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1、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
2、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
3、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
4、，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.
5、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
6、，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
7、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、Nan
8、d 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
9、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
10、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
11、系统相关的信息。 3、K9F2G08的引脚定义 IO7IO0: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
12、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)。基于MTD的NANDFLASH设备驱动底层实现原理分析(二) 四、常见的NANDFLASH的操作 1、要实现对 Nand Flash 的操作，比如读取一页的数据，写入一页的数据等，都要发送对应的命令，而且要符合硬件的规定，如图： 比如说要实现读一页的数据,就要发送Read命令,而且分两个周期发送,即分两次发送对应的命令,第一次是 0x00h,第二次是 0x30h，而两次命令中间，需要发送对应的你所要读取的页的地址，对应地，其他常见的一些操作，比如写一个页的数据(Page Pro
13、gram)，就是先发送 0x80h,然后发送要写入的地址，再发送0x10h。 2、读(Read)nandflash操作过程分析 1)红色竖线穿过的第一行，是 CLE。前面介绍命令所存使能(CLE)的那个引脚将CLE 置 1，就说明你将要通过 I/O 复用端口发送进入Nand Flash的，是命令，而不是地址或者其他类型的数据。只有这样将 CLE 置 1，使其有效，才能去通知了内部硬件逻辑，你接下来将收到的是命令，内部硬件逻辑才会直到收到的是命令，放到命令寄存器中，才能实现后面正确的操作，否则，不去将 CLE 置 1使其有效硬件会无所适从，不知道你传入的到底是数据还是命令了。 2)而第二行，是
14、CE，那一刻的值是 0。这个道理很简单，你既然要向Nand Flash发命令，那么先要选中它，所以，要保证 CE为低电平，使其有效，也就是片选有效。 3)第三行是 WE，意思是写使能。因为接下来是往 Nand Flash里面写命令，所以，要使得 WE有效所以设为低电平。 4)第四行，是 ALE 是低电平，而 ALE 是高电平有效，此时意思就是使其无效。而对应地，前面介绍的使 CLE 有效，因为将要数据的是命令(此时是发送图示所示的读命令第二周期的 0x30) ，而不是地址。如果在其他某些场合，比如接下来的要输入地址的时候，就要使其有效，而使 CLE 无效了。 5)第五行，RE，此时是高电平，无
15、效。可以看到，知道后面低 6 阶段，才变成低电平，才有效，因为那时候要发生读取命令，去读取数据。 6)第六行，就是我们重点要介绍的，复用的输入输出 I/O 端口了，此刻，还没有输入数据，接下来，在不同的阶段，会输入或输出不同的数据/地址。 7)第七行，R/B,高电平，表示 R（Ready）/就绪，因为到了后面的第 5阶段，硬件内部，在第四阶段，接受了外界的读取命令后，把该页的数据一点点送到页寄存器中，这段时间，属于系统在忙着干活，属于忙的阶段所以，R/B才变成低，表示 Busy忙的状态的。 其他的时序的就类似的理解。3、计算我们要读取或者写入的行地址和例地址 以mini2440开发板上的K9F2G08为例，此Nand Flash，一共有 2048 个块,每个块内有 64 页,每个页是 2K+64 Bytes。 假设,我们要访问其中的第 1000个块中的第 25 页中的 1208字节处的地址，此时，我们就要先把具体的地址算出来： 物理地址 =块
