_init初始化map_info成员函数read,write,copy_from,copy_to?
- 调用do_map_probe进行cfi接口探测,返回mtd_info结构体?
- 通过parse_mtd_partitions,add_mtd_partitions注册mtd原始设备

Linux实现了通用NAND驱动(drivers/mtd/nand/nand_base.c)?
tip: For more,check?内核中的NAND代码布局??
芯片级驱动需要实现nand_chip结构体?
MTD使用nand_chip来表示一个NAND FLASH芯片,该结构体包含了关于Nand Flash的地址信息,读写方法,ECC模式,硬件控制等一系列底层机制。?
? NAND芯片级初始化?
主要有以下几个步骤:?
- 分配nand_chip内存，根据目标板及NAND控制器初始化nand_chip中成员函数(若未初始化则使用nand_base.c中的默认函数)，将mtd_info中的priv指向nand_chip(或板相关私有结构)，设置ecc模式及处理函数?
- 以mtd_info为参数调用nand_scan()探测NAND FLash。?
?? nand_scan()会读取nand芯片ID，并根据mtd->priv即nand_chip中成员初始化mtd_info?
- 若有分区，则以mtd_info和mtd_partition为参数调用add_mtd_partitions()添加分区信息?
-

? 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。?
tip: nand_chip中的读写函数虽然与具体的NAND controller相关，但是MTD也为我们提供了默认的读写函数，如果NAND controller比较通用(使用PIO模式)，那么对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。

上面三部分读写函数相互配合完成对NAND芯片的读写?
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。?
eg:? 以读为例?
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?

http://www.cnblogs.com/hzl6255/archive/2012/12/18/2824043.html

MTD(memory technology device内存技术设备)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。我将CFI接口的MTD设备分为四层 （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。?

　　一、Flash硬件驱动层：硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件，Linux MTD设备的NOR　Flash芯片驱动遵循CFI接口标准，其驱动程序位于drivers/mtd/chips子目录下。NAND型Flash的驱动程 序则位于/drivers/mtd/nand子目录下。

　　二、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）。?

　　三、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。?

　　四、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。?

　　五、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。?

　　六、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。

http://www.cnblogs.com/hoys/archive/2012/05/30/2526230.html

//----------------------------------------------个人见解----------------------------------------

1、linux nandflash驱动主要工作在于nand_chip结构体填充（linux内核在MTD的下层实现了通用的nand驱动（主要通过drivers/mtd/nand_base.c文件实现），因此芯片级的nand驱动不再需要实现mtd_info中的read、write、read_oob等函数，而主体转移到了nand_chip数据结构体填充上）、内核flash分区表配置两部分，而nand_chip结构体填充驱动一般芯片厂商提供的开发包中会有这个驱动，例如dm365的nand_chip结构体填充驱动就是drivers/mtd/nand/davinvi-nand.c

在davinvi-nand.c驱动中，会涉及到一个ecc布局的结构体struct?nand_ecclayout如下：

static struct nand_ecclayout hwecc4_small __initconst = {
.eccbytes = 10,
.eccpos = { 0,1,2,3,4,
/* offset 5 holds the badblock marker */
6,7,
13,14,15,},
.oobfree = {
{.offset = 8,.length = 5,
{.offset = 16,
},
};

nand_ecclayout结构体指针,可参考硬件手册的OOB中ecc布局。

下面是相关的一些成员介绍：

struct nand_ecclayout {

uint32_t eccbytes; ? ?//表示使用几个ecc字节

uint32_t eccpos[128]; //表示ecc占用的位置，因为现在大页面4kbyte也就128个，所以这里写了128，

?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //以后有更大页面的，这里也要改了。

uint32_t oobavail; ? ? ? //有几个oob可用，这个跟下面的成员有点像，一般用下面的

struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES]; ?//定义oob有效个数，从哪开始等

};

?

给个例子：

static struct nand_ecclayout mylayout = {

#ifdef CONFIG_SYS_NAND_PAGE_2K

.eccbytes = 40,

.eccpos = {?

24,25,26,27,28,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> 29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> 39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> 49,50,52,53,54,55,56,57,58,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> 59,60,61,62,63,?

},51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> .oobfree = {

{.offset = 2,.length = 22,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> #endif

}
?其中，.eccbytes = 40,跟初始化有关系，我们一般这样初始化：

nand->ecc.size = 512;?

nand->ecc.bytes = 10;

恩，这下明朗了，我们需要每512个字节产生10个ecc字节，因此对2kbyte页面的flash来说，一页就是4个512，因此需要4*10=40个ecc字节。

.eccpos就是告诉驱动，这些ecc字节放在哪里，一般是按顺序存放，不要覆盖芯片默认的坏块标记位，对2kbyte的flash来说，厂家说是前两个即第0、1个字节是坏块标志。

