如何編寫linux下nand flash驅動-4

時間 2019-11-19

標籤如何編寫 linux nand flash 驅動欄目 Linux 简体版

原文原文鏈接

2. 軟件方面html

若是想要在Linux下編寫Nand Flash驅動，那麼就先要搞清楚Linux下，關於此部分的整個框架。弄明白，系統是如何管理你的nand flash的，以及，系統都幫你作了那些準備工做，而剩下的，驅動底層實現部分，你要去實現哪些功能，才能使得硬件正常工做起來。linux

【內存技術設備，MTD（Memory Technology Device）】算法

MTD，是Linux的存儲設備中的一個子系統。其設計此係統的目的是，對於內存類的設備，提供一個抽象層，一個接口，使得對於硬件驅動設計者來講，能夠儘可能少的去關心存儲格式，好比FTL，FFS2等，而只須要去提供最簡單的底層硬件設備的讀/寫/擦除函數就能夠了。而對於數據對於上層使用者來講是如何表示的，硬件驅動設計者能夠不關心，而MTD存儲設備子系統都幫你作好了。編程

對於MTD字系統的好處，簡單解釋就是，他幫助你實現了，不少對於之前或者其餘系統來講，原本也是你驅動設計者要去實現的不少功能。換句話說，有了MTD，使得你設計Nand Flash的驅動，所要作的事情，要少不少不少，由於大部分工做，都由MTD幫你作好了。緩存

固然，這個好處的一個「反作用」就是，使得咱們不瞭解的人去理解整個Linux驅動架構，以及MTD，變得更加複雜。可是，總的說，以爲是利遠遠大於弊，不然，就不只須要你理解，並且仍是作更多的工做，實現更多的功能了。安全

此外，還有一個重要的緣由，那就是，前面提到的nand flash和普通硬盤等設備的特殊性：架構

有限的經過出複用來實現輸入輸出命令和地址/數據等的IO接口，最小單位是頁而不是常見的bit，寫前需擦除等，致使了這類設備，不能像日常對待硬盤等操做同樣去操做，只能採起一些特殊方法，這就誕生了MTD設備的統一抽象層。框架

MTD，將nand flash，nor flash和其餘類型的flash等設備，統一抽象成MTD設備來管理，根據這些設備的特色，上層實現了常見的操做函數封裝，底層具體的內部實現，就須要驅動設計者本身來實現了。具體的內部硬件設備的讀/寫/擦除函數，那就是你必須實現的了。ide

HARD drives函數	MTD device
連續的扇區	連續的可擦除塊
扇區都很小(512B,1024B)	可擦除塊比較大 (32KB,128KB)
主要經過兩個操做對其維護操做：讀扇區，寫扇區	主要經過三個操做對其維護操做：從擦除塊中讀，寫入擦除塊，擦寫可擦除塊
壞快被從新映射，而且被硬件隱藏起來了（至少是在現在常見的LBA硬盤設備中是如此）	壞的可擦除塊沒有被隱藏，軟件中要處理對應的壞塊問題。
HDD扇區沒有擦寫壽命超出的問題。	可擦除塊是有擦除次數限制的，大概是10⁴-10⁵次.

表4.MTD設備和硬盤設備之間的區別

多說一句，關於MTD更多的內容，感興趣的，去附錄中的MTD的主頁去看。

關於mtd設備驅動，感興趣的能夠去參考

MTD原始設備與FLASH硬件驅動的對話

MTD原始設備與FLASH硬件驅動的對話-續

那裏，算是比較詳細地介紹了整個流程，方便你們理解整個mtd框架和nand flash驅動。

【Nand flash驅動工做原理】

在介紹具體如何寫Nand Flash驅動以前，咱們先要了解，大概的，整個系統，和Nand Flash相關的部分的驅動工做流程，這樣，對於後面的驅動實現，才能更加清楚機制，才更容易實現，不然就是，即便寫完了代碼，也仍是沒搞懂系統是如何工做的了。

