学习目的
- 掌握Nand Flash驱动程序的编写
通过前面对MTD系统层次进行分析，理清了内核中MTD系统框架。内核MTD系统已经实现了设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层构建，并预留接口用于硬件驱动层的注册。驱动程序编写者只需完成硬件相关的操作，如提供硬件初始化和访问函数、填充mtd_info结构体、填充用于分区描述的mtd_partition结构体、向上注册MTD硬件设备等。有了前面的基础，这一节就开始编写Nand Flash驱动程序，驱动程序的编写参考内核源码树中的drivers/mtd/nand/at91_nand.c
1、驱动入口函数
int s3c_nand_drv_init(void) { struct clk *clk; /* nand flash寄存器ioremap */ nand_reg = ioremap(S3C_NAND_REG_BASE, sizeof(struct s3c_nand_ctl_reg));--------------------------->① /* 分配nand_chip结构体 */ chip_op = kzalloc(sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL);------------------------------------------>② /* 设置nand_chip结构体 */ chip_op->select_chip = s3c_nand_select_chip; chip_op->cmd_ctrl = s3c_nand_cmd_ctrl; chip_op->IO_ADDR_R = &nand_reg->NFDATA; chip_op->IO_ADDR_W = &nand_reg->NFDATA; chip_op->dev_ready = s3c_nand_dev_ready; chip_op->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; /* enable ECC */ chip_op->chip_delay = 20; /* 20us command delay time */ /* 硬件相关设置 */ clk = clk_get(NULL, "nand"); /* 使能NAND Flash控制器时钟 */--------------------------------------->③ clk_enable(clk); #define TACLS 0 #define TWRPH0 1 #define TWRPH1 0 nand_reg->NFCONF = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);--------------------------------->④ nand_reg->NFCONT = (1<<1) | (1<<0); /* 分配设置mtd_info结构体 */ nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL);---------------------------------------->⑤ nand_mtd->priv = chip_op; nand_mtd->owner = THIS_MODULE; /* 获取nand flash信息 */ nand_scan(nand_mtd, 1);------------------------------------------------------------------------->⑥ //add_mtd_partitions(nand_mtd, s3c_nand_parts, ARRAY_SIZE(s3c_nand_parts)); mtd_device_parse_register(nand_mtd, NULL, NULL, s3c_nand_parts, ARRAY_SIZE(s3c_nand_parts));---->⑦ return 0; }
① s3c2440芯片NAND Flash控制器相关的寄存器物理地址到虚拟地址映射
② 分配并设置nand_chip结构体
nand_chip结构体是MTD系统为描述nand flash硬件而抽象出结构体，它主要包含三方面内容：
- 提供函数指针，指向用于操作NAND Flash硬件的函数
- 包含用于表示Nand Flash芯片特性变量，如芯片位宽、容量等等
- 包含用于坏块管理结构体，如ecc、oob和bbt等
MTD提供了默认的nand_chip结构体操作函数，如果驱动编写者没对nand_chip结构体的某些函数指针成员进行设置，在调用nand_scan函数时获取NAND Flash信息前，会使用nand_set_defaults函数将它被设置成默认函数。
虽然MTD为nand_chip结构体提供了一些默认函数，但这些默认函数是针对NAND Flash的共同特性抽象出的，如这些函数知道发哪些命令去读取数据，但不知道怎样去发命令，这样底层的操作还是需要我们根据硬件的特性自己去设置。
这里我们设置了nand_chip结构体成员.select_chip、.cmd_ctrl、.IO_ADDR_R、.IO_ADDR_W、.dev_ready、.ecc.mode
chip_op->select_chip = s3c_nand_select_chip; ----------------->片选操作函数 chip_op->cmd_ctrl = s3c_nand_cmd_ctrl;--------------------->命令控制函数，根据传入参数，确认是发命令还是发地址 chip_op->IO_ADDR_R = &nand_reg->NFDATA;--------------------->读数据地址 chip_op->IO_ADDR_W = &nand_reg->NFDATA;--------------------->写数据地址 chip_op->dev_ready = s3c_nand_dev_ready;-------------------->获取NAND Flash芯片是否处于忙状态 chip_op->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;------------------------->软件方式进行坏块校验
