第24章-Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)

1、第24章 Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)24.1 Linux Flash驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)24.2 Flash設(shè)備基礎(chǔ)24.3 內(nèi)核MTD層24.4 Flash設(shè)備框架24.5 Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)例NOR Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)剖析24.6 Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)例NAND Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)分析24.1 Linux Flash驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)24.1.1 什么是MTD24.1.2 MTD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24.1.1 什么是MTDLinux內(nèi)核設(shè)計(jì)了一個(gè)MTD（Memory Technology Device，內(nèi)存技術(shù)設(shè)備）結(jié)構(gòu)支持Flash設(shè)備，只要按照MTD的要求設(shè)置Flash設(shè)備的參數(shù)并提供驅(qū)動(dòng)，就可讓Flash設(shè)備工作。MTD

2、是Linux內(nèi)核為支持閃存設(shè)備的一個(gè)驅(qū)動(dòng)中間層。對(duì)內(nèi)核其他部分來說，MTD屏蔽了閃存設(shè)備的細(xì)節(jié)；對(duì)于閃存設(shè)備驅(qū)動(dòng)來說，只需要向MTD中間層提供接口就可以向內(nèi)核提供閃存設(shè)備支持。JEDECCFIOOBECCEraseSizeBusWidthNANDNOR24.1.2 MTD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核MTD設(shè)備相關(guān)代碼在drivers/mtd目錄下，設(shè)計(jì)MTD的目的是讓新的閃存設(shè)備使用更簡(jiǎn)單。MTD設(shè)備可以分為4層。1設(shè)備節(jié)點(diǎn)層2MTD設(shè)備層3MTD原始設(shè)備層4硬件驅(qū)動(dòng)層1設(shè)備節(jié)點(diǎn)層通過mknod命令可以在/dev目錄下建立MTD字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)（主設(shè)備號(hào)90）和MTD塊節(jié)點(diǎn)（主設(shè)備號(hào)31），通過設(shè)備節(jié)點(diǎn)

3、可以訪問MTD字符設(shè)備和塊設(shè)備。2MTD設(shè)備層MTD設(shè)備層基于MTD原始設(shè)備，向上一層提供文件操作函數(shù)，如lseek()、open()、close()、read()、write()等。MTD塊設(shè)備定義了一個(gè)描述MTD塊設(shè)備的結(jié)構(gòu)mtdblk_dev，并且聲明了一個(gè)mtdblks數(shù)據(jù)用于存放系統(tǒng)所有注冊(cè)的MTD塊設(shè)備。MTD設(shè)備層代碼存放在drivers/mtd/mtd_blkdevs.c和drivers/mtd/mtdchar.c文件內(nèi)。3MTD原始設(shè)備層MTD原始設(shè)備層由兩部分組成，一部分包括MTD原始設(shè)備的通用代碼，另一部分包括特定的Flash數(shù)據(jù)，如閃存分區(qū)等。MTD原始設(shè)備的mtd_i

4、nfo結(jié)構(gòu)描述定義了有關(guān)MTD的大量數(shù)據(jù)和操作函數(shù)。drivers/mtd/mtd_core.c 全局變量mtd_table作為MTD原始設(shè)備表drivers/mtd/mtd_part.c 全局變量mtd_part作為MTD原始設(shè)備分區(qū)結(jié)構(gòu)，包含mtd_info結(jié)構(gòu)。每個(gè)分區(qū)作為一個(gè)原始設(shè)備。drivers/mtd/maps目錄 存放特定的閃存數(shù)據(jù)，該目錄下每個(gè)文件對(duì)應(yīng)一種類型開發(fā)板的閃存。調(diào)用函數(shù)add_mtd_device( )可建立一個(gè)mtd_info結(jié)構(gòu)并加入到mtd_table中。del_mtd_device函數(shù)可從mtd_table中刪除一個(gè)閃存設(shè)備。4硬件驅(qū)動(dòng)層該層負(fù)責(zé)在系統(tǒng)初始

