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linux NAND驱动之一:内核中的NAND代码布局

 
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linux NAND驱动之一:内核中的NAND代码布局
2010年07月09日
  在Linux 内核中,MTD 源代码放在/driver/mtd 目录中,该目录中包含chips 、devices 、maps 、nand 、onenand 和ubi 六个子目录。其中只有nand 和onenand 目录中的代码才与NAND 驱动相关,不过nand 目录中的代码比较通用,而onenand 目录中的代码相对于nand 中的代码而言则简化了很多,它是针对三星公司开发的另一类Flash芯片,即OneNAND Flash,是一种较常用NAND先进的FLASH吧,只是目前似乎普及率并不高,本文也将不做讨论。
  因此,若只是开发基于MTD 的NAND 驱动程序,那么我们需要关注的代码就基本上全在drivers/mtd/nand 目录中了,而该目录中也不是所有的代码文件都与我们将要开发的NAND 驱动有关,除了Makefile 和Kconfig 之外,其中真正与NAND 驱动有关的代码文件只有6 个,即:
  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default 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,然后Replace 这些default 的函数。
  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 驱动被加载的时候,它会去读取具体NAND 芯片的ID ,然后根据读取的内容到上述定义的nand_manuf_ids[ ] 和nand_flash_ids[ ] 两个结构体中去查找,以此判断该NAND 芯片是那个厂商的产品,以及该NAND 芯片的类型。若查找不到,则NAND 驱动就会加载失败,因此在开发NAND 驱动前必须事先将你的NAND 芯片添加到这两个结构体中去(其实这两个结构体中已经定义了市场上绝大多数的NAND 芯片,所以除非你的NAND 芯片实在比较特殊,否则一般不需要额外添加)。
  值得一提的是,nand_flash_ids[ ] 中有三项属性比较重要,即pagesize 、chipsize 和erasesize ,驱动就是依据这三项属性来决定对NAND 芯片进行擦除,读写等操作时的大小的。其中pagesize 即NAND 芯片的页大小,一般为256 、512 或2048 ;chipsize 即NAND 芯片的容量;erasesize 即每次擦除操作的大小,通常就是NAND 芯片的block 大小。
  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。
  5)nandsim.c :
  定义了Nokia 开发的模拟NAND 设备,默认是Toshiba NAND 8MiB 1,8V 8-bit (根据ManufactureID ),开发普通NAND 驱动时不用理会。
  6)diskonchip.c :
  定义了片上磁盘(DOC) 相关的一些函数,开发普通NAND 驱动时不用理会。
  除了上述六个文件之外,nand 目录中其他文件基本都是特定系统的NAND 驱动程序例子,但看来真正有参考价值的还有cafe_nand.c 和s3c2410.c 两个,而其中又尤以cafe_nand.c 更为详细,另外,nand 目录中也似乎只有cafe_nand.c 中的驱动程序在读写NAND 芯片时用到了DMA 操作 四、基于MTD的NAND 驱动架构
  1 、platform_device 和platform_driver 的定义和注册
  对于我们的NAND driver ,以下是一个典型的例子:
  staticstruct platform_driver caorr_nand_driver ={
  . driver ={
  . name =" caorr-nand",
  . owner = THIS_MODULE,
  },
  . probe = caorr_nand_probe,
  .remove= caorr_nand_remove,
  };
  staticint __init caorr_nand_init(void)
  {
  printk("CAORR NAND Driver, (c) 2008-2009.\n");
  return platform_driver_register(& caorr_nand_driver);
  }
  staticvoid __exit caorr_nand_exit(void)
  {
  platform_driver_unregister(& caorr_nand_driver);
  }
  module_init( caorr_nand_init);
  module_exit( caorr_nand_exit);
  与大多数嵌入式Linux 驱动一样,NAND 驱动也是从module_init 宏开始。caorr_nand_init 是驱动初始化函数,在此函数中注册platform driver 结构体,platform driver 结构体中自然需要定义probe 和remove 函数。其实在大多数嵌入式Linux 驱动中,这样的套路基本已经成了一个定式
