我的首個驅動移植——flash驅動（一）

二、Linux中Flash硬件知識（略）

二、Linux中Flash軟件知識

1. Linux MTD子系統：
   
     在Linux系統中，提供了MTD(內存技術設備)子系統來建立Flash針對Linux的統一、抽象的接口。MTD子系統將上層文件系統與底層Flash硬件進行了隔離，使Flash驅動開發者無需再關心Flash作爲字符設備或者塊設備與Linux內核的接口。MTD將Linux系統Flash設備驅動及接口分成了4個層次，如圖所示，從上往下分別爲：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層和Flash硬件驅動層。
   
   
   設備節點：用戶在/dev目錄下使用mknod命令建立MTD字符設備節點(主設備號爲90)，或者MTD塊設備節點(主設備號爲31)，使用該設備節點即可訪問MTD設備。
              mknod [options] name {bc} major minor 
              b:塊專用文件             c:字符專用文件
   MTD設備層：基於MTD原始設備層，系統將MTD設備可以定義爲MTD字符設備(在/mtd/mtdchar.c中實現)和MTD塊設備(在/mtd/mtdblock.c中實現)。
   
   MTD原始設備層：MTD原始設備層由兩個部分組成，分別是MTD原始設備的通用代碼和各個特定的Flash的數據，如分區信息。
   
   Flash硬件驅動層：Flash硬件驅動層負責對Flash硬件的讀、寫和擦除操作。MTD設備的Nor Flash芯片驅動一般位於drivers/mtd/chips/子目錄下，Nand Flash芯片的驅動則位於drivers/mtd/nand/子目錄下。
   
   綜合上述我們可知，MTD子系統已經對Flash設備對於上層的應用進行了封裝，我們在寫硬件驅動的時候直接調用MTD原始設備層提供的接口函數做相應的操作即可。那麼，對於MTD設備層，MTD原始設備層提供了哪些接口呢？對於Flash硬件驅動層，MTD原始設備層又提供了哪些接口呢？下面開始瞭解。
2. MTD子系統接口：
   
     在MTD子系統中，MTD設備層、MTD原始設備層和Flash硬件驅動層之間的接口關係如下圖所示：
   
   從上圖可知，MTD設備層是通過原始設備層提供的接口來註冊MTD字符設備或MTD塊設備的，同樣，驅動工程師要編寫的Flash硬件驅動也是通過原始設備層提供的接口來添加MTD設備和MTD分區的，分別如下：

   //使用這兩個接口函數進行添加和刪除MTD設備
int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd);
int del_mtd_device(struct mtd_info *mtd)

    

   //使用這兩個接口函數進行添加和刪除MTD分區
int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master, struct mtd_partition *parts, int nbparts);
int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master)

   
   
   在MTD中，一個MTD原始設備用mtd_info結構體來表示，定義在include/linux/mtd/mtd.h中；一個MTD原始設備分區用mtd_part結構體來表示，定義在drivers/mtd/mtdpart.c中。其中每個分區也被認爲是一個mtd_info，比如：有一個MTD原始設備，上面有3個分區，那麼將共有3個mtd_info，而這3個mtd_info的指針將被存放在mtd_table的數組中進行管理，定義在drivers/mtd/mtdcore.h中，如下所示：

   extern struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES];//最多有MAX_MTD_DEVICES(默認定義爲32)個設備

   
   
   
3. 1. MTD子系統中重要的一些數據結構：
      

      struct mtd_info 
{
    //硬件設備的類型，如：MTD_RAM,MTD_ROM,MTD_NORFlash,MTD_NANDFlash,MTD_PEROM等
    u_char type;
    
    //設備支持的選項，如：MTD_ERASEABLE(可擦除),MTD_WRITEB_WRITEALBE(可編程),
    //MTD_XIP(可片內執行),MTD_OOB(NAND額外數據),MTD_ECC(支持自動ECC)等
    uint32_t flags;
    
    uint64_t size;//MTD設備的大小
    uint32_t erasesize;//主要的擦除塊大小(注意：同一個MTD設備可能有幾種不同的erasesize)
    uint32_t writesize;//編程塊大小
    uint32_t oobsize;//OOB數據大小
    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佈局結構

    int numeraseregions;//擦除區域的個數，通常爲1
    struct mtd_erase_region_info *eraseregions;//擦除區域的指針

    //此方法將一個erase_info結構放入擦除隊列中（此處的定義不是很明白，貌似可以看成是函數）
    int (*erase) (struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr);

    //point和unpoint方法分別用於允許和禁止芯片內執行(eXecute-In-Place，簡稱XIP)，如果unpoint爲NULL，則表示禁止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);

    //如果不爲NULL，則表示允許無MMU單元的虛擬地址映射
    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分別用於MTD設備的讀和寫
    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分別用於讀寫MTD設備的OOB數據
    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);

    //一下幾個方法是用於實現訪問一些受保護的寄存器(一般這只是出現在某些特定的Flash設備上)
    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);

    //基於kvec的形式寫
    int (*writev) (struct mtd_info *mtd, const struct kvec *vecs, unsigned long count, loff_t to, size_t *retlen);

    //實現MTD設備的同步操作
    void (*sync) (struct mtd_info *mtd);

    //實現特定芯片的加鎖和解鎖
    int (*lock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len);
    int (*unlock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len);

    //實現支持電源管理
    int (*suspend) (struct mtd_info *mtd);
    void (*resume) (struct mtd_info *mtd);

    //壞塊管理功能
    int (*block_isbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
    int (*block_markbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);

    //默認重啓的MTD設備工作模式
    struct notifier_block reboot_notifier;

    //用於記錄ECC狀態的信息
    struct mtd_ecc_stats ecc_stats;
    
    /* Subpage shift (NAND) */
    int subpage_sft;

    //私有數據，注意是void類型的指針
    void *priv;

    struct module *owner;
    struct device dev;
    int usecount;//記錄用戶的個數

    //這兩個方法用於設備驅動的回調，可以根據具體需要來決定是否實現他們
    int (*get_device) (struct mtd_info *mtd);
    void (*put_device) (struct mtd_info *mtd);
};

      
      

      struct mtd_part 
{
    struct mtd_info mtd;    //本分區信息(會被加入到mtd_table中，其大部分成員由其master決定)
    struct mtd_info *master;//該分區的主分區(不作爲一個mtd_info加入到mtd_table。這也解釋了上面的一個比喻，1個原始設備上有3個分區，最後將只有3個mtd_info加入到mtd_table而不是4個)
    uint64_t offset;        //該分區的偏移地址
    int index;              //該分區號
    struct list_head list;    
    int registered;                    
};