以上操作函数都是硬件相关的，针对主控芯片Nand Flash控制器编写
③ 使能NAND Flash控制器时钟
④ 根据NAND Flash芯片特性，设置2440芯片NAND Flash控制器参数
针对NAND Flash芯片的时序图，设置NAND Flash控制器的寄存器，读写时序设置
⑤ 分配和设置mtd_info结构体
mtd_info结构体是MTD设备层操作注册的MTD硬件的接口。这里我们仅需要设置mtd_info结构体成员的priv指针指向nand_chip结构体，对于硬件操作时，会取出mtd_info结构体priv成员，最终调用到nand_chip结构体中硬件操作函数。
不同厂商的NAND Flash芯片，虽然芯片特性有所不同，但他们的读写操作规范都遵守相同的规范，因此它的读写操作函数可以有内核来实现。在NAND Flash驱动中mtd_info结构体中的erase、read、write等函数，是nand_scan函数里调用nand_scan_tail函数设置。
⑥ 调用nand_scan函数
nand_scan函数首先调用nand_scan_ident函数获取NAND Flash信息，根据读取信息设置nand_chip结构体中一些描述硬件芯片特性的变量，然后调用nand_scan_tail函数，使用默认值设置所有未初始化的指针，读取NAND Flash中坏块，设置mtd_info结构体成员。
⑦ 注册MTD设备
将mtd_info结构体存放到mtd_table数组未使用的一项里，解析并设置分区，调用设备层已经注册的notifier结构体的add成员函数，设置gendisk结构体，创建设备节点等。
s3c_nand_parts是对NAND Flash分区进行描述，在Nand Flash创建分别创建了bootloader、params、kernel、root等四个分区，分区范围描述如下：
static struct mtd_partition s3c_nand_parts[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00020000, }, [2] = { .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00200000, }, [3] = { .name = "root", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, } };
其中offset是分区开始的偏移地址，MTDPART_OFS_APPEND，表示紧接着上一个分区，MTD Core会自动计算和处理分区地址；
size是分区的大小，在最后一个分区我们设为MTDPART_SIZ_FULL，表示这个NADN剩下的所有部分。
2、驱动出口函数
void s3c_nand_drv_exit(void) { nand_release(nand_mtd);------------>① kfree(nand_mtd);------------------->② kfree(chip_op);-------------------->③ iounmap(nand_reg);----------------->④ }
① 取消注册NAND Flash设备
② 释放动态分配nand_info结构体内存
③ 释放动态分配nand_chip结构体内存
④ 取消s3c2440的NAND Flash控制器相关寄存器虚拟地址到物理地址映射
3、驱动测试
1）make menuconfig配置不让内核自带的s3c2440 nand flash驱动编译进内核
Device Drivers --->
<*> Memory Technology Device (MTD) support --->
<*> NAND Device Support --->
< > NAND Flash support for Samsung S3C SoCs
2）make uImage重新编译内核
3）设置uboot内核启动参数，挂接网络文件系统作为根文件系统
bootargs=noinitrd root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.100:/work/fs_digital_photo_self ip=192.168.1.99:192.168.1.100:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off init=linuxrc console=ttySAC0,115200
4）烧写并重启内核，insmode加载驱动程序
5）挂载设备节点到mnt目录测试（若nand flash上无文件系统，须使用mtd-utils-05.07.23.tar.bz2源码编译工具，用于设备格式化）
mount /dev/mtdblock3 /mnt
cd mnt
echo "Hello World" > hello.txt
cat hello.txt
完整驱动程序
#include <linux/module.h> #include <linux/types.h> #include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ioport.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/err.