基于MTD的NANDFLASH设备驱动底层实现原理分析(一)

经过UBOOT初步的移植,Linux内核初步的移植,Linux内核总线设备模型的分析,等一系列

痛苦的折腾,目的就是想更好的来分析下NANDFLASH的驱动。。大概一共历经了半个月

的时间,慢慢的对NANDFLASH驱动程序有感觉了。。。

一、MTD体系结构：Linux内核提供MTD子系统来建立FLASH针对Linux的统一、抽象接口。MTD将文件系统与底层的FLASH存储器进行隔离。

引入MTD后Linux系统中对FLASH的设备驱动分为4层

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(在/mtd/mtdchar.c中实现,设备号90)和MTD块设备(在/mtd/mtdblock.c中实现,设备号31)。

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，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

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。

二、Linux内核中基于MTD的NANDFLASH驱动代码布局：

在Linux2.6.35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、lpdrr、tests和ubi八个子目录。

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。

本文我们需要关注的代码是linux-2.6.35/drivers/mtd/nand目录中,在该目录中我们关心的文件如下：

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。

上面这些内容我是Copy别人的我觉得写得太好了,因为一开始我真的很迷茫,在nand目录下有那么多的文件,到底哪个是值得我读的.我真的不值得,读了这个大神的博客后对NANDDLASH的驱动我不再是那么的迷茫。

三、NANDFLASH的硬件特性

要想读懂后面Linux系统中对NANDFLASH硬件驱动代码,了解NANDFLASH的硬件特性这是再好不过的。

1、NANDFLASH的内部布局

2、Nand Flash的物理存储单元的阵列组织结构(以开发板上的K9F2G08为例)

K9F2G08的大小是256M

a)block:"Block是Nand Flash的擦除操作的基本/最小单位",一片NANDFLASH(chip)由很多块

(block)组成,块的大小一般是 128KB， 256KB，512KB，此处是 128KB。。其他的小于 128KB 的，

比如 64KB称之为small block的Nand Flash。

b)page:"page是读写操作的最小单位",每一个block里面包又含了许多page(页),每个页的大小，

对于现在常见的Nand Flash多数是2KB，最新的Nand Flash的是4KB、8KB等，这类的页大小大于

2KB的NandFlash，被称作 big block的 Nand Flash，对应的发读写命令地址，一共 5个周期(cycle)，

而老的 Nand Flash，页大小是 256B，512B，，这类的 Nand Flash被称作 small block的nandflash

地址周期只有4个。

c)oob:每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域(redundant area)而
Linux 系统中，一般叫做 OOB（Out Of Band），这个区域，是最初基于Nand Flash的硬件特
性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠
错机制，此机制被叫做 EDC(Error Detection Code)/ECC（Error Code Correction, 或者 Error
Checking and Correcting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。
Oob 的读写操作，一般是随着页的操作一起完成的，即读写页的时候，对应地就读写了 oob。
关于 oob具体用途，总结起来有：
1、 标记是否是坏快
2、存储ECC数据
3、存储一些和文件系统相关的数据。如 jffs2 就会用到这些空间存储一些特定信息，
4、而yaffs2 文件系统，会在 oob中，存放很多和自己文件系统相关的信息。

3、K9F2G08的引脚定义

IO7~IO0:用于输入地址/数据/命令，输出数据。

CLE：命令锁存使能位,在发送命令之前要先将模式寄存器中设置CLE使能(高电平有效)。

ALE：地址锁存使能位,在发送地址之前,要先将模式寄存器中设置ALE使能(高电平有效)。

CE：(nFCE)芯片的片选信号,操作nandflash前应该拉低该位使之选中该芯片。

RE：(nFRE)读使能,低电平有效,读之前使CE有效。

WE：(nFWE)写使能,低电平有效,写之前必须使WE有效。

WP：写保护低电平有效

R/B：(R/nB)Ready/Busy Output,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是
否完成,忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成。(其中就绪：高电平,忙：低电平)。