  至于module_init 有什么作用,caorr_nand_probe 又是何时调用的,以及这个driver 是怎么和NAND 设备联系起来的,就不再多说了,这里只提三点:
  A、 以上代码只是向内核注册了NAND 的platform_driver ,即caorr_nand_driver ,我们当然还需要一个NAND 的platform_device ,要不然caorr_nand_driver 的probe 函数就永远不会被执行,因为没有device 需要这个driver 。
  B、 向Linux 内核注册NAND 的platform_device 有两种方式:
  其一是直接定义一个NAND 的platform_device 结构体,然后调用platform_device_register 函数注册。作为例子,我们可以这样定义NAND 的platform_device 结构体:
  struct platform_device caorr_nand_device ={
  . name ="caorr-nand",
  . id =- 1,
  . num_resources = 0,
  . resource =NULL,
  . dev ={
  . platform_data =& caorr_platform_default_nand,
  }
  };
  platform_device_register(& caorr_nand_device); 其中num_resources 和resource 与具体的硬件相关,主要包括一些寄存器地址范围和中断的定义。caorr_platform_default_nand 待会儿再说。需要注意的是,这个platform_device 中name 的值必须与platform_driver->driver->name 的值完全一致,因为platform_bus_type 的match 函数是根据这两者的name 值来进行匹配的。 其二是用platform_device_alloc 函数动态分配一个platform_device ,然后再用platform_device_add 函数把这个platform_device 加入到内核中去。具体不再细说,Linux 内核中有很多例子可以参考。
  相对来说,第一种方式更加方便和直观一点,而第二种方式则更加灵活一点。
  C、 在加载NAND 驱动时,我们还需要向MTD Core 提供一个信息,那就是NAND 的分区信息,caorr_platform_default_nand 主要就是起这个作用,更加详细的容后再说。
  2 、MTD 架构的简单描述
  MTD(memory technology device 存储技术设备) 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。MTD 设备可分为四层(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。
  
  A、Flash硬件驱动层:硬件驱动层负责驱动Flash硬件。
  B、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)。
  C、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。
  D、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。
  E、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。
  F、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。
  以上是从网上找到的一些资料,我只是断断续续地看过一些code,没有系统地研究过,所以这里只能讲一下MTD原始设备层与FLASH硬件驱动之间的交互。
  一个MTD原始设备可以通过mtd_part分割成数个MTD原始设备注册进mtd_table,mtd_table中的每个MTD原始设备都可以被注册成一个MTD设备,有两个函数可以完成这个工作,即 add_mtd_device函数和add_mtd_partitions函数。
  其中add_mtd_device函数是把整个NAND FLASH注册进MTD Core,而add_mtd_partitions函数则是把NAND FLASH的各个分区分别注册进MTD Core。
  add_mtd_partitions函数的原型是:
  其中master就是这个MTD原始设备,parts即NAND的分区信息,nbparts指有几个分区。那么parts和nbparts怎么来?caorr_platform_default_nand 就是起这个作用了。
  staticstruct mtd_partition caorr_platform_default_nand[]={
  [ 0]={
  . name ="Boot Strap",
  . offset = 0,
  . size = 0x40000,
  },
  [ 1]={
  . name ="Bootloader",
  . offset = MTDPART_OFS_APPEND,
  . size = 0x40000,
  },
  [ 2]={
