这几天一直在学习Linux NorFlash驱动，以下是我根据《Linux设备驱动开发详解》第二版中的有关Flash设备驱动以及结合自己的理解所写的文档。如果能够帮助学习Linux Flash设备驱动的人解决些问题，我便感到满足了。
一、Linux Flash驱动结构
1、Linux MTD系统层次
在Linux系统中，提供了MTD(内存技术设备)系统来建立Flash针对Linux的统一、抽象的接口。
在引入MTD后，Linux系统中Flash设备驱动及接口可分为4层，从上到下依次是：设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。如下所示：
1) 设备节点：通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点(主设备号为90)和MTD块设备节点(主设备号为31)，用户通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。
2) MTD设备层：分为MTD字符设备(mtdchar.c)和MTD块设备(mtdblock.c)，建立在MTD原始设备层之上，为应用程序提供访问Flash的接口。
3) MTD原始设备层：MTD原始设备层由两部分组成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定的Flash的数据，例如分区。
4) 硬件驱动层：Flash 硬件驱动层负责Flash硬件设备的读、写、擦除。
2、Linux MTD系统接口
在引入MTD后，底层Flash驱动直接与MTD原始设备层交互，利用其提供的接口注册设备和分区。
mtd_info是表示MTD原始设备的结构体，每个分区也被认为是一个mtd_info。例如：如果有两个MTD原始设备，而每个上有3个分区，在系统中就共有6个mtd_info结构体，这些mtd_info的指针被存放在名为mtd_table的数组里。
struct mtd_info {
u_char type; /*内存技术的类型*/
u_int32_t flags; /*标志位*/
u_int32_t size;
/*mtd设备的大小*/
u_int32_t erasesize; /*主要的擦除块大小*/
u_int32_t writesize; /*最小的可写单元的字节数*/
u_int32_t oobsize; /*OOB字节数*/
u_int32_t oobavail; /*可用的OOB字节数*/
char *name; /*分区的名字*/
int index; /*分区的索引号*/
struct nand_ecclayout *ecclayout; /*ECC布局结构体指针*/
//不同的erasesize的区域
int numeraseregions; /*不同的erasesize的区域的数目*/
struct mtd_erase_region_info *eraseregions;
//擦除函数
int (*erase) (struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr);
//读写函数
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);
//oob读写函数
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);
//设备锁
int (*lock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, size_t len);
int (*unlock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, size_t len);
//电源管理函数
int (*suspend) (struct mtd_info *mtd);
void (*resume) (struct mtd_info *mtd);
//坏块管理函数
int (*block_isbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
int (*block_markbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
void *priv; /*私有数据*/
};
1) mtd_info的type字段给出底层物理设备的类型，包括MTD_RAM、MTD_ROM、MTD_NORFLASH、MTD_NANDFLASH等。
2) flags字段标志可以是MTD_WRITEABLE、MTD_BIT_WRITEABLE、MTD_NO_ERASE、MTD_POWERUP_LOCK等的组合。
3) mtd_info中的的read()、write()、read_oob()、write_oob()、erase()是MTD设备驱动要实现的主要函数。但是在NOR和NAND的驱动代码中几乎看不到mtd_info的成员函数，这是因为Linux在MTD的下层实现了针对NOR Flash和NAND Flash的通用的mtd_info成员函数。
Flash驱动中使用如下的两个函数注册和注销MTD设备：
int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd);
int del_mtd_device (struct mtd_info *mtd);
mtd_part结构体用于表示分区(某一个分区)，其mtd_info结构体成员用于描述该分区，它会被加入到mtd_table中。
struct mtd_part {
struct mtd_info mtd; //分区的信息
struct mtd_info *master; //该分区的主分区
u_int32_t offset; //该分区的偏移地址
int index; //分区号
struct list_head list;
int registered;
};
在MTD原始设备层中维护着一个mtd_part链表mtd_partitions(Flash的整个分区)。
struct mtd_partition {
char *name; //标识字符串
u_int32_t size;
//分区大小
u_int32_t offset; //主MTD空间内的偏移
u_int32_t mask_flags; //掩码标志
struct nand_ecclayout *ecclayout; //OOB布局
struct mtd_info **mtdp;
};
Flash驱动中使用如下两个函数注册和注销分区：
int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,
const struct mtd_partition *parts,
int nbparts);
int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master);
① add_mtd_partitions()会对每一个新建分区建立一个新的mtd_part结构体，将其加入mtd_partition中，并调用add_mtd_device()将此分区作为MTD设备加入mtd_table。
② del_mtd_partitions()的作用是对于mtd_partition上的每一个分区，如果它的主分区是master，则将它从mtd_partition和mtd_table中删除并释放掉，这个函数会调用del_mtd_device()。
