如何编写linux下nand flash驱动-4

2.       软件方面

若是想要在Linux下编写Nand Flash驱动，那么就先要搞清楚Linux下，关于此部分的整个框架。弄明白，系统是如何管理你的nand flash的，以及，系统都帮你作了那些准备工做，而剩下的，驱动底层实现部分，你要去实现哪些功能，才能使得硬件正常工做起来。

 

【内存技术设备，MTD（Memory Technology Device）】

MTD，是Linux的存储设备中的一个子系统。其设计此系统的目的是，对于内存类的设备，提供一个抽象层，一个接口，使得对于硬件驱动设计者来讲，能够尽可能少的去关心存储格式，好比FTL，FFS2等，而只须要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就能够了。而对于数据对于上层使用者来讲是如何表示的，硬件驱动设计者能够不关心，而MTD存储设备子系统都帮你作好了。

对于MTD字系统的好处，简单解释就是，他帮助你实现了，不少对于之前或者其余系统来讲，原本也是你驱动设计者要去实现的不少功能。换句话说，有了MTD，使得你设计Nand Flash的驱动，所要作的事情，要少不少不少，由于大部分工做，都由MTD帮你作好了。

固然，这个好处的一个“反作用”就是，使得咱们不了解的人去理解整个Linux驱动架构，以及MTD，变得更加复杂。可是，总的说，以为是利远远大于弊，不然，就不只须要你理解，并且仍是作更多的工做，实现更多的功能了。

此外，还有一个重要的缘由，那就是，前面提到的nand flash和普通硬盘等设备的特殊性：

有限的经过出复用来实现输入输出命令和地址/数据等的IO接口，最小单位是页而不是常见的bit，写前需擦除等，致使了这类设备，不能像日常对待硬盘等操做同样去操做，只能采起一些特殊方法，这就诞生了MTD设备的统一抽象层。

MTD，将nand flash，nor flash和其余类型的flash等设备，统一抽象成MTD设备来管理，根据这些设备的特色，上层实现了常见的操做函数封装，底层具体的内部实现，就须要驱动设计者本身来实现了。具体的内部硬件设备的读/写/擦除函数，那就是你必须实现的了。

HARD drives	MTD device
连续的扇区	连续的可擦除块
扇区都很小(512B,1024B)	可擦除块比较大 (32KB,128KB)
主要经过两个操做对其维护操做：读扇区，写扇区	主要经过三个操做对其维护操做：从擦除块中读，写入擦除块，擦写可擦除块
坏快被从新映射，而且被硬件隐藏起来了（至少是在现在常见的LBA硬盘设备中是如此）	坏的可擦除块没有被隐藏，软件中要处理对应的坏块问题。
HDD扇区没有擦写寿命超出的问题。	可擦除块是有擦除次数限制的，大概是104-105次.

表4.MTD设备和硬盘设备之间的区别

 

多说一句，关于MTD更多的内容，感兴趣的，去附录中的MTD的主页去看。

关于mtd设备驱动，感兴趣的能够去参考

MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话

MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话-续

那里，算是比较详细地介绍了整个流程，方便你们理解整个mtd框架和nand flash驱动。

 

【Nand flash驱动工做原理】

在介绍具体如何写Nand Flash驱动以前，咱们先要了解，大概的，整个系统，和Nand Flash相关的部分的驱动工做流程，这样，对于后面的驱动实现，才能更加清楚机制，才更容易实现，不然就是，即便写完了代码，也仍是没搞懂系统是如何工做的了。

让咱们以最多见的，Linux内核中已经有的三星的Nand Flash驱动，来解释Nand Flash驱动具体流程和原理。

 

此处是参考2.6.29版本的Linux源码中的\drivers\mtd\nand\s3c2410.c，以2410为例。

1.       在nand flash驱动加载后，第一步，就是去调用对应的init函数，s3c2410_nand_init,去将在nand flash驱动注册到Linux驱动框架中。

2.       驱动自己，真正开始，是从probe函数，s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,

在probe过程当中，去用clk_enable打开nand flash控制器的clock时钟，用request_mem_region去申请驱动所须要的一些内存等相关资源。而后，在s3c2410_nand_inithw中，去初始化硬件相关的部分，主要是关于时钟频率的计算，以及启用nand flash控制器，使得硬件初始化好了，后面才能正常工做。

3.       须要多解释一下的，是这部分代码：

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

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

/* 调用init chip去挂载你的nand 驱动的底层函数到nand flash的结构体中，以及设置对应的ecc mode，挂载ecc相关的函数 */

              s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);

/* scan_ident，扫描nand 设备，设置nand flash的默认函数，得到物理设备的具体型号以及对应各个特性参数，这部分算出来的一些值，对于nand flash来讲，是最主要的参数，好比nand falsh的芯片的大小，块大小，页大小等。 */

              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，从名字就能够看出来，是扫描的后一阶段，此时，通过前面的scan_ident，咱们已经得到对应nand flash的硬件的各个参数，而后就能够在scan tail中，根据这些参数，去设置其余一些重要参数，尤为是ecc的layout，即ecc是如何在oob中摆放的，最后，再去进行一些初始化操做，主要是根据你的驱动，若是没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。 */

                     nand_scan_tail(&nmtd->mtd);

/* add partion，根据你的nand flash的分区设置，去分区 */

                     s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);

              }

              if (sets != NULL)

                     sets++;