  . name ="Partition Table",
  . offset = MTDPART_OFS_APPEND,
  . size = 0x40000,
  },
  [ 3]={
  . name ="Linux Kernel",
  . offset = MTDPART_OFS_APPEND,
  . size = 0x500000,
  },
  [ 4]={
  . name ="Rootfs",
  . offset = MTDPART_OFS_APPEND,
  . size = MTDPART_SIZ_FULL,
  },
  };
  其中offset是分区开始的偏移地址,在后4个分区我们设为 MTDPART_OFS_APPEND,表示紧接着上一个分区,MTD Core会自动计算和处理分区地址;size是分区的大小,在最后一个分区我们设为MTDPART_SIZ_FULL,表示这个NADN剩下的所有部分。
  这样配置NAND的分区并不是唯一的,需要视具体的系统而定,我们可以在kernel中这样显式的指定,也可以使用bootloader传给内核的参数进行配置。
  另外,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。(注:这里提到的read,write_oob,cmdfunc等,其实都是些函数指针,所以这里所说的函数,是指这些函数指针所指向的函数,以后本文将不再另做说明。)
  值得一提的是,struct 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default的读写函数,如果你的NAND controller比较通用(使用PIO模式),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了。
  这三部分读写函数是相互配合着完成对NAND芯片的读写的。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。如下图所示:
  
  以读NAND芯片为例,讲解一下这三部分读写函数的工作过程。
  首先,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。
  在基于MTD 的NAND driver 的probe 函数中,主要可以分为两部分内容,其一是与很多外设driver 类似的一些工作,如申请地址,中断,DMA 等资源,kzalloc 及初始化一些结构体,分配DMA 用的内存等等;其二就是与MTD 相关的一些特定的工作,在这里我们将只描述第二部分内容。
  (1)probe 函数中与MTD 相关的结构体
  在probe 函数中,我们需要为三个与MTD 相关的结构体分配内存以及初始化,它们是struct mtd_info 、struct mtd_partition 和struct nand_chip 。其中前两者已经在四节做过说明,这里只对struct nand_chip 做一些介绍。struct nand_chip 是一个与NAND 芯片密切相关的结构体,主要包含三方面内容: 
  A)指向一些操作NAND 芯片的函数的指针,稍后将对这些函数指针作一些说明; 
  B)表示NAND 芯片特性的成员变量,主要有:
  unsigned int options :与具体的NAND 芯片相关的一些选项,如NAND_BUSWIDTH_16 等,可以参考 
  int page_shift :用位表示的NAND 芯片的page 大小,如某片NAND 芯片的一个page 有512 个字节,那么page_shift 就是9;
  int phys_erase_shift :用位表示的NAND 芯片的每次可擦除的大小,如某片NAND 芯片每次可擦除16K 字节( 通常就是一个block 的大小) ,那么phys_erase_shift 就是14 ; 
  int bbt_erase_shift :用位表示的bad block table 的大小,通常一个bbt 占用一个block ,所以bbt_erase_shift 通常与phys_erase_shift 相等; 
  int   numchips :表示系统中有多少片NAND 芯片; 
  unsigned long chipsize :NAND 芯片的大小;
  int   pagemask :计算page number 时的掩码,总是等于chipsize/page 大小- 1 ;
  int   pagebuf :用来保存当前读取的NAND 芯片的page number ,这样一来,下次读取的数据若还是属于同一个page ,就不必再从NAND 芯片读取了,而是从data_buf 中直接得到;
  int   badblockpos :表示坏块信息保存在oob 中的第几个字节。对于绝大多数的NAND 芯片,若page size  > 512 ,那么坏块信息从Byte 0 开始存储,否则就存储在Byte 5 ,即第六个字节。
  C.  与ecc ,oob 和bbt (bad block table) 相关的一些结构体,对于坏块及坏块管理,将在稍后做专门介绍。 
  (2)对NAND 芯片进行实际操作的函数
  前面已经说过,MTD 为我们提供了许多default 的操作NAND 的函数,这些函数与具体的硬件( 即NAND controller) 相关,而现有的NAND controller 都有各自的特性和配置方式,MTD 当然不可能为所有的NAND controller 都提供一套这样的函数,所以在MTD 中定义的这些函数只适用于通用的NAND controller( 使用PIO 模式)。 
