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但是由於物理製程 / 製造方面的原因，導致 nor 和 nand 在一些具體操作方面的特性不同：
表 3 Nand Flash 和 Nor Flash 的區別 1. 理論上是可以的，而且也是有人驗證過可以的，只不過由於 nand flash 的物理特性，不能完全保證所讀取的數據 / 代碼是正確的，實際上，很少這麼用而已。因爲，如果真是要用到 nand flash 做 XIP ，那麼除了讀出速度慢之外，還要保證有數據的校驗，以保證讀出來的，將要執行的代碼 / 數據，是正確的。否則，系統很容易就跑飛了。。。 2. 芯片內執行 (XIP, eXecute In Place) : http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html
【 Nand Flash 的種類】 具體再分，又可以分爲 1)Bare NAND chips ：裸片，單獨的 nand 芯片 2)SmartMediaCards ： = 裸片 + 一層薄塑料，常用於數碼相機和 MP3 播放器中。之所以稱 smart ，是由於其軟件 smart ，而不是硬件本身有啥 smart 之處。 ^_^ 3)DiskOnChip ：裸片 +glue logic ， glue logic= 硬件 ECC 產生器 + 用於靜態的 nand 芯片控制的寄存器 + 直接訪問一小片地址窗口，那塊地址中包含了引導代碼的 stub 樁，其可以從 nand flash 中拷貝真正的引導代碼。
【 spare area/oob 】 Nand 由於最初硬件設計時候考慮到，額外的錯誤校驗等需要空間，專門對應每個頁，額外設計了叫做 spare area 空區域，在其他地方，比如 jffs2 文件系統中，也叫做 oob （ out of band ）數據。 其具體用途，總結起來有： 1. 標記是否是壞快 2. 存儲 ECC 數據 3. 存儲一些和文件系統相關的數據，如 jffs2 就會用到這些空間存儲一些特定信息， yaffs2 文件系統，會在 oob 中，存放很多和自己文件系統相關的信息。
2. 軟件方面 如果想要在 Linux 下編寫 Nand Flash 驅動，那麼就先要搞清楚 Linux 下，關於此部分的整個框架。弄明白，系統是如何管理你的 nand flash 的，以及，系統都幫你做了那些準備工作，而剩下的，驅動底層實現部分，你要去實現哪些功能，才能使得硬件正常工作起來。
【內存技術設備， MTD （ Memory Technology Device ）】 MTD ，是 Linux 的存儲設備中的一個子系統。其設計此係統的目的是，對於內存類的設備，提供一個抽象層，一個接口，使得對於硬件驅動設計者來說，可以儘量少的去關心存儲格式，比如 FTL ， FFS2 等，而只需要去提供最簡單的底層硬件設備的讀 / 寫 / 擦除函數就可以了。而對於數據對於上層使用者來說是如何表示的，硬件驅動設計者可以不關心，而 MTD 存儲設備子系統都幫你做好了。 對於 MTD 字系統的好處，簡單解釋就是，他幫助你實現了，很多對於以前或者其他系統來說，本來也是你驅動設計者要去實現的很多功能。換句話說，有了 MTD ，使得你設計 Nand Flash 的驅動，所要做的事情，要少很多很多，因爲大部分工作，都由 MTD 幫你做好了。 當然，這個好處的一個“副作用”就是，使得我們不瞭解的人去理解整個 Linux 驅動架構，以及 MTD ，變得更加複雜。但是，總的說，覺得是利遠遠大於弊，否則，就不僅需要你理解，而且還是做更多的工作，實現更多的功能了。 此外，還有一個重要的原因，那就是，前面提到的 nand flash 和普通硬盤等設備的特殊性： 有限的通過出複用來實現輸入輸出命令和地址 / 數據等的 IO 接口，最小單位是頁而不是常見的 bit ，寫前需擦除等，導致了這類設備，不能像平常對待硬盤等操作一樣去操作，只能採取一些特殊方法，這就誕生了 MTD 設備的統一抽象層。 MTD ，將 nand flash ， nor flash 和其他類型的 flash 等設備，統一抽象成 MTD 設備來管理，根據這些設備的特點，上層實現了常見的操作函數封裝，底層具體的內部實現，就需要驅動設計者自己來實現了。具體的內部硬件設備的讀 / 寫 / 擦除函數，那就是你必須實現的了。
表 4.MTD 設備和硬盤設備之間的區別
多說一句，關於 MTD 更多的內容，感興趣的，去附錄中的 MTD 的主頁去看。 關於 mtd 設備驅動，感興趣的可以去參考 那裏，算是比較詳細地介紹了整個流程，方便大家理解整個 mtd 框架和 nand flash 驅動。
【 Nand flash 驅動工作原理】 在介紹具體如何寫 Nand Flash 驅動之前，我們先要了解，大概的，整個系統，和 Nand Flash 相關的部分的驅動工作流程，這樣，對於後面的驅動實現，才能更加清楚機制，才更容易實現，否則就是，即使寫完了代碼，也還是沒搞懂系統是如何工作的了。 讓我們以最常見的， Linux 內核中已經有的三星的 Nand Flash 驅動，來解釋 Nand Flash 驅動具體流程和原理。
此處是參考 2.6.29 版本的 Linux 源碼中的 /drivers/mtd/nand/s3c2410.c ，以 2410 爲例。 1. 在 nand flash 驅動加載後，第一步，就是去調用對應的 init 函數， s3c2410_nand_init, 去將在 nand flash 驅動註冊到 Linux 驅動框架中。 2. 驅動本身，真正開始，是從 probe 函數， s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe, 在 probe 過程中，去用 clk_enable 打開 nand flash 控制器的 clock 時鐘，用 request_mem_region 去申請驅動所需要的一些內存等相關資源。然後，在 s3c2410_nand_inithw 中，去初始化硬件相關的部分，主要是關於時鐘頻率的計算，以及啓用 nand flash 控制器，使得硬件初始化好了，後面才能正常工作。 