具體地講，基於MTD的FLASH驅動，承上可以很好地支持cramfs，jffs2和yaffs等文件系統，啟下也能對FLASH的擦除，讀寫，FLASH壞塊以及損耗平衡進行很好的管理。
所謂損耗平衡，是指對NAND的擦寫不能總是集中在某一個或某幾個block中，這是由NAND chip有限的擦寫次數的特性決定的。
總之，在現階段，要為FLASH設備開發Linux下的驅動程序，那麼基於MTD的開發將幾乎是省時又省力的唯一選擇！
一、NAND和NOR的區別
Google “Nand Flash和Nor Flash的區別”。
簡單點說，主要的區別就是：
1、 NAND比NOR便宜；NAND的容量比NOR大（指相同成本）；NAND的擦寫次數是NOR的十倍；NAND的擦除和寫入速度比NOR快，讀取速度比NOR稍慢；
2、 NAND和NOR的讀都可以以 byte為單位，但NAND的寫以page為單位，而NOR可以隨機寫每一個 byte。 NAND和NOR的擦除都以block為單位，但一般NAND的block比NOR的block小。另外，不管是NAND還是NOR，在寫入前，都必須先進行擦除操作，但是NOR在擦除前要先寫0；
3、 NAND不能在片內運行程序，而NOR可以。但目前很多CPU都可以在上電時，以硬件的方式先將NAND的第一個block中的內容（一般是程序代碼，且也許不足一個block，如2KB大小）自動copy到ram中，然後再運行，因此只要CPU支持，NAND也可以當成啟動設備；
4、 NAND和NOR都可能發生比特位反轉（但NAND反轉的機率遠大於NOR），因此這兩者都必須進行ECC操作；NAND可能會有壞塊（出廠時廠家會對壞塊做標記），在使用過程中也還有可能會出現新的壞塊，因此NAND驅動必須對壞塊進行管理。
二、內核樹中基於MTD的NAND驅動代碼的佈局
在Linux內核中，MTD源代碼放在linux-2.6.22.10/driver/mtd目錄中，該