  如果你的NAND controller 在操作或者说读写NAND 时有自己独特的方式,那就必须自己定义适用于你的NAND controller 的函数。一般来说,这些与硬件相关的函数都在struct nand_chip 结构体中定义,或者应该说是给此结构体中的函数指针赋值。
  struct nand_chip { 
  void __iomem * IO_ADDR_R; 
  void __iomem * IO_ADDR_W; 
  uint8_t ( * read_byte) ( struct mtd_info * mtd) ; 
  u16 ( * read_word) ( struct mtd_info * mtd) ; 
  void ( * write_buf) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * buf, int len) ; 
  void ( * read_buf) ( struct mtd_info * mtd, uint8_t * buf, int len) ; 
  int ( * verify_buf) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * buf, int len) ; 
  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 ( * cmd_ctrl) ( struct mtd_info * mtd, int dat, unsigned int ctrl) ; 
  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 ) ; 
  void ( * erase_cmd) ( struct mtd_info * mtd, int page) ; 
  int ( * scan_bbt) ( struct mtd_info * mtd) ; 
  int ( * errstat) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * this , int state, int status, int page) ; 
  int ( * write_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf, int page, int cached, int raw) ; 
  ……
  struct nand_ecc_ctrl ecc; 
  ……
  } 
  IO_ADDR_R 和IO_ADDR_W :8 位NAND 芯片的读写地址,如果你的NAND controller 是用PIO 模式与NAND 芯片交互,那么只要把这两个值赋上合适的地址,就完全可以使用MTD 提供的default 的读写函数来操作NAND 芯片了。所以这两个变量视具体的NAND controller 而定,不一定用得着;
  read_byte 和read_word :从NAND 芯片读一个字节或一个字,通常MTD 会在读取NAND 芯片的ID ,STATUS 和OOB 中的坏块信息时调用这两个函数,具体是这样的流程,首先MTD 调用cmdfunc 函数,发起相应的命令,NAND 芯片收到命令后就会做好准备,最后MTD 就会调用read_byte 或read_word 函数从NAND 芯片中读取芯片的ID ,STATUS 或者OOB ;
  read_buf 、write_buf 和verify_buf:分别是从NAND 芯片读取数据到buffer、把buffer 中的数据写入到NAND 芯片、和从NAND 芯片中读取数据并验证。调用read_buf 时的流程与read_byte 和read_word 类似,MTD 也是先调用cmdfunc 函数发起读命令( 如NAND_CMD_READ0 命令) ,接着NAND 芯片收到命令后做好准备,最后MTD 再调用read_buf 函数把NAND 芯片中的数据读取到buffer 中。调用write_buf 函数的流程与read_buf 相似;
  select_chip :因为系统中可能有不止一片NAND 芯片,所以在对NAND 芯片进行操作前,需要这个函数来指定一片NAND 芯片;
  cmdfunc :向NAND 芯片发起命令;
  waitfunc :NAND 芯片在接收到命令后,并不一定能立即响应NAND controller 的下一步动作,对有些命令,比如erase ,program 等命令,NAND 芯片需要一定的时间来完成,所以就需要这个waitfunc 来等待NAND 芯片完成命令,并再次进入准备好状态;
  write_page :把一个page 的数据写入NAND 芯片,这个函数一般不需我们实现,因为它会调用struct nand_ecc_ctrl 中的write_page_raw 或者write_page 函数,关于这两个函数将在稍后介绍。