       }

4.       等全部的参数都计算好了，函数都挂载完毕，系统就能够正常工做了。

上层访问你的nand falsh中的数据的时候，经过MTD层，一层层调用，最后调用到你所实现的那些底层访问硬件数据/缓存的函数中。

 

【Linux下nand flash驱动编写步骤简介】

关于上面提到的，在nand_scan_tail的时候，系统会根据你的驱动，若是没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。若是实现了本身的函数，就用你的。

估计不少人就会问了，那么到底我要实现哪些函数呢，而又有哪些是能够不实现，用系统默认的就能够了呢。

此问题的，就是咱们下面要介绍的，也就是，你要实现的，你的驱动最少要作哪些工做，才能使整个nand flash工做起来。

 

1.       对于驱动框架部分

其实，要了解，关于驱动框架部分，你所要作的事情的话，只要看看三星的整个nand flash驱动中的这个结构体，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,

       },

};

 

对于上面这个结构体，没多少要解释的。从名字，就能看出来：

（1）probe就是系统“探测”，就是前面解释的整个过程，这个过程当中的多数步骤，都是和你本身的nand flash相关的，尤为是那些硬件初始化部分，是你必需要本身实现的。

（2）remove，就是和probe对应的，“反初始化”相关的动做。主要是释放系统相关资源和关闭硬件的时钟等常见操做了。

(3)suspend和resume，对于不少没用到电源管理的状况下，至少对于咱们刚开始写基本的驱动的时候，能够不用关心，放个空函数便可。

 

2.       对于nand flash底层操做实现部分

而对于底层硬件操做的有些函数，整体上说，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，通常都有对应的数据寄存器，用于给你往里面写数据，表示将要读取或写入多少个字节(byte,u8)/字(word,u32) ，因此，此处，你要给出地址，以便后面的操做所使用 */

              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;

/* 此处，多数状况下，你所用的Nand Flash的控制器，都是支持硬件ECC的，因此，此处设置硬件ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，而若是此处不用硬件去作的ECC的话，那么下面也会去设置成NAND_ECC_SOFT，系统会用默认的软件去作ECC校验，相比之下，比硬件ECC的效率就低不少，而你的nand flash的读写，也会相应地要慢很多*/

              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;

}

 

而咱们要实现的底层函数，也就是上面蓝色标出来的一些函数而已：

（1）s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf：这是两个最基本的操做函数，其功能，就是往你的nand flash的控制器中的FIFO读写数据。通常状况下，是MTD上层的操做，好比要读取一页的数据，那么在发送完相关的读命令和等待时间以后，就会调用到你底层的read_buf，去nand Flash的FIFO中，一点点把咱们要的数据，读取出来，放到咱们制定的内存的缓存中去。写操做也是相似，将咱们内存中的数据，写到Nand Flash的FIFO中去。具体的数据流向，参考上面的图4。

（2）s3c2410_nand_select_chip ： 实现Nand Flash的片选。

（3）s3c2410_nand_hwcontrol：给底层发送命令或地址，或者设置具体操做的模式，都是经过此函数。

（4）s3c2410_nand_devready：Nand Flash的一些操做，好比读一页数据，写入（编程）一页数据，擦除一个块，都是须要必定时间的，在命发送完成后，就是硬件开始忙着工做的时候了，而硬件何时完成这些操做，何时不忙了，变就绪了，就是经过这个函数去检查状态的。通常具体实现都是去读硬件的一个状态寄存器，其中某一位是不是1，对应着是出于“就绪/不忙”仍是“忙”的状态。这个寄存器，也就是咱们前面分析时序图中的R/B#。

（5）s3c2410_nand_enable_hwecc： 在硬件支持的前提下，前面设置了硬件ECC的话，要实现这个函数，用于每次在读写操做前，经过设置对应的硬件寄存器的某些位，使得启用硬件ECC，这样在读写操做完成后，就能够去读取硬件校验产生出来的ECC数值了。

（6）s3c2410_nand_calculate_ecc：若是是上面提到的硬件ECC的话，就不用咱们用软件去实现校验算法了，而是直接去读取硬件产生的ECC数值就能够了。

（7）s3c2410_nand_correct_data：当实际操做过程当中，读取出来的数据所对应的硬件或软件计算出来的ECC，和从oob中读出来的ECC不同的时候，就是说明数据有误了，就须要调用此函数去纠正错误。对于如今SLC常见的ECC算法来讲，能够发现2位，纠正1位。若是错误大于1位，那么就没法纠正回来了。通常状况下，出错超过1位的，好像概率不大。至少我看到的不是很大。更复杂的状况和更加注重数据安全的状况下，通常是须要另外实现更高效和检错和纠错能力更强的ECC算法的。

 

固然，除了这些你必须实现的函数以外，在你更加熟悉整个框架以后，你能够根据你本身的nand flash的特色，去实现其余一些原先用系统默认可是效率不高的函数，而用本身的更高效率的函数替代他们，以提高你的nand flash的总体性能和效率。

 

【引用文章】

1.Brief Intro of Nand Flash

http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/3f1635d1dc041cd7562c84a1.html

2. Samsung的型号为K9G8G08U0M的Nand Flash的数据手册

要下载数据手册，能够去这里介绍的网站下载：

samsung 4K pagesize SLC Nand Flash K9F8G08U0M datasheet + 推荐一个datasheet搜索的网站

http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/7f25a03def1de309bba167c8.html

3.Nand Falsh Read Operation

http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/f06db3546eced11a3b29356c.html

4. Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux.

http://www.linux-mtd.infradead.org/index.html