5、化的時(shí)候驅(qū)動(dòng)閃存硬件。Linux內(nèi)核的MTD設(shè)備中，NOR Flash設(shè)備遵守CFI結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，其驅(qū)動(dòng)代碼放在drivers/mtd/chips目錄下。NAND Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼放在drivers/mtd/nand目錄下。一個(gè)MTD原始設(shè)備通過mtd_part結(jié)構(gòu)分成多個(gè)MTD原始設(shè)備，然后注冊(cè)到mtd_table中。 mtd_table中的每個(gè)MTD原始設(shè)備都可以注冊(cè)為一個(gè)MTD設(shè)備，字符設(shè)備的主設(shè)備號(hào)為90，次設(shè)備號(hào)奇數(shù)代表只讀設(shè)備，偶數(shù)代表可讀寫設(shè)備；塊設(shè)備的主設(shè)備號(hào)為31，次設(shè)備號(hào)為連續(xù)的自然數(shù)。4硬件驅(qū)動(dòng)層24.2 Flash設(shè)備基礎(chǔ)24.2.1 存儲(chǔ)原理24.2.2 性能比較2

6、4.2.1 存儲(chǔ)原理24.2.2 性能比較NOR閃存的特點(diǎn)是支持片內(nèi)執(zhí)行，程序可直接在上面運(yùn)行而不必加載到RAM。NOR閃存的讀取速度很快，但容量通常不大；其寫入速度很慢，不利于大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。NAND閃存的特點(diǎn)是存儲(chǔ)密度高，寫入和擦除速度都比NOR Flash快，適合大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)。NAND閃存需要特殊的存儲(chǔ)電路控制，且只有空或擦除后的單元才能寫入數(shù)據(jù)，因此必須在寫入數(shù)據(jù)之前先擦除塊。NOR閃存在擦除塊之前必須把所有的數(shù)據(jù)寫為0.NOR按照64KB128KB為一塊擦除，平均時(shí)間5SNAND閃存擦除以8KB32KB為單位擦除，時(shí)間4ms左右。NAND的寫入速度高于NOR；NOR的讀速度高于NAND

7、；NAND的擦除速度遠(yuǎn)高于NOR；NAND的擦除單元小，因此需要的擦除電路也會(huì)減小。NOR閃存帶有SRAM接口，有足夠引腳尋址，可讀取內(nèi)部每個(gè)字節(jié)；NAND閃存串行讀取數(shù)據(jù)，復(fù)雜復(fù)雜的I/O電路。NAND的讀寫單位通常為512字節(jié)，適合替代硬盤之類的塊存儲(chǔ)設(shè)備。NAND閃存的擦寫次數(shù)為100萬次左右，NOR只有10萬次左右。NAND閃存更適合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，NOR閃存適合存儲(chǔ)代碼。24.2.2 性能比較24.3 內(nèi)核MTD層24.3.1 mtd_info結(jié)構(gòu)24.3.2 mtd_part結(jié)構(gòu)24.3.3 mtd_partition結(jié)構(gòu)24.3.4 map_info結(jié)構(gòu)24.3.5 nand_chip

8、結(jié)構(gòu)24.3.1 mtd_info結(jié)構(gòu)mtd_info結(jié)構(gòu)是MTD原始設(shè)備層的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)定義了大量的關(guān)于MTD的數(shù)據(jù)和操作，定義在include/linux/mtd/mtd.h頭文件中。mtd_info結(jié)構(gòu)成員主要由數(shù)據(jù)成員和操作函數(shù)兩部分組成。內(nèi)核向閃存驅(qū)動(dòng)提供了用于注冊(cè)和注銷MTD設(shè)備的函數(shù)： int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd); int del_mtd_device(struct mtd_info *mtd);24.3.2 mtd_part結(jié)構(gòu)mtd_part結(jié)構(gòu)描述分區(qū)，該結(jié)構(gòu)中的mtd_info結(jié)構(gòu)成員用于描述本分區(qū)，加入到mt

9、d_table全局變量中。結(jié)構(gòu)定義在drivers/mtd/mtdpart.c中。27 /* Our partition node structure */28 struct mtd_part 29 struct mtd_info mtd;/ 分區(qū)信息30 struct mtd_info *master; / 該分區(qū)所在的主分區(qū)31 u_int32_t offset;/ 該分區(qū)的偏移地址32 int index;/ 分區(qū)號(hào)33 struct list_head list;34 int registered;35 ;一個(gè)Flash存儲(chǔ)器可分成多個(gè)分區(qū)，其概念類似于硬盤的分區(qū)。mtd_part中的

10、mtd成員描述當(dāng)前分區(qū)，master描述當(dāng)前分區(qū)所在存儲(chǔ)器的主分區(qū)。index為當(dāng)前分區(qū)在存儲(chǔ)器中的分區(qū)編碼,offset為分區(qū)對(duì)于存儲(chǔ)器起始位置開始的偏移。24.3.3 mtd_partition結(jié)構(gòu)內(nèi)核代碼drivers/mtd/mtdpart.c文件內(nèi)定義了添加和刪除閃存分區(qū)的函數(shù)，如下所示：int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master, const struct mtd_partition *parts, int nbparts);int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master);24.3.4