  以上提到的这些函数指针,都是REPLACEABLE 的,也就是说都是可以被替换的,根据你的NAND controller ,如果你需要自己实现相应的函数,那么只需要把你的函数赋值给这些函数指针就可以了,如果你没有赋值,那么MTD 会把它自己定义的default 的函数赋值给它们。在本地代码上,以上函数指针都采用的默认的方式,通过s3c_nand_probe-》nand_scan-》nand_scan_ident-》nand_set_defaults,在该函数中以上的函数指针都被nand_base.c定义的默认函数赋值。 
  顺便提一下,以上所说的读写NAND 芯片的流程并不是唯一的,如果你的NAND controller 在读写NAND 芯片时有自己独特的方式,那么完全可以按照自己的方式来做。就比如我们公司芯片的NAND controller ,因为它使用DMA 的方式从NAND 芯片中读写数据,所以在我的NAND driver 中,读数据的流程是这样的:首先在cmdfunc 函数中初始化DMA 专用的buffer ,配置NAND 地址,发起命令等,在cmdfunc 中我几乎做了所有需要与NAND 芯片交互的事情,总之等cmdfunc 函数返回后,NAND 芯片中的数据就已经在DMA 专用的buffer 中了,之后MTD 会再调用read_buf 函数,所以我的read_buf 函数其实只是把数据从DMA 专用的buffer 中,拷贝到MTD 提供的buffer 中罢了。
  (3)最后,struct nand_chip 结构体中还包含了一个很重要的结构体,即struct  nand_ecc_ctrl ,它的定义如下: 
  struct nand_ecc_ctrl { 
  ……
  void ( * hwctl) ( struct mtd_info * mtd, int mode) ; 
  int ( * calculate) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * dat, uint8_t * ecc_code) ; 
  int ( * correct) ( struct mtd_info * mtd, uint8_t * dat, uint8_t * read_ecc, uint8_t * calc_ecc) ; 
  int ( * read_page_raw) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, uint8_t * buf) ; 
  void ( * write_page_raw) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf) ; 
  int ( * read_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, uint8_t * buf) ; 
  void ( * write_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf) ; 
  int ( * read_oob) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, int page, int sndcmd) ; 
  int ( * write_oob) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, int page) ; 
  } ; 
  hwctl :这个函数用来控制硬件产生ecc ,其实它主要的工作就是控制NAND controller 向NAND 芯片发出NAND_ECC_READ 、NAND_ECC_WRITE 和NAND_ECC_READSYN 等命令,与struct nand_chip 结构体中的cmdfunc 类似,只不过发起的命令是ECC 相关的罢了;
  calculate :根据data 计算ecc 值;
  correct :根据ecc 值,判断读写数据时是否有错误发生,若有错,则立即试着纠正,纠正失败则返回错误;
  read_page_raw 和write_page_raw :从NAND 芯片中读取一个page 的原始数据和向NAND 芯片写入一个page 的原始数据,所谓的原始数据,即不对读写的数据做ecc 处理,该读写什么值就读写什么值。另外,这两个函数会读写整个page 中的所有内容,即不但会读写一个page 中MAIN 部分,还会读写OOB 部分。
  read_page 和write_page :与read_page_raw 和write_page_raw 类似,但不同的是,read_page 和write_page 在读写过程中会加入ecc 的计算,校验,和纠正等处理。
  read_oob 和write_oob :读写oob 中的内容,不包括MAIN 部分。
  其实,以上提到的这几个read_xxx 和write_xxx 函数,最终都会调用struct nand_chip 中的read_buf 和write_buf 这两个函数,所以如果没有特殊需求的话,我认为不必自己实现,使用MTD 提供的default 的函数即可  由前面的说明可知,我们在要对NAND 芯片进行实际操作前已经为struct mtd_info 、struct mtd_partition 和struct nand_chip 这三个结构体分配好了内存,接下来就要为它们做一些初始化工作。 其中,我们需要为struct mtd_info 所做的初始化工作并不多,因为MTD Core 会在稍后为它做很多初始化工作(这些工作在nand_scan_tail这个函数的后半部分来填充),但是有一点必须由我们来做,那就是把指向struct nand_chip 结构体的指针赋给struct mtd_info 的priv 成员变量,因为MTD Core 中很多函数之间的调用都只传递struct mtd_info ,它需要通过priv 成员变量得到struct nand_chip 。如下,在s3c_nand.c中:
  struct mtd_info *s3c_mtd = NULL;   //mtd_info结构体指针
  struct nand_chip *nand;                  //nand_chip结构体指针
  /* allocate memory for MTD device structure and private data */
  s3c_mtd = kmalloc(sizeof(struct mtd_info) + sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL);  //一起分内存
  nand = (struct nand_chip *) (&s3c_mtd[1]);  //得到划分的内存
  memset((char *) s3c_mtd, 0, sizeof(struct mtd_info));     //初始化0
  memset((char *) nand, 0, sizeof(struct nand_chip));
  s3c_mtd->priv = nand;
  所以,为struct nand_chip 的初始化,才是我们在probe 函数中的主要工作。其实这里所谓的初始化,主要就是为struct nand_chip 结构体中的众多函数指针赋值。现在假定你定义好了所有需要的与NAND 芯片交互的函数,并已经把它们赋给了struct nand_chip 结构体中的函数指针。当然,此时你还不能保证这些函数一定能正确工作,但是没有关系,probe 函数在接下来的工作中会调用到几乎所有的这些函数,你可以依次来验证和调试。当你的probe 函数能顺利通过后,那么这些函数也就基本没什么问题了,你的NAND 驱动也就已经完成了80 %了。 
  接下来,probe 函数就会开始与NAND 芯片进行交互了,它要做的事情主要包括这几个方面:读取NAND 芯片的ID ,然后查表得到这片NAND 芯片的如厂商,page size ,erase size 以及chip size 等信息,接着,根据struct nand_chip 中options 的值的不同,或者在NAND 芯片中的特定位置查找bad block table ,或者scan 整个NAND 芯片,并在内存中建立bad block table 。说起来复杂,但其实所有的这些动作,都可以在MTD 提供的一个叫做nand_scan 的函数中完成。
  关于nand_scan 函数,在使用时我想有一个地方值得一提。nand_scan 函数主要有两个两个函数组成,即nand_scan_ident 函数和nand_scan_tail 函数。其中nand_scan_ident 函数会读取NAND 芯片的ID,而nand_scan_tail 函数则会查找或者建立bbt (bad block table) 。 
  在一般情况下,我们可以直接调用nand_scan 函数来完成所要做的工作,然而却并不总是如此,在有些情况下,我们必须分别调用nand_scan_ident 函数和nand_scan_tail 函数,因为在这两者之间,我们还需要做一些额外的工作。在《基于MTD 的NAND 驱动开发(一) 》中介绍过一个叫做struct nand_ecclayout 的结构体,它用来定义ecc 在oob 中的布局。对于small page( 每页512 Byte) 和big page( 每页2048 Byte) 的两种NAND 芯片,它们的ecc 在oob 中的布局不尽相同。如果你的driver 中对这两种芯片的ecc 布局与MTD 中定义的default 的布局一致,那么就很方便,直接调用nand_scan 函数即可。
  但如果不是,那你就需要为这两种不同的NAND 芯片分别定义你的ecc 布局。于是问题来了,因为我们在调用nand_scan_ident 函数之前,是不知道系统中的NAND 芯片是small page 类型的,还是big page 类型,然而在调用nand_scan_tail 函数之前,却必须确定NAND 芯片的oob 布局( 包括ecc 布局和坏块信息pattern) ,因为nand_scan_tail 函数在读取oob 以及处理ecc 时需要这个信息。所以在这种情况下,我们就需要首先调用nand_scan_ident 函数,它会调用一个叫做nand_get_flash_type 的函数,MTD 就是在这个函数中读取NAND 芯片的ID ,然后就能查表( 即全局变量nand_flash_ids) 知道这片NAND 芯片的类型( 即writesize 的大小) 了。接下来,你就可以在你的NAND 驱动中,根据writesize 的大小来区分ecc 的布局了。最后,我们就可以顺利地调用nand_scan_tail 函数了。