讓咱們以最多見的，Linux內核中已經有的三星的Nand Flash驅動，來解釋Nand Flash驅動具體流程和原理。

此處是參考2.6.29版本的Linux源碼中的\drivers\mtd\nand\s3c2410.c，以2410爲例。

1. 在nand flash驅動加載後，第一步，就是去調用對應的init函數，s3c2410_nand_init,去將在nand flash驅動註冊到Linux驅動框架中。

2. 驅動自己，真正開始，是從probe函數，s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,

在probe過程當中，去用clk_enable打開nand flash控制器的clock時鐘，用request_mem_region去申請驅動所須要的一些內存等相關資源。而後，在s3c2410_nand_inithw中，去初始化硬件相關的部分，主要是關於時鐘頻率的計算，以及啓用nand flash控制器，使得硬件初始化好了，後面才能正常工做。

3. 須要多解釋一下的，是這部分代碼：

for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {

pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n", setno, nmtd, info);

/* 調用init chip去掛載你的nand 驅動的底層函數到nand flash的結構體中，以及設置對應的ecc mode，掛載ecc相關的函數 */

s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);

/* scan_ident，掃描nand 設備，設置nand flash的默認函數，得到物理設備的具體型號以及對應各個特性參數，這部分算出來的一些值，對於nand flash來講，是最主要的參數，好比nand falsh的芯片的大小，塊大小，頁大小等。 */

nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd,

(sets) ? sets->nr_chips : 1);

if (nmtd->scan_res == 0) {

s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);

/* scan tail，從名字就能夠看出來，是掃描的後一階段，此時，通過前面的scan_ident，咱們已經得到對應nand flash的硬件的各個參數，而後就能夠在scan tail中，根據這些參數，去設置其餘一些重要參數，尤爲是ecc的layout，即ecc是如何在oob中擺放的，最後，再去進行一些初始化操做，主要是根據你的驅動，若是沒有實現一些函數的話，那麼就用系統默認的。 */

nand_scan_tail(&nmtd->mtd);

/* add partion，根據你的nand flash的分區設置，去分區 */

s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);

}

if (sets != NULL)

sets++;

}

4. 等全部的參數都計算好了，函數都掛載完畢，系統就能夠正常工做了。

上層訪問你的nand falsh中的數據的時候，經過MTD層，一層層調用，最後調用到你所實現的那些底層訪問硬件數據/緩存的函數中。

【Linux下nand flash驅動編寫步驟簡介】

關於上面提到的，在nand_scan_tail的時候，系統會根據你的驅動，若是沒有實現一些函數的話，那麼就用系統默認的。若是實現了本身的函數，就用你的。

估計不少人就會問了，那麼到底我要實現哪些函數呢，而又有哪些是能夠不實現，用系統默認的就能夠了呢。

此問題的，就是咱們下面要介紹的，也就是，你要實現的，你的驅動最少要作哪些工做，才能使整個nand flash工做起來。

1. 對於驅動框架部分

其實，要了解，關於驅動框架部分，你所要作的事情的話，只要看看三星的整個nand flash驅動中的這個結構體，就差很少了：

static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {

.probe = s3c2410_nand_probe,

.remove = s3c2410_nand_remove,

.suspend = s3c24xx_nand_suspend,

.resume = s3c24xx_nand_resume,

.driver = {

.name = "s3c2410-nand",

.owner = THIS_MODULE,

};

對於上面這個結構體，沒多少要解釋的。從名字，就能看出來：

（1）probe就是系統「探測」，就是前面解釋的整個過程，這個過程當中的多數步驟，都是和你本身的nand flash相關的，尤爲是那些硬件初始化部分，是你必需要本身實現的。

（2）remove，就是和probe對應的，「反初始化」相關的動做。主要是釋放系統相關資源和關閉硬件的時鐘等常見操做了。

(3)suspend和resume，對於不少沒用到電源管理的狀況下，至少對於咱們剛開始寫基本的驅動的時候，能夠不用關心，放個空函數便可。

2. 對於nand flash底層操做實現部分

而對於底層硬件操做的有些函數，整體上說，均可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到：

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;

chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;

chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;

chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;

chip->chip_delay = 50;

chip->priv = nmtd;

chip->options = 0;

chip->controller = &info->controller;

switch (info->cpu_type) {

case TYPE_S3C2410:

/* nand flash控制器中，通常都有對應的數據寄存器，用於給你往裏面寫數據，表示將要讀取或寫入多少個字節(byte,u8)/字(word,u32) ，因此，此處，你要給出地址，以便後面的操做所使用 */

chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;

info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;

info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;

chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;

chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;

break;

。。。。。。

}

chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;

nmtd->info = info;

nmtd->mtd.priv = chip;

nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;

nmtd->set = set;

if (hardware_ecc) {

chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;

chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;

/* 此處，多數狀況下，你所用的Nand Flash的控制器，都是支持硬件ECC的，因此，此處設置硬件ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，而若是此處不用硬件去作的ECC的話，那麼下面也會去設置成NAND_ECC_SOFT，系統會用默認的軟件去作ECC校驗，相比之下，比硬件ECC的效率就低不少，而你的nand flash的讀寫，也會相應地要慢很多*/

chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;

switch (info->cpu_type) {

case TYPE_S3C2410:

chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;

chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;

break;

。。。。。

}

} else {

chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;

}

if (set->ecc_layout != NULL)

chip->ecc.layout = set->ecc_layout;

if (set->disable_ecc)

chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;

}

而咱們要實現的底層函數，也就是上面藍色標出來的一些函數而已：

（1）s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf：這是兩個最基本的操做函數，其功能，就是往你的nand flash的控制器中的FIFO讀寫數據。通常狀況下，是MTD上層的操做，好比要讀取一頁的數據，那麼在發送完相關的讀命令和等待時間以後，就會調用到你底層的read_buf，去nand Flash的FIFO中，一點點把咱們要的數據，讀取出來，放到咱們制定的內存的緩存中去。寫操做也是相似，將咱們內存中的數據，寫到Nand Flash的FIFO中去。具體的數據流向，參考上面的圖4。

（2）s3c2410_nand_select_chip ：實現Nand Flash的片選。

（3）s3c2410_nand_hwcontrol：給底層發送命令或地址，或者設置具體操做的模式，都是經過此函數。

（4）s3c2410_nand_devready：Nand Flash的一些操做，好比讀一頁數據，寫入（編程）一頁數據，擦除一個塊，都是須要必定時間的，在命發送完成後，就是硬件開始忙着工做的時候了，而硬件何時完成這些操做，何時不忙了，變就緒了，就是經過這個函數去檢查狀態的。通常具體實現都是去讀硬件的一個狀態寄存器，其中某一位是不是1，對應着是出於「就緒/不忙」仍是「忙」的狀態。這個寄存器，也就是咱們前面分析時序圖中的R/B#。

（5）s3c2410_nand_enable_hwecc：在硬件支持的前提下，前面設置了硬件ECC的話，要實現這個函數，用於每次在讀寫操做前，經過設置對應的硬件寄存器的某些位，使得啓用硬件ECC，這樣在讀寫操做完成後，就能夠去讀取硬件校驗產生出來的ECC數值了。

（6）s3c2410_nand_calculate_ecc：若是是上面提到的硬件ECC的話，就不用咱們用軟件去實現校驗算法了，而是直接去讀取硬件產生的ECC數值就能夠了。

（7）s3c2410_nand_correct_data：當實際操做過程當中，讀取出來的數據所對應的硬件或軟件計算出來的ECC，和從oob中讀出來的ECC不同的時候，就是說明數據有誤了，就須要調用此函數去糾正錯誤。對於如今SLC常見的ECC算法來講，能夠發現2位，糾正1位。若是錯誤大於1位，那麼就沒法糾正回來了。通常狀況下，出錯超過1位的，好像概率不大。至少我看到的不是很大。更復雜的狀況和更加註重數據安全的狀況下，通常是須要另外實現更高效和檢錯和糾錯能力更強的ECC算法的。