11、 map_info結(jié)構(gòu)NOR Flash驅(qū)動(dòng)使用map_info結(jié)構(gòu)作為核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)定義了NOR Flash的基址、位寬、大小等信息以及閃存的操作函數(shù)。map_info結(jié)構(gòu)定義在include/linux/mtd/map.h頭文件中。24.3.5 nand_chip結(jié)構(gòu)NAND閃存使用nand_chip結(jié)構(gòu)描述存儲(chǔ)設(shè)備信息，該結(jié)構(gòu)定義在include/linux/mtd/ nand.h頭文件中。24.4 Flash設(shè)備框架24.4.1 NOR Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架24.4.2 NAND Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架24.4.1 NOR Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架24.4.2 NAND Flas

12、h設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架24.5 Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)例NOR Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)剖析24.5.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)24.5.2 驅(qū)動(dòng)初始化24.5.3 驅(qū)動(dòng)卸載24.5.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)該驅(qū)動(dòng)程序是SHARP某種設(shè)備驅(qū)動(dòng)，程序比較簡(jiǎn)單。首先在第39行定義了一個(gè)mtd_info結(jié)構(gòu)用于描述NOR設(shè)備：39 struct map_info sharpsl_map = 40 .name = sharpsl-flash,/ 設(shè)備名稱41 .size = WINDOW_SIZE,/ 存儲(chǔ)器容量42 .bankwidth = BANK_WIDTH,/ 總線寬度43 .phys = WINDOW_ADDR44 ;24.5.2

13、驅(qū)動(dòng)初始化通過查找模塊初始化和清除宏，能得到該驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)為init_sharpsl()以及清除函數(shù)cleanup_sharpsl()。24.5.3 驅(qū)動(dòng)卸載驅(qū)動(dòng)卸載調(diào)用了cleanup_sharpsl()函數(shù)，主要是釋放NOR驅(qū)動(dòng)占用的資源。24.6 Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)例NAND Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)分析24.6.1 S3C2440 NAND控制器介紹24.6.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)24.6.3 驅(qū)動(dòng)初始化24.6.4 驅(qū)動(dòng)卸載24.6.5 初始化NAND控制器24.6.6 設(shè)置芯片操作24.6.7 電源管理24.6.1 S3C2440 NAND控制器介紹24.6.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)S3C2410、S3

14、C2412和S3C2440這3個(gè)處理器在NAND控制器部分存在一些差異。為了在三款處理器上都可以驅(qū)動(dòng)同樣的NAND Flash閃存，在drivers/mtd/nand/s3c2410.c文件中定義了s3c2410_nand_mtd結(jié)構(gòu)和s3c2410_nand_info結(jié)構(gòu)存放相關(guān)信息。s3c2410_nand_mtd結(jié)構(gòu)定義如下：92 struct s3c2410_nand_mtd 93 struct mtd_info mtd;/ 內(nèi)核mtd_info結(jié)構(gòu)94 struct nand_chip chip;/ 內(nèi)核nand_chip結(jié)構(gòu)95 struct s3c2410_nand_set *s

15、et;/ 封裝后的mtd_partition結(jié)構(gòu)，加入了S3C2440的一些屬性96 struct s3c2410_nand_info *info; / S3C2440狀態(tài)信息，私有數(shù)據(jù)97 int scan_res;98 ;24.6.3 驅(qū)動(dòng)初始化驅(qū)動(dòng)初始化調(diào)用s3c2410_nand_init()函數(shù)，定義如下：796 static int _init s3c2410_nand_init(void)797 798 printk(S3C24XX NAND Driver, (c) 2004 Simtec Electronicsn);799 800 platform_driver_register(&s3c2412_nand_driver);801 platform_driver_register(&s3c2440_nand_driver);/ 注冊(cè)S3C2440平臺(tái)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)802 return platform_driver_register(&s3c2410_nand_driver);803 24.6.4 驅(qū)動(dòng)卸載驅(qū)動(dòng)卸載時(shí)調(diào)用s3c2410_nand_remove()函數(shù)，主要是釋放驅(qū)動(dòng)占用的資源。24.6.5 初始化NAND控制器s3c2410_nand_