嵌入式Linux之我行——S3C2440上Flash驱动实例开发讲解

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<div>
嵌入式Linux之我行，主要讲述和总结了本人在学习嵌入式linux中的每个步骤。一为总结经验，二希望能给想入门嵌入式Linux的朋友提供方便。如有错误之处，谢请指正。
</div>
<ul>
<li>
共享资源，欢迎转载：
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</a>
</li>
</ul>
一、Linux中Flash硬件知识


<ol>
<li>
Flash用途和分类： 
在嵌入式系统开发设计中，存储模块是不可缺少的重要部分，而
Flash是目前市场上主要的非易失闪存技术，他主要分为：Nor Flash和Nand Flash两种。那么他们有什么区别呢？简单的讲：Nor
Flash容量小，价格高，写速度慢但随机读速度快，所以较适合存储少量的程序代码，比如u-boot启动代码；而Nand
Flash则容量大，价格低，写速度快但读速度慢，所以他相当于PC上的硬盘用于存储大量的数据。Nor Flash与Nand
Flash更详细区别如下表： <img src="http://blog.chinaunix.net/photo/101649_100629103038.png" alt=""> 
</li>
<li>
Flash在硬件设计中的应用： 
以Mini2440开发板为例：该开发板上带有一块2M的Nor Flash和一块64M的Nand Flash。下面先看看他们是怎样被应用于嵌入式Linux的。Nor Flash和Nand Flash电路原理图分别如下：(由mini2440提供) <img src="http://blog.chinaunix.net/photo/101649_100629104856.png" alt=""> 
从
原理图上可以看到，Nor Flash内部提供的是有类似于DRam之类的地址总线，可以直接与CPU相连，CPU可以直接通过地址总线对Nor
Flash进行访问；而Nand Flash没有这类的总线，其内部只提供IO接口，因此只能通过IO接口发送命令和地址，对Nand
Flash内部数据进行访问。这可以说是二者最大的区别了，也说明了二者读写速度不同的所在。因此，各有各的优点，Nor Flash访问快，Nand
Flash简化了电路。注意：电路原理图中字母上面有一横杠的表示该引脚是低电平有效，没有的是默认的高电平。
</li>
</ol>
<div>
二、Linux中Flash软件知识

</div>
<ol>
<li>
Linux MTD子系统： 

在Linux系统中，提供了MTD(内存技术设备)子系统来建立Flash针对Linux的统一、抽象的接口。MTD子系统将上层文件系统与底层
Flash硬件进行了隔离，使Flash驱动开发者无需再关心Flash作为字符设备或者块设备与Linux内核的接口。MTD将Linux系统
Flash设备驱动及接口分成了4个层次，如图所示，从上往下分别为：设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和Flash硬件驱动层。 <img src="http://blog.chinaunix.net/photo/101649_100629160140.png" alt=""> 设备节点：
用户在/dev目录下使用mknod命令建立MTD字符设备节点(主设备号为90)，或者MTD块设备节点(主设备号为31)，使用该设备节点即可访问MTD设备。 MTD设备层：
基于MTD原始设备层，系统将MTD设备可以定义为MTD字符设备(在/mtd/mtdchar.c中实现)和MTD块设备(在/mtd/mtdblock.c中实现)。 MTD原始设备层：
MTD原始设备层由两个部分组成，分别是MTD原始设备的通用代码和各个特定的Flash的数据，如分区信息。 Flash硬件驱动层：
Flash硬件驱动层负责对Flash硬件的读、写和擦除操作。MTD设备的Nor Flash芯片驱动一般位于drivers/mtd/chips/子目录下，Nand Flash芯片的驱动则位于drivers/mtd/nand/子目录下。 
综
合上述我们可知，MTD子系统已经对Flash设备对于上层的应用进行了封装，我们在写硬件驱动的时候直接调用MTD原始设备层提供的接口函数做相应的操
作即可。那么，对于MTD设备层，MTD原始设备层提供了哪些接口呢？对于Flash硬件驱动层，MTD原始设备层又提供了哪些接口呢？下面开始了解。 
</li>
<li>
MTD子系统接口： 
在MTD子系统中，MTD设备层、MTD原始设备层和Flash硬件驱动层之间的接口关系如下图所示： <img src="http://blog.chinaunix.net/photo/101649_100701145306.png" alt=""> 
从上图可知，MTD设备层是通过原始设备层提供的接口来注册MTD字符设备或MTD块设备的，同样，驱动工程师要编写的Flash硬件驱动也是通过原始设备层提供的接口来添加MTD设备和MTD分区的，分别如下：
<table style="border-collapse: collapse; width: 95%;" border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr>
<td>
<code>//使用这两个接口函数进行添加和删除MTD设备
 int
add_mtd_device(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 int
del_mtd_device(
struct
mtd_info *
mtd)