  六、NAND驱动中的坏块管理   由于NAND Flash的现有工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠,因此在NAND芯片出厂的时候,厂家只能保证block 0不是坏块,对于其它block,则均有可能存在坏块,而且NAND芯片在使用的过程中也很容易产生坏块。因此,我们在读写NAND FLASH 的时候,需要检测坏块,同时还需在NAND驱动中加入坏块管理的功能。
  NAND驱动在加载的时候,会调用nand_scan函数,对bad block table的搜寻,建立等操作就是在这个函数的第二部分,即nand_scan_tail函数中完成的。
  bbt指向一块在 nand_default_bbt函数中分配的内存,若options中没有定义NAND_USE_FLASH_BBT,MTD就直接在bbt指向的内存中建立bbt,否则就会先从NAND芯片中查找bbt是否存在,若存在,就把bbt的内容读出来并保存到bbt指向的内存中,若不存在,则在bbt指向的内存中建立bbt,最后把它写入到NAND芯片中去。
  options:bad block table或者bad block的选项,可用的选择以及各选项具体表示什么含义,可以参考。
  pages:bbt专用。在查找bbt的时候,若找到了bbt,就把bbt所在的page号保存在这个成员变量中。若没找到bbt,就会把新建立的bbt的保存位置赋值给它。因为系统中可能会有多个NAND芯片,我们可以为每一片NAND芯片建立一个bbt,也可以只在其中一片NAND 芯片中建立唯一的一个bbt,所以这里的pages是个维数为NAND_MAX_CHIPS的数值,用来保存每一片NAND芯片的bbt位置。当然,若只建立了一个bbt,那么就只使用pages[0]。
  offs、len和pattern:MTD会从oob的offs中读出len长度的内容,然后与pattern指针指向的内容做比较,若相等,则表示找到了bbt,或者表示这个block是好的。
  veroffs和version:bbt专用。MTD会从oob的veroffs中读出一个字节的内容,作为bbt的版本值保存在version中。
  maxblocks:bbt专用。MTD在查找bbt的时候,不会查找NAND芯片中所有的block,而是最多查找maxblocks个block。
  前文说过,不管bbt是存储在NAND芯片中,还是存储在内存中,nand_default_bbt函数都会调用nand_scan_bbt函数。
  nand_scan_bbt函数会判断bbt_td的值,若是NULL,则表示bbt存储在内存中,它就在调用nand_memory_bbt函数后返回。nand_memory_bbt函数的主要工作就是在内存中建立bbt,其实就是调用了create_bbt函数。
  create_bbt函数的工作方式很简单,就是扫描NAND芯片所有的block,读取每个block中第一个page的oob内容,然后根据oob中的坏块信息建立起bbt,可以参见上节关于struct nand_bbt_descr中的offs、len和pattern成员变量的解释。
  相对于把bbt存储在内存中,这种方式的工作流程稍显复杂一点。
  其一是调用read_abs_bbts函数直接从给定的page地址读取,那么这个page地址在什么时候指定呢?就是在你的NAND driver中指定。前文说过,在struct nand_chip结构体中有两个成员变量,分别是bbt_td和bbt_md,MTD为它们附上了default的值,但是你也可以根据你的需要为它们附上你自己定义的值。假如你为bbt_td和bbt_md的options成员变量定义了NAND_BBT_ABSPAGE,同时又把你的bbt所在的 page地址保存在bbt_td和bbt_md的pages成员变量中,MTD就可以直接在这个page地址中读取bbt了。值得一提的是,在实际使用时一般不这么干,因为你不能保证你保存bbt的那个block就永远不会坏,而且这样也不灵活;
  其二是调用那个search_read_bbts函数试着在NAND芯片的maxblocks(请见上文关于struct nand_bbt_descr中maxblocks的说明)个block中查找bbt是否存在,若找到,就可以读取bbt了。
  MTD查找bbt的过程为:如果你在bbt_td和bbt_md的options 成员变量中定义了 NAND_BBT_LASTBLOCK,那么MTD就会从NAND芯片的最后一个block开始查找(在default情况下,MTD就是这么干的),否则就从第一个block开始查找。
  与查找oob中的坏块信息时类似,MTD会从所查找block的第一个page的oob中读取内容,然后与bbt_td或bbt_md 中patter指向的内容做比较,若相等,则表示找到了bbt,否则就继续查找下一个block。顺利的情况下,只需查找一个block中就可以找到 bbt,否则MTD最多会查找maxblocks个block。
  若找到了bbt,就把该bbt所在的page地址保存到bbt_td或bbt_md的pages成员变量中,否则pages的值为-1。
  如果系统中有多片NAND芯片,并且为每一片NAND芯片都建立一个bbt,那么就会在每片NAND芯片上重复以上过程。
  接着,nand_scan_bbt函数会调用check_create函数,该函数会判断是否找到了bbt,其实就是判断bbt_td 或者bbt_md中pages成员变量的值是否有效。若找到了bbt,就会把bbt从NAND芯片中读取出来,并保存到struct nand_chip中bbt指针指向的内存中;若没找到,就会调用create_bbt函数建立bbt(与bbt存储在内存中时情况一样),同时把bbt 写入到NAND芯片中去。