二、NOR Flash驱动结构
在Linux系统中，实现了针对CFI(公共Flash接口)等接口的通用NOR驱动，这一层的驱动直接面向mtd_info的成员函数，这使得NOR的芯片级驱动变得非常的简单，只需要定义具体的内存映射情况结构体map_info并使用指定接口类型调用do_map_probe()。
NOR Flash驱动的核心是定义map_info结构体，它指定了NOR Flash的基址、位宽、大小等信息以及Flash的读写函数。
struct map_info {
char *name; /*NOR FLASH的名字*/
unsigned long size; /*NOR FLASH的大小*/
resource_size_t phys; /*NOR FLASH的起始物理地址*/
void __iomem *virt; /*NOR FLASH的虚拟地址*/
void *cached;
int bankwidth; /*NOR FLASH的总线宽度*/
//缓存的虚拟地址
void (*inval_cache)(struct map_info *, unsigned long, ssize_t);
void (*set_vpp)(struct map_info *, int);
};
NOR Flash驱动在Linux中实现非常简单，如下图所示：
① 定义map_info的实例，初始化其中的成员，根据目标板的情况为name、size、bankwidth和phys赋值。
② 如果Flash要分区，则定义mtd_partition数组，将实际电路板中Flash分区信息记录于其中。
③ 以map_info和探测的接口类型(如"cfi_probe"等)为参数调用do_map_probe()，探测Flash得到mtd_info。
三、NOR Flash驱动程序
需要说明的是，我用的是GQS3C2440的开发板，程序如下所示：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h> /*printk*/
#include <asm/io.h> /*ioremap*/
#include <linux/types.h> /*ARRAY_SIZE*/
#include <linux/mtd/mtd.h> /*mtd_info*/
#include <linux/mtd/map.h> /*map_info*/
#include <linux/mtd/partitions.h> /*mtd_partition*/
#define WINDOW_ADDR 0x00000000 /*NOR FLASH的物理地址*/
#define WINDOW_SIZE 0x00200000 /*NOR FLASH大小*/
#define BUSWIDTH 2 /*NOR FLASH总线宽度A0~A19*/
//探测的接口类型
#define PROBETYPES {"cfi_probe",NULL}
//用于打印信息
#define MSG_PREFIX "S3C2440-NOR:"
static struct mtd_info *mymtd=0; /*定义MTD原始设备的结构体*/
//定义并初始化map_info结构体
struct map_info s3c2440nor_map={
.name = "NOR flash on S3C2440", /*初始化NOR FLASH的名字*/
.size = WINDOW_SIZE, /*初始化NOR FLASH的大小*/
.bankwidth = BUSWIDTH, /*初始化NOR FLASH的位宽*/
.phys = WINDOW_ADDR, /*初始化NOR FLASH的物理地址*/
};
//MTD分区的信息
static struct mtd_partition static_partitions[]=
{
//bootloader存放的区域
{
.name = "U-boot",
.size = 0x040000,
.offset= 0x0
},
};
static int mtd_parts_nb=0; /*定义分区数*/
static struct mtd_partition *mtd_parts=0; /*定义分区*/
static int __init s3c2440nor_init(void)
{
static const char *rom_probe_types[]=PROBETYPES; /*定义探测的接口类型*/
const char **type;
const char *part_type=0; //定义分区的类型
printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX"0x%08x at 0x%08x\n",WINDOW_SIZE,WINDOW_ADDR);
//将NOR FLASH的物理地址映射为虚拟地址
s3c2440nor_map.virt=ioremap(WINDOW_ADDR,WINDOW_SIZE);
if(!s3c2440nor_map.virt)
{
printk(MSG_PREFIX"failed to ioremap\n");
return -EIO;
}
//初始化read、copy_from、write、copy_to函数
simple_map_init(&s3c2440nor_map);
//探测NOR FLASH
type=rom_probe_types;
for(;!mymtd && *type;type++)
mymtd=do_map_probe(*type,&s3c2440nor_map);
//找到NOR FLASH
if(mymtd)
{
mymtd->owner=THIS_MODULE;
mtd_parts=static_partitions; /*初始化分区*/
mtd_parts_nb=ARRAY_SIZE(static_partitions); /*得到分区数*/
part_type="static";
if(mtd_parts_nb==0)
printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX"no partition info available\n");
else
{
printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX "using %s partition definition\n",part_type);
add_mtd_partitions(mymtd,mtd_parts,mtd_parts_nb); /*注册分区*/
}
return 0;
}
return -ENXIO;
}
static void s3c2440nor_exit(void)
{
if(mymtd)
{
del_mtd_partitions(mymtd); //删除分区
map_destroy(mymtd); //注销mtd_info结构体
}
//取消虚拟地址的映射
iounmap((void *)s3c2440nor_map.virt);
}
module_init(s3c2440nor_init);
module_exit(s3c2440nor_exit);
MODULE_AUTHOR("chenqi");
MODULE_LICENSE("GPL");