NandFlash驱动超详细分析

发布时间：2020-12-15 17:34:21 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：今天学习了 NandFlash 的驱动，硬件操作非常简单，就是这个 linux 下的驱动比较复杂，主要还是 MTD 层的问题，用了一下午时间整理出来一份详细的分析，只是分析函数结构和调用关系，具体代码实现就不看了，里面有 N 个结构体，搞得我头大。 ? 我用 linux2.6.

今天学习了NandFlash的驱动，硬件操作非常简单，就是这个linux下的驱动比较复杂，主要还是MTD层的问题，用了一下午时间整理出来一份详细的分析，只是分析函数结构和调用关系，具体代码实现就不看了，里面有N个结构体，搞得我头大。

我用linux2.6.25内核，2440板子，先从启动信息入手。

内核启动信息，NAND部分：

s3c2440-nand s3c2440-nand: Tacls=2,20ns Twrph0=3 30ns,Twrph1=2 20ns

NAND device: Manufacturer ID: 0xec,Chip ID: 0x76 (Samsung NAND 64MiB 3,3V 8-bit)

Scanning device for bad blocks

Creating 3 MTD partitions on "NAND 64MiB 3,3V 8-bit":

0x00000000-0x00040000 : "boot"

0x0004c000-0x0024c000 : "kernel"

0x0024c000-0x03ffc000 : "yaffs2"

第一行，在driver/mtd/nand/s3c2410.c中第910行，s3c2410_nand_init函数：

行二行，同一文件，第212行，s3c2410_nand_inithw函数：

dev_info(info->device,"Tacls=%d,%dns Twrph0=%d %dns,Twrph1=%d %dnsn",tacls,to_ns(tacls,clkrate),twrph0,to_ns(twrph0,twrph1,to_ns(twrph1,clkrate));

第三行，在driver/mtd/nand/nand_base.c中第2346行，

printk(KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:" " 0x%02x,Chip ID: 0x%02x (%s %s)n",*maf_id,dev_id,nand_manuf_ids[maf_idx].name,type->name);

第四行，在driver/mtd/nand/nand_bbt.c中第380行，creat_bbt函数：

Printk(KERN INFO " Scanning device for bad blocks n");

第五行，在driver/mtd/mtdpart.c中第340行，add_mtd_partitions函数：

printk (KERN_NOTICE "Creating %d MTD partitions on "%s":n",nbparts,master->name);

下面三行，是flash分区表，也在mtdpart.c同一函数中，第430行：

printk (KERN_NOTICE "0x%08x-0x%08x : "%s"n",slave->offset,slave->offset + slave->mtd.size,slave->mtd.name);

MTD体系结构：

在linux中提供了MTD（Memory Technology Device，内存技术设备）系统来建立Flash针对linux的统一、抽象的接口

引入MTD后，linux系统中的Flash设备驱动及接口可分为4层:

设备节点

MTD设备层

MTD原始设备层

硬件驱动层

硬件驱动层：Flash硬件驱动层负责底层硬件设备实际的读、写、擦除，Linux MTD设备的NAND型Flash驱动位于driver/mtd/nand子目录下

s3c2410对应的nand Flash驱动为s3c2410.c

MTD原始设备层：MTD原始设备层由两部分构成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定Flash的数据，比如分区

主要构成的文件有：

drivers/mtd/mtdcore.c?支持mtd字符设备

driver/mtd/mtdpart.c??支持mtd块设备

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），构成MTD设备层

简单的说就是：使用一个mtd层来作为具体的硬件设备驱动和上层文件系统的桥梁。mtd给出了系统中所有mtd设备（nand，nor，diskonchip）的统一组织方式。

mtd层用一个数组struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系统中所有的设备，mtd设备利用struct mtd_info?这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数，mtd系统的那个机制主要就是围绕这个结构来实现的。结构体在include/linux/mtd/mtd.h中定义：