3. 需要多解釋一下的，是這部分代碼： for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) { pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)/n", setno, nmtd, info); /* 調用 init chip 去掛載你的 nand 驅動的底層函數到 nand flash 的結構體中，以及設置對應的 ecc mode ，掛載 ecc 相關的函數 */ s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets); /* scan_ident ，掃描 nand 設備，設置 nand flash 的默認函數，獲得物理設備的具體型號以及對應各個特性參數，這部分算出來的一些值，對於 nand flash 來說，是最主要的參數，比如 nand falsh 的芯片的大小，塊大小，頁大小等。 */ nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd, (sets) ? sets->nr_chips : 1);
if (nmtd->scan_res == 0) { s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd); /* scan tail ，從名字就可以看出來，是掃描的後一階段，此時，經過前面的 scan_ident ，我們已經獲得對應 nand flash 的硬件的各個參數，然後就可以在 scan tail 中，根據這些參數，去設置其他一些重要參數，尤其是 ecc 的 layout ，即 ecc 是如何在 oob 中擺放的，最後，再去進行一些初始化操作，主要是根據你的驅動，如果沒有實現一些函數的話，那麼就用系統默認的。 */ nand_scan_tail(&nmtd->mtd); /* add partion ，根據你的 nand flash 的分區設置，去分區 */ s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets); } if (sets != NULL) sets++; } 4. 等所有的參數都計算好了，函數都掛載完畢，系統就可以正常工作了。 上層訪問你的 nand falsh 中的數據的時候，通過 MTD 層，一層層調用，最後調用到你所實現的那些底層訪問硬件數據 / 緩存的函數中。
【 Linux 下 nand flash 驅動編寫步驟簡介】 關於上面提到的，在 nand_scan_tail 的時候，系統會根據你的驅動，如果沒有實現一些函數的話，那麼就用系統默認的。如果實現了自己的函數，就用你的。 估計很多人就會問了，那麼到底我要實現哪些函數呢，而又有哪些是可以不實現，用系統默認的就可以了呢。 此問題的，就是我們下面要介紹的，也就是，你要實現的，你的驅動最少要做哪些工作，才能使整個 nand flash 工作起來。
1. 對於驅動框架部分 其實，要了解，關於驅動框架部分，你所要做的事情的話，只要看看三星的整個 nand flash 驅動中的這個結構體，就差不多了： static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = { .probe = s3c2410_nand_probe, .remove = s3c2410_nand_remove, .suspend = s3c24xx_nand_suspend, .resume = s3c24xx_nand_resume, .driver = { .name = "s3c2410-nand", .owner = THIS_MODULE, }, };
對於上面這個結構體，沒多少要解釋的。從名字，就能看出來： （ 1 ） probe 就是系統“探測”，就是前面解釋的整個過程，這個過程中的多數步驟，都是和你自己的 nand flash 相關的，尤其是那些硬件初始化部分，是你必須要自己實現的。 （ 2 ） remove ，就是和 probe 對應的，“反初始化”相關的動作。主要是釋放系統相關資源和關閉硬件的時鐘等常見操作了。 (3)suspend 和 resume ，對於很多沒用到電源管理的情況下，至少對於我們剛開始寫基本的驅動的時候，可以不用關心，放個空函數即可。
2. 對於 nand flash 底層操作實現部分 而對於底層硬件操作的有些函數，總體上說，都可以在上面提到的 s3c2410_nand_init_chip 中找到： static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info, struct s3c2410_nand_mtd *nmtd, struct s3c2410_nand_set *set) { struct nand_chip *chip = &nmtd->chip; void __iomem *regs = info->regs;
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf ; chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf ; chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip ; chip->chip_delay = 50; chip->priv = nmtd; chip->options = 0; chip->controller = &info->controller;
