NandFlash驱动超详细分析.docx
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NandFlash驱动超详细分析.docx
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NandFlash驱动超详细分析
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:
S3C24XXNANDDriver,(c)2004SimtecElectronics
s3c2440-nands3c2440-nand:
Tacls=2,20nsTwrph0=330ns,Twrph1=220ns
NANDdevice:
ManufacturerID:
0xec,ChipID:
0x76(SamsungNAND64MiB3,3V8-bit)
Scanningdeviceforbadblocks
Creating3MTDpartitionson"NAND64MiB3,3V8-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:
printk("S3C24XXNANDDriver,(c)2004SimtecElectronics\n");
行二行,同一文件,第212行,s3c2410_nand_inithw函数:
dev_info(info->device,"Tacls=%d,%dnsTwrph0=%d%dns,Twrph1=%d%dns\n",tacls,to_ns(tacls,clkrate),twrph0,to_ns(twrph0,clkrate),twrph1,to_ns(twrph1,clkrate));
第三行,在driver/mtd/nand/nand_base.c中第2346行,
printk(KERN_INFO"NANDdevice:
ManufacturerID:
""0x%02x,ChipID:
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(KERNINFO"Scanningdeviceforbadblocks\n");
第五行,在driver/mtd/mtdpart.c中第340行,add_mtd_partitions函数:
printk(KERN_NOTICE"Creating%dMTDpartitionson\"%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(MemoryTechnologyDevice,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,LinuxMTD设备的NAND型Flash驱动位于driver/mtd/nand子目录下
s3c2410对应的nandFlash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structmtd_info*mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系统中所有的设备,mtd设备利用structmtd_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:
structmtd_info{
u_chartype;//MTD设备类型
u_int32_tflags;//MTD设备属性标志
u_int32_tsize;//标示了这个mtd设备的大小
u_int32_terasesize;//MTD设备的擦除单元大小,对于NandFlash来说就是Block的大小
u_int32_toobblock;//oob区在页内的位置,对于512字节一页的nand来说是512
u_int32_toobsize;//oob区的大小,对于512字节一页的nand来说是16
u_int32_tecctype;//ecc校验类型
u_int32_teccsize;//ecc的大小
char*name;//设备的名字
intindex;//设备在MTD列表中的位置
structnand_oobinfooobinfo;//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)
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:
structnand_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)(structmtd_info*mtd);
void(*write_byte)(structmtd_info*mtd,u_charbyte);
u16(*read_word)(structmtd_info*mtd);
void(*write_word)(structmtd_info*mtd,u16word);
void(*write_buf)(structmtd_info*mtd,constu_char*buf,intlen);
void(*read_buf)(structmtd_info*mtd,u_char*buf,intlen);
int(*verify_buf)(structmtd_info*mtd,constu_char*buf,intlen);
void(*select_chip)(structmtd_info*mtd,intchip);
int(*block_bad)(structmtd_info*mtd,loff_tofs,intgetchip);
int(*block_markbad)(structmtd_info*mtd,loff_tofs);
void(*hwcontrol)(structmtd_info*mtd,intcmd);
int(*dev_ready)(structmtd_info*mtd);
void(*cmdfunc)(structmtd_info*mtd,unsignedcommand,intcolumn,intpage_addr);
int(*waitfunc)(structmtd_info*mtd,structnand_chip*this,intstate);
int(*calculate_ecc)(structmtd_info*mtd,constu_char*dat,u_char*ecc_code);
int(*correct_data)(structmtd_info*mtd,u_char*dat,u_char*read_ecc,u_char*calc_ecc);
void(*enable_hwecc)(structmtd_info*mtd,intmode);
void(*erase_cmd)(structmtd_info*mtd,intpage);
int(*scan_bbt)(structmtd_info*mtd);
inteccmode;//ecc的校验模式(软件,硬件)
intchip_delay;//芯片时序延迟参数
intpage_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:
structnand_flash_devnand_flash_ids[]和structnand_manufacturersnand_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softewareECC有关的函数和结构体,若你的系统支持hardwareECC,且不需要softwareECC,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:
structs3c2410_nand_mtd{
structmtd_infomtd;//mtd_info的结构体
structnand_chipchip;//nand_chip的结构体
structs3c2410_nand_set*set;
structs3c2410_nand_info*info;
intscan_res;
};
enums3c_cpu_type{//用来枚举CPU类型
TYPE_S3C2410,
TYPE_S3C2412,
TYPE_S3C2440,
};
structs3c2410_nand_info{
/*mtdinfo*/
structnand_hw_controlcontroller;
structs3c2410_nand_mtd*mtds;
structs3c2410_platform_nand*platform;
/*deviceinfo*/
structdevice*device;
structresource*area;
structclk*clk;
void__iomem*regs;
void__iomem*sel_reg;
intsel_bit;
intmtd_count;
unsignedlongsave_nfconf;
enums3c_cpu_typecpu_type;
};
设备的注册:
staticint__inits3c2410_nand_init(void)
{
printk("S3C24XXNANDDriver,(c)2004SimtecElectronics\n");
platform_driver_register(&s3c2412_nand_driver);
platform_driver_register(&s3c2440_nand_driver);
returnplatform_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:
staticstructplatform_drivers3c2440_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,
staticints3c24xx_nand_probe(structplatform_device*pdev,
enums3c_cpu_typecpu_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,nmtd,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。
staticvoids3c2410_nand_init_chip(structs3c2410_nand_info*info,
structs3c2410_nand_mtd*nmtd,
structs3c2410_nand_set*set)
{
structnand_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){
caseTYPE_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_bufs3c2440_nand_write_buf
注册nand设备到MTD原始设备层:
(这个函数由probe调用)
#ifdefCONFIG_MTD_PARTITIONS//如果定义了MTD分区
staticints3c2410_nand_add_partition(structs3c2410_nand_info*info,
structs3c2410_nand_mtd*mtd,
structs3c2410_nand_set*set)
{
if(set==NULL)
returnadd_mtd_device(&mtd->mtd);
if(set->nr_partitions>0&&set->partitions!
=NULL){
returnadd_mtd_partitions(&mtd->mtd,set->partitions,set->nr_partitions);
}
returnadd_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。
staticstructmtd_partitionsmdk_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nandflash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_infonand_chipmtd_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:
GPA22NANDFlash片选使能(输出)
nFRE:
GPA20NANDFlash读使能(输出)
nFWE:
GPA19NANDFlash写使能(输出)
R/nB:
GPA21NANDFlash准备好/繁忙(输入)
相关寄存器:
NFCONFNandFlash控制寄存器
[15]NandFlash控制器使能/禁止0=禁止
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