struct mtd_info {

u_char type;????????????//MTD?设备类型

u_int32_t flags;????????//MTD设备属性标志

u_int32_t size;?????????//标示了这个mtd设备的大小

u_int32_t erasesize;????//MTD设备的擦除单元大小，对于NandFlash来说就是Block的大小

u_int32_t oobblock;??????//oob区在页内的位置，对于512字节一页的nand来说是512

u_int32_t oobsize;??????//oob区的大小，对于512字节一页的nand来说是16

u_int32_t ecctype;??????//ecc校验类型

u_int32_t eccsize;??????//ecc的大小

char *name;?????????????//设备的名字

int index;??????????????//设备在MTD列表中的位置

struct nand_oobinfo oobinfo; //oob区的信息，包括是否使用ecc，ecc的大小

//以下是关于mtd的一些读写函数，将在nand_base中的nand_scan中重载

int (*erase)

int (*read)

int (*write)

int (*read_ecc)

int (*write_ecc)

int (*read_oob)

void *priv;//设备私有数据指针，对于NandFlash来说指nand芯片的结构

下面看nand_chip结构，在include/linux/mtd/nand.h中定义：

struct nand_chip {

void??__iomem???*IO_ADDR_R;????//这是nandflash的读写寄存器

void??__iomem?????*IO_ADDR_W;?

//以下都是nandflash的操作函数，这些函数将根据相应的配置进行重载

u_char????(*read_byte)(struct mtd_info *mtd);

void??????(*write_byte)(struct mtd_info *mtd,u_char byte);

u16???????(*read_word)(struct mtd_info *mtd);

void??????(*write_word)(struct mtd_info *mtd,u16 word);

void?????(*write_buf)(struct mtd_info *mtd,const u_char *buf,int len);

void?????(*read_buf)(struct mtd_info *mtd,u_char *buf,Arial; font-size:16px; line-height:26px"> int?????(*verify_buf)(struct mtd_info *mtd,Arial; font-size:16px; line-height:26px"> void?????(*select_chip)(struct mtd_info *mtd,int chip);

int?????(*block_bad)(struct mtd_info *mtd,loff_t ofs,int getchip);

int??????(*block_markbad)(struct mtd_info *mtd,loff_t ofs);

void?????(*hwcontrol)(struct mtd_info *mtd,int cmd);

int??????(*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);

void?????(*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd,unsigned command,int column,int page_addr);

int??????(*waitfunc)(struct mtd_info *mtd,struct nand_chip *this,int state);

int?????(*calculate_ecc)(struct mtd_info *mtd,const u_char *dat,u_char *ecc_code);

int???(*correct_data)(struct mtd_info *mtd,u_char *dat,u_char *read_ecc,u_char *calc_ecc);

void????(*enable_hwecc)(struct mtd_info *mtd,int mode);

void????(*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd,int page);

int?????(*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);

int???????eccmode;?????//ecc的校验模式（软件，硬件）

int???????chip_delay;??//芯片时序延迟参数

int???????page_shift;??//页偏移，对于512B/页的，一般是9

u_char????*data_buf;???//数据缓存区

跟NAND操作相关的函数：

1、?nand_base.c：

定义了NAND驱动中对NAND芯片最基本的操作函数和操作流程，如擦除、读写page、读写oob等。当然这些函数都只是进行一些常规的操作，若你的系统在对NAND操作时有一些特殊的动作，则需要在你自己的驱动代码中进行定义。

2、?nand_bbt.c：

定义了NAND驱动中与坏块管理有关的函数和结构体。

3、?nand_ids.c：

定义了两个全局类型的结构体：struct nand_flash_dev nand_flash_ids[ ]和struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[ ]。其中前者定义了一些NAND芯片的类型，后者定义了NAND芯片的几个厂商。NAND芯片的ID至少包含两项内容：厂商ID和厂商为自己的NAND芯片定义的芯片ID。当NAND加载时会找这两个结构体，读出ID，如果找不到，就会加载失败。