switch (info->cpu_type) { case TYPE_S3C2410: /* nand flash 控制器中，一般都有對應的數據寄存器，用於給你往裏面寫數據，表示將要讀取或寫入多少個字節 (byte,u8)/ 字 (word,u32) ，所以，此處，你要給出地址，以便後面的操作所使用 */ chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA; info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF; info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE; chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol ; chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready ; break; 。。。。。。 }
chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;
nmtd->info = info; nmtd->mtd.priv = chip; nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE; nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) { chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc ; chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data ; /* 此處，多數情況下，你所用的 Nand Flash 的控制器，都是支持硬件 ECC 的，所以，此處設置硬件 ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，而如果此處不用硬件去做的 ECC 的話，那麼下面也會去設置成 NAND_ECC_SOFT ，系統會用默認的軟件去做 ECC 校驗，相比之下，比硬件 ECC 的效率就低很多，而你的 nand flash 的讀寫，也會相應地要慢不少 */ chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;
switch (info->cpu_type) { case TYPE_S3C2410: chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc ; chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc; break; 。。。。。
} } else { chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; }
if (set->ecc_layout != NULL) chip->ecc.layout = set->ecc_layout;
if (set->disable_ecc) chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE; }
而我們要實現的底層函數，也就是上面藍色標出來的一些函數而已： （ 1 ） s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf ：這是兩個最基本的操作函數，其功能，就是往你的 nand flash 的控制器中的 FIFO 讀寫數據。一般情況下，是 MTD 上層的操作，比如要讀取一頁的數據，那麼在發送完相關的讀命令和等待時間之後，就會調用到你底層的 read_buf ，去 nand Flash 的 FIFO 中，一點點把我們要的數據，讀取出來，放到我們制定的內存的緩存中去。寫操作也是類似，將我們內存中的數據，寫到 Nand Flash 的 FIFO 中去。具體的數據流向，參考上面的圖 4 。 （ 2 ） s3c2410_nand_select_chip ： 實現 Nand Flash 的片選。 （ 3 ） s3c2410_nand_hwcontrol ：給底層發送命令或地址，或者設置具體操作的模式，都是通過此函數。 （ 4 ） s3c2410_nand_devready ： Nand Flash 的 一些操作，比如讀一頁數據，寫入（編程）一頁數據，擦除一個塊，都是需要一定時間的，在命發送完成後，就是硬件開始忙着工作的時候了，而硬件什麼時候完成 這些操作，什麼時候不忙了，變就緒了，就是通過這個函數去檢查狀態的。一般具體實現都是去讀硬件的一個狀態寄存器，其中某一位是否是 1 ，對應着是出於“就緒 / 不忙”還是“忙”的狀態。這個寄存器，也就是我們前面分析時序圖中的 R/B# 。 （ 5 ） s3c2410_nand_enable_hwecc ： 在硬件支持的前提下，前面設置了硬件 ECC 的話，要實現這個函數，用於每次在讀寫操作前，通過設置對應的硬件寄存器的某些位，使得啓用硬件 ECC ，這樣在讀寫操作完成後，就可以去讀取硬件校驗產生出來的 ECC 數值了。 （ 6 ） s3c2410_nand_calculate_ecc ：如果是上面提到的硬件 ECC 的話，就不用我們用軟件去實現校驗算法了，而是直接去讀取硬件產生的 ECC 數值就可以了。 （ 7 ） s3c2410_nand_correct_data ：當實際操作過程中，讀取出來的數據所對應的硬件或軟件計算出來的 ECC ，和從 oob 中讀出來的 ECC 不一樣的時候，就是說明數據有誤了，就需要調用此函數去糾正錯誤。對於現在 SLC 常見的 ECC 算法來說，可以發現 2 位，糾正 1 位。如果錯誤大於 1 位，那麼就無法糾正回來了。一般情況下，出錯超過 1 位的，好像機率不大。至少我看到的不是很大。更復雜的情況和更加註重數據安全的情況下，一般是需要另外實現更高效和檢錯和糾錯能力更強的 ECC 算法的。
當然，除了這些你必須實現的函數之外，在你更加熟悉整個框架之後，你可以根據你自己的 nand flash 的特點，去實現其他一些原先用系統默認但是效率不高的函數，而用自己的更高效率的函數替代他們，以提升你的 nand flash 的整體性能和效率。 |
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