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/clk.h> #include <linux/cpufreq.h> #include <linux/mtd/mtd.h> #include <linux/mtd/nand.h> #include <linux/mtd/nand_ecc.h> #include <linux/mtd/partitions.h> #include <asm/io.h> #include <plat/regs-nand.h> #include <plat/nand.h> #define S3C_NAND_REG_BASE 0x4E000000 struct s3c_nand_ctl_reg { unsigned long NFCONF; unsigned long NFCONT; unsigned long NFCMD; unsigned long NFADDR; unsigned long NFDATA; unsigned long NFECCD0; unsigned long NFECCD1; unsigned long NFECCD; unsigned long NFSTAT; unsigned long NFESTAT0; unsigned long NFESTAT1; unsigned long NFMECC0; unsigned long NFMECC1; unsigned long NFSECC; unsigned long NFSBLK; unsigned long NFEBLK; }; static struct mtd_info *nand_mtd; static struct nand_chip *chip_op; static struct s3c_nand_ctl_reg *nand_reg; static struct mtd_partition s3c_nand_parts[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00020000, }, [2] = { .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00200000, }, [3] = { .name = "root", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, } }; static void s3c_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr) { if (chipnr == -1) { /* 取消选中: NFCONT[1]设为1 */ nand_reg->NFCONT |= (1<<1); } else { /* 选中: NFCONT[1]设为0 */ nand_reg->NFCONT &= ~(1<<1); } } static void s3c_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int cmd, unsigned int ctrl) { if (cmd == NAND_CMD_NONE) return; if (ctrl & NAND_CLE) { /* 发命令: NFCMD=cmd */ nand_reg->NFCMD = cmd; } else { /* 发命令: NFADDR=cmd */ nand_reg->NFADDR = cmd; } } static int s3c_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd) { return (nand_reg->NFSTAT & (1<<0)); } int s3c_nand_drv_init(void) { struct clk *clk; /* nand flash寄存器ioremap */ nand_reg = ioremap(S3C_NAND_REG_BASE, sizeof(struct s3c_nand_ctl_reg)); /* 分配nand_chip结构体 */ chip_op = kzalloc(sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL); /* 设置nand_chip结构体 */ chip_op->select_chip = s3c_nand_select_chip; chip_op->cmd_ctrl = s3c_nand_cmd_ctrl; chip_op->IO_ADDR_R = &nand_reg->NFDATA; chip_op->IO_ADDR_W = &nand_reg->NFDATA; chip_op->dev_ready = s3c_nand_dev_ready; chip_op->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; /* enable ECC */ chip_op->chip_delay = 20; /* 20us command delay time */ /* 硬件相关设置 */ clk = clk_get(NULL, "nand"); /* 使能NAND Flash控制器时钟 */ clk_enable(clk); #define TACLS 0 #define TWRPH0 1 #define TWRPH1 0 nand_reg->NFCONF = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); nand_reg->NFCONT = (1<<1) | (1<<0); /* 分配设置mtd_info结构体 */ nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); if(nand_mtd == NULL) printk("alloc nand_mtd failed... "); nand_mtd->priv = chip_op; nand_mtd->owner = THIS_MODULE; /* 获取nand flash信息 */ nand_scan(nand_mtd, 1); //add_mtd_partitions(nand_mtd, s3c_nand_parts, ARRAY_SIZE(s3c_nand_parts)); mtd_device_parse_register(nand_mtd, NULL, NULL, s3c_nand_parts, ARRAY_SIZE(s3c_nand_parts)); return 0; } void s3c_nand_drv_exit(void) { nand_release(nand_mtd); kfree(nand_mtd); kfree(chip_op); iounmap(nand_reg); } module_init(s3c_nand_drv_init); module_exit(s3c_nand_drv_exit); MODULE_LICENSE( "GPL");