4、?nand_ecc.c：

定义了NAND驱动中与softeware ECC有关的函数和结构体，若你的系统支持hardware ECC，且不需要software ECC，则该文件也不需理会。

我们需要关心的是/nand/s3c2410,这个文件实现的是s3c2410/2440nandflash控制器最基本的硬件操作，读写擦除操作由上层函数完成。

s3c2410.c分析：

首先看一下要用到的结构体的注册：

struct s3c2410_nand_mtd {

????struct mtd_info??????mtd;???//mtd_info的结构体

????struct nand_chip?????chip;??//nand_chip的结构体

????struct s3c2410_nand_set?????*set;

????struct s3c2410_nand_info????*info;

????int???????????scan_res;

};

enum s3c_cpu_type {??//用来枚举CPU类型

????TYPE_S3C2410,

????TYPE_S3C2412,

????TYPE_S3C2440,

};

struct s3c2410_nand_info {?

????/* mtd info */

????struct nand_hw_control??????controller;

????struct s3c2410_nand_mtd?????*mtds;

????struct s3c2410_platform_nand????*platform;

????/* device info */

????struct device????????*device;

????struct resource??????????*area;

????struct clk????????*clk;

????void __iomem?????????*regs;

????void __iomem?????????*sel_reg;

????int???????????sel_bit;

????int???????????mtd_count;

????unsigned long????????save_nfconf;

????enum s3c_cpu_type????cpu_type;

};

设备的注册：

static int __init s3c2410_nand_init(void)

{

????platform_driver_register(&s3c2412_nand_driver);

????platform_driver_register(&s3c2440_nand_driver);

????return platform_driver_register(&s3c2410_nand_driver);

}

platform_driver_register向内核注册设备，同时支持这三种CPU。

&s3c2440_nand_driver是一个platform_driver类型的结构体：

static struct platform_driver s3c2440_nand_driver = {

????.probe?????= s3c2440_nand_probe,

????.remove???= s3c2410_nand_remove,

????.suspend???= s3c24xx_nand_suspend,

????.resume????= s3c24xx_nand_resume,

????.driver????= {

???????.name??= "s3c2440-nand",

???????.owner?= THIS_MODULE,

????},

};

最主要的函数就是s3c2440_nand_probe，（调用s3c24XX_nand_probe）,完成对nand设备的探测，

static int s3c24xx_nand_probe(struct platform_device *pdev,

?????????????????enum s3c_cpu_type cpu_type)

{

???????/*主要完成一些硬件的初始化，其中调用函数：*/

???????s3c2410_nand_init_chip(info,nmtd,sets);

???????/*init_chip结束后，调用nand_scan完成对flash的探测及mtd_info读写函数的赋值*/

nmtd->scan_res =?nand_scan(&nmtd->mtd,(sets) ? sets->nr_chips : 1);

???????if (nmtd->scan_res == 0) {

???????????s3c2410_nand_add_partition(info,sets);

???????}

}

Nand_scan是在初始化nand的时候对nand进行的一步非常好重要的操作，在nand_scan中会对我们所写的关于特定芯片的读写函数重载到nand_chip结构中去，并会将mtd_info结构体中的函数用nand的函数来重载，实现了mtd到底层驱动的联系。

并且在nand_scan函数中会通过读取nand芯片的设备号和厂家号自动在芯片列表中寻找相应的型号和参数，并将其注册进去。

static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,

?????????????????struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,

?????????????????struct s3c2410_nand_set *set)

{

????struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;

????void __iomem *regs = info->regs;

????/*以下都是对chip赋值，对应nand_chip中的函数*/

????chip->write_buf????= s3c2410_nand_write_buf;??//写buf

????chip->read_buf?????= s3c2410_nand_read_buf;???//读buf

????chip->select_chip??= s3c2410_nand_select_chip;//片选

????chip->chip_delay???= 50;

????chip->priv????= nmtd;

????chip->options????= 0;