所以分配为eccbytes和eccpos后，后面有个oobfree，这样看来也很明白了：

offset=2表示从第2个字节开始（因为前面2个是坏块标志啊~~），length=22表示（从offset开始）共22个ecc字节可以用户随便用。

这下一目了然了吧。

2、有了nand_chip结构体填充驱动了，接下来需要往系统注册一个nand flash设备了，一般情况是在板级初始化的代码中，一般目录是arch/arm/mach****/****.c文件（或者也有可能在devices.c中），在这个文件中，一般会包括定义nandflash分区信息结构，注册nandflash设备，其中还包括了定义一些IO资源，用于主控器驱动获得IO资源配置相应的寄存器以及数据读取。例如dm365的板级初始化文件：arch/arm/mach-davinci/board-dm365-evm.c中：

#define NAND_BLOCK_SIZE (SZ_16K)//32MB or 64MB
static struct mtd_partition nand_partitions[] = {
/* bootloader (UBL,U-Boot,BBT) in sectors: 0 - 14 */
{
.name = "bootloader",
.offset = 0,
.size = 32 * NAND_BLOCK_SIZE,
.mask_flags = MTD_WRITEABLE,/* force read-only */
},
/* bootloader params in the next sector 15 */
{
.name = "params",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 96 * NAND_BLOCK_SIZE,
/* kernel in sectors: 16 */
{
.name = "kernel",
.size = SZ_2M,
.mask_flags = 0
},
{
.name = "filesystem1",
.size = SZ_16M,//SZ_16M + SZ_8M,
{
.name = "filesystem2",//SZ_8M,
{
.name = "Calibration",
.size = MTDPART_SIZ_FULL,
.mask_flags = 0
}
};

上面是nandflash分区信息定义结构体，在上面结构体中，总共为nandflash分成了6个区，在系统启动后，可以通过ls /dev/mtdblock*查看到所有的分区，看到的mtdblock*设备文件节点从0开始分别对应上面数组中的六个分区，如果需要使用哪个分区，则可以通过mount挂载到文件系统中使用。也能通过系统启动时打印的信息看到分区情况：

Creating 6 MTD partitions on "nand_davinci.0":
0x00000000-0x00080000 : "bootloader"
0x00080000-0x00200000 : "params"
0x00200000-0x00400000 : "kernel"
0x00400000-0x01400000 : "filesystem1"
0x01400000-0x01600000 : "filesystem2"
0x01600000-0x04000000 : "Calibration"

按照上面信息可以看出，文件系统是保存在0x00400000-0x01400000或者0x01400000-0x01600000地址段中（后面假设系统是只用filesystem1），内核是保存0x00200000-0x00400000地址段中，所以在烧录内核时，应该使用nand write 0x80700000?0x00200000 0x00300000（其中0x00300000表示写入大小，0x00200000表示写入nandflash的起始地址,0x80700000表示从内存的这个地址读出内核烧写到对应的nandflash地址中），而烧录文件可以通过网络文件系统启动板子，再将上面的filesystem1挂载在mnt/目录下：mount /dev/mtdblock3 /mnt/mtd3，然后直接将要烧录的文件系统解压到这个filesystem1分区中，也能通过网络上其它方式烧录文件系统，如yaffs jffs2等等，烧钱文件系统前，必须通过nand erase在uboot阶段擦除这块地址段中的flash数据，如擦写filesystem1的数据命令：nand erase?0x00400000 ********* （***表示擦写块大小）?

static struct resource nand_resources[] = {
[0] = {
/* First memory resource is AEMIF control registers */
.start = DM365_ASYNC_EMIF_CNTRL_BASE,
.end = DM365_ASYNC_EMIF_CNTRL_BASE + SZ_4K - 1,
.flags = IORESOURCE_MEM,
[1] = {
/* Second memory resource is NAND I/O window */
.start = DAVINCI_ASYNC_EMIF_DATA_CE0_BASE,
.end = DAVINCI_ASYNC_EMIF_DATA_CE0_BASE + SZ_16K - 1,
[2] = {
/* Third (optional) memory resource is NAND I/O window */
/* for second NAND chip select */
.start = DAVINCI_ASYNC_EMIF_DATA_CE0_BASE + SZ_16K,
.end = DAVINCI_ASYNC_EMIF_DATA_CE0_BASE + 2 * SZ_16K - 1,
};

上面数组中定义的是nandflash接口（一般接在EMIF上）的IO内存资源，需要注意的是，这个数组如何定义取决于nandflash驱动（drivers/mtd/nand/davinvi-nand.c）中代码是如何使用这些资源的，比如说davinci-nand.c获取资源是platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_MEM,0)，而获取的这个资源是用于控制寄存器配置的，则上面数组中0成员就必须是EMIF控制寄存器的IO内存地址，如果这个资源是用于访问nandflash数据的，则0数组的成员就必须是EMIF数据寄存器。所以这个数组的定义需要配置davinci-nand.c驱动的编写来更改。

（编辑：李大同）

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