</code>

<code>

</code>

<code>
<code>//使用这两个接口函数进行添加和删除MTD分区
 int
add_mtd_partitions(
struct
mtd_info *master
, struct mtd_partition
*parts
, int nbparts

)
;
 int
del_mtd_partitions(
struct
mtd_info *master

)


</code>




</code>
</td>
</tr></tbody></table>
 
在
MTD中，一个MTD原始设备用mtd_info结构体来表示，定义在include/linux/mtd/mtd.h中；一个MTD原始设备分区用
mtd_part结构体来表示，定义在drivers/mtd/mtdpart.c中。其中每个分区也被认为是一个mtd_info，比如：有一个MTD
原始设备，上面有3个分区，那么将共有3个mtd_info，而这3个mtd_info的指针将被存放在mtd_table的数组中进行管理，定义在
drivers/mtd/mtdcore.h中，如下所示：
<table style="border-collapse: collapse; width: 95%;" border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr>
<td>
<code>extern
struct
mtd_info *
mtd_table[
MAX_MTD_DEVICES]
;//最多有MAX_MTD_DEVICES(默认定义为32)个设备



</code>

</td>
</tr></tbody></table>
 
</li>
<li>
MTD子系统中重要的一些数据结构： <table style="border-collapse: collapse; width: 95%;" border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr>
<td>
<code>struct
mtd_info {
 //硬件设备的类型，如：MTD_RAM,MTD_ROM,MTD_NORFlash,MTD_NANDFlash,MTD_PEROM等
 
u_char type;
 //设备支持的选项，如：MTD_ERASEABLE(可擦除),MTD_WRITEB_WRITEALBE(可编程),
 //MTD_XIP(可片内执行),MTD_OOB(NAND额外数据),MTD_ECC(支持自动ECC)等
 uint32_t
flags;
 uint64_t
size;
//MTD设备的大小
 uint32_t
erasesize;
//主要的擦除块大小(注意：同一个MTD设备可能有几种不同的erasesize)
 uint32_t
writesize;
//编程块大小
 uint32_t
oobsize;
//OOB数据大小
 uint32_t
oobavail;
 unsigned
int
erasesize_shift;
 unsigned
int
writesize_shift;
 unsigned
int
erasesize_mask;
 unsigned
int
writesize_mask;
 const
char
*
name;
 int
index;
 struct
nand_ecclayout *
ecclayout;
//ECC布局结构
 int
numeraseregions;
//擦除区域的个数，通常为1
 struct
mtd_erase_region_info *
eraseregions;