  自从写了《基于MTD的NAND驱动开发(一)》后,好久没有动笔,时隔一年才把这篇文章写完,真是惭愧!不过,不管怎么样,总算是写完了,除了还有一些ECC相关的内容外,也基本把我想表达的内容都表达出来了。
  本文没有纠缠于MTD中每一句code怎么实现这种细节,因为一来本文主要是写给我自己的,二来我觉得对于开发一个基于NAND的驱动来说,并不需要对MTD中的每一条代码都彻底细致的研究,只要能在总体或者大局上有所把握,能了解MTD中主要函数的工作流程,也就可以了。而且,我觉得对于太细节的东西,只依靠讲解是不起什么作用的,还得自己去研读代码才能明白和掌握。
  bbt_td、bbt_md和badblock_pattern就是在nand_default_bbt函数中赋值的3个结构体。它们虽然是相同的结构体类型,但却有不同的作用和含义。
  其中bbt_td和bbt_md是主bbt和镜像bbt的描述符(镜像bbt主要用来对bbt的update和备份),它们只在把bbt存储在NAND芯片的情况下使用,用来从NAND芯片中查找bbt。若bbt存储在内存中,bbt_td和bbt_md将会被赋值为NULL。
  badblock_pattern就是坏块信息的pattern,其中定义了坏块信息在oob中的存储位置,以及内容(即用什么值表示这个block是个坏块)。
  通常用1或2个字节来标志一个block是否为坏块,这1或2个字节就是坏块信息,如果这1或2个字节的内容是0xff,那就说明这个 block是好的,否则就是坏块。对于坏块信息在NAND芯片中的存储位置,small page(每页512 Byte)和big page(每页2048 Byte)的两种NAND芯片不尽相同。一般来说,small page的NAND芯片,坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第六个字节中,而big page的NAND芯片,坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第1和第2个字节中。
  我不能确定是否所有的NAND芯片都是如此布局,但应该绝大多数NAND芯片是这样的,不过,即使某种NAND芯片的坏块信息不是这样的存储方式也没关系,因为我们可以在badblock_pattern中自己指定坏块信息的存储位置,以及用什么值来标志坏块(其实这个值表示的应该是 "好块",因为MTD会把从oob中坏块信息存储位置读出的内容与这个值做比较,若相等,则表示是个"好块",否则就是坏块)。
  在nand_scan_tail函数中,会首先检查struct nand_chip结构体中的options成员变量是否被赋上了NAND_SKIP_BBTSCAN,这个宏表示跳过扫描bbt。所以,只有当你的 driver中没有为options定义NAND_SKIP_BBTSCAN时,MTD才会继续与bbt相关工作,即调用struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数,在MTD中,这个函数指针指向nand_default_bbt函数。
  bbt有两种存储方式,一种是把bbt存储在NAND芯片中,另一种是把bbt存储在内存中。对于前者,好处是驱动加载更快,因为它只会在第一次加载NAND驱动时扫描整个NAND芯片,然后在NAND芯片的某个block中建立bbt,坏处是需要至少消耗NAND芯片一个block的存储容量;而对于后者,好处是不会耗用NAND芯片的容量,坏处是驱动加载稍慢,因为存储在内存中的bbt每次断电后都不会保存,所以在每次加载NAND 驱动时,都会扫描整个NAND芯片,以便建立bbt。
  如果你系统中的NAND芯片容量不是太大的话,我建议还是把bbt存储在内存中比较好,因为根据本人的使用经验,对一块容量为2G bits的NAND芯片,分别采用这两种存储方式的驱动的加载速度相差不大,甚至几乎感觉不出来。
  建立bbt后,以后在做擦除等操作时,就不用每次都去验证当前block是否是个坏块了,因为从bbt中就可以得到这个信息。另外,若在读写等操作时,发现产生了新的坏块,那么除了标志这个block是个坏块外,也还需更新bbt。
  接下来,介绍一下MTD是如何查找或者建立bbt的。
  struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数,即nand_default_bbt函数会首先检查struct nand_chip中options成员变量,如果当前NAND芯片是AG-AND类型的,会强制把bbt存储在NAND芯片中,因为这种类型的NAND 芯片中含有厂家标注的"好块"信息,擦除这些block时会导致丢失坏块信息。
  接着nand_default_bbt函数会再次检查struct nand_chip中options成员变量,根据它是否定义了NAND_USE_FLASH_BBT,而为struct nand_chip中3个与bbt相关的结构体附上不同的值,然后再统一调用nand_scan_bbt函数,nand_scan_bbt函数会那3个结构体的不同的值做不同的动作,或者把bbt存储在NAND芯片中,或者把bbt存储在内存中。
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