????chip->controller???= &info->controller; //？？

????switch (info->cpu_type) {

????case TYPE_S3C2440:

???????chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2440_NFDATA;??//数据寄存器

???????info->sel_reg???= regs + S3C2440_NFCONT;??//控制寄存器

???????info->sel_bit?= S3C2440_NFCONT_nFCE;

???????chip->cmd_ctrl??= s3c2440_nand_hwcontrol; //硬件控制

???????chip->dev_ready = s3c2440_nand_devready;??//设备就绪

???????chip->read_buf??= s3c2440_nand_read_buf;??//读buf

???????chip->write_buf???= s3c2440_nand_write_buf;//写buf

???????break;

????}

????chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W; //读写寄存器都是同一个

????nmtd->info????= info;

????nmtd->mtd.priv???????= chip; //私有数据指针指向chip

????nmtd->mtd.owner????= THIS_MODULE;

????nmtd->set?????= set;

????/*后面是和ECC校验有关的，省略*/

}

初始化后，实现对nand的基本硬件操作就可以了，包括以下函数：

s3c2410_nand_inithw??//初始化硬件，在probe中调用

s3c2410_nand_select_chip??//片选

s3c2440_nand_hwcontrol??//硬件控制，其实就是片选

s3c2440_nand_devready??//设备就绪

s3c2440_nand_enable_hwecc??//使能硬件ECC校验

s3c2440_nand_calculate_ecc??//计算ECC

s3c2440_nand_read_buf??s3c2440_nand_write_buf

注册nand设备到MTD原始设备层：（这个函数由probe调用）

#ifdef CONFIG_MTD_PARTITIONS???//如果定义了MTD分区

static int s3c2410_nand_add_partition(struct s3c2410_nand_info *info,

????????????????????struct s3c2410_nand_mtd *mtd,

????????????????????struct s3c2410_nand_set *set)

{

????if (set == NULL)

???????return add_mtd_device(&mtd->mtd);

????if (set->nr_partitions > 0 && set->partitions != NULL) {

???????return add_mtd_partitions(&mtd->mtd,set->partitions,set->nr_partitions);

????}

????return add_mtd_device(&mtd->mtd);

}

#else

注册设备用这两个函数：

add_mtd_device??//如果nand整体不分区，用这个，

//该函数在mtdcore.c中实现

add_mtd_partitions??//如果nand是分区结构，用这个，

//该函数在mtdpart.c中实现

同样，注销设备也有两个函数：

del_mtd_device

del_mtd_partitions

NandFlash还有一个分区表结构体，mtd_partition，这个是在arch/arm/plat-s3c24XX/common-smdk.c中定义的。

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {

????[0] = {

???????.name??= "boot",

???????.size??= 0x00040000,

???????.offset????= 0,

????[1] = {

???????.name??= "kernel",

???????.offset = 0x0004C000,

???????.size??= 0x00200000,

????[2] = {

???????.name??= "yaffs2",

???????.offset = 0x0024C000,

???????.size??= 0x03DB0000,

};

记录了当前的nand flash有几个分区，每个分区的名字，大小，偏移量是多少

系统就是依靠这些分区表找到各个文件系统的

这些分区表nand中的文件系统没有必然关系，分区表只是把flash分成不同的部分

如果自己编写一个nandflash驱动，只需要填充这三个结构体：

Mtd_info?????nand_chip?????mtd_partition

并实现对物理设备的控制，上层的驱动控制已由mtd做好了，不需要关心

2410NandFlash控制器

管脚配置

D[7:0]: DATA0-7?数据/命令/地址/的输入/输出口（与数据总线共享）

CLE : GPA17??命令锁存使能?(输出)

ALE : GPA18??地址锁存使能（输出）

nFCE : GPA22 NAND Flash?片选使能（输出）

nFRE : GPA20 NAND Flash?读使能?(输出)

nFWE : GPA19 NAND Flash?写使能?(输出)

R/nB : GPA21 NAND Flash?准备好/繁忙（输入）