//擦除区域的指针 
 //此方法将一个erase_info结构放入擦除队列中
 int
(
*
erase)
(
struct
mtd_info *
mtd,
struct
erase_info *
instr)
;
 //point和unpoint方法分别用于允许和禁止芯片内执行(eXecute-In-Place，简称XIP)，如果unpoint为NULL，则表示禁止XIP
 int
(
*
point)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
void
*
*
virt,
resource_size_t *
phys)
;
 void
(
*
unpoint)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len)
;
 //如果不为NULL，则表示允许无MMU单元的虚拟地址映射
 unsigned
long
(
*
get_unmapped_area)
(
struct
mtd_info *
mtd,
unsigned
long
len,
unsigned
long
offset,
unsigned
long
flags)
;
 struct
backing_dev_info *
backing_dev_info;
 //read和write分别用于MTD设备的读和写
 int
(
*
read
)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
u_char *
buf)
;
 int
(
*
write
)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t to,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
const
u_char *
buf)
;
 int
(
*
panic_write)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t to,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
const
u_char *
buf)
;
 //read_oob和write_oob分别用于读写MTD设备的OOB数据
 int
(
*
read_oob)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
struct
mtd_oob_ops *
ops)
;
 int
(
*
write_oob)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t to,
struct
mtd_oob_ops *
ops)
;
 //一下几个方法是用于实现访问一些受保护的寄存器(一般这只是出现在某些特定的Flash设备上)
 int
(
*
get_fact_prot_info)
(
struct
mtd_info *
mtd,
struct
otp_info *
buf,
size_t
len)
;
 int
(
*
read_fact_prot_reg)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
u_char *
buf)
;
 int
(
*
get_user_prot_info)
(
struct
mtd_info *
mtd,
struct
otp_info *
buf,
size_t
len)
;
 int
(
*
read_user_prot_reg)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
u_char *
buf)
;
 int
(
*
write_user_prot_reg)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len,
size_t
*
retlen,
u_char *
buf)
;
 int
(
*
lock_user_prot_reg)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t from,
size_t
len)
;
 //基于kvec的形式写
 int
(
*
writev)
(
struct
mtd_info *
mtd,
const
struct
kvec *
vecs,
unsigned
long
count
,
loff_t to,
size_t
*
retlen)
;
 //实现MTD设备的同步操作
 void
(
*
sync)
(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 //实现特定芯片的加锁和解锁
 int
(
*
lock)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t ofs,
uint64_t
len)
;
 int
(
*
unlock)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t ofs,
uint64_t
len)
;
 //实现支持电源管理
 int
(
*
suspend)
(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 void
(
*
resume)
(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 //坏块管理功能
 int
(
*
block_isbad)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t ofs)
;
 int
(
*
block_markbad)
(
struct
mtd_info *
mtd,
loff_t ofs)
;
 //默认重启的MTD设备工作模式
 struct
notifier_block reboot_notifier;
 //用于记录ECC状态的信息
 struct
mtd_ecc_stats ecc_stats;
 /* Subpage shift (NAND) */
 int
subpage_sft;
 //私有数据，注意是void类型的指针
 void
*
priv;
 struct
module *
owner;
 struct
device dev;
 int
usecount;
//记录用户的个数
 //这两个方法用于设备驱动的回调，可以根据具体需要来决定是否实现他们
 int
(
*
get_device)
(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 void
(
*
put_device)
(
struct
mtd_info *
mtd)
;
 }
;


</code>

</td>
</tr></tbody></table>
 <table style="border-collapse: collapse; width: 95%;" border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr>
<td>
<code>struct
mtd_part {
 struct
mtd_info mtd;
//本分区信息(会被加入到mtd_table中，其大部分成员由其master决定)
 struct
mtd_info *
master;
//该分区的主分区(不作为一个mtd_info加入到mtd_table。这也解释了上面的一个比喻，1个原始设备上有3个分区，最后将只有3个mtd_info加入到mtd_table而不是4个)
 uint64_t
offset;
//该分区的偏移地址
 int
index;
//该分区号
 struct
list_head list
;
 int
registered;
 }
;


</code>

</td>
</tr></tbody></table>
</li>
</ol>
<div>
三、Linux中的Nor Flash驱动

</div>

<div>未完，待续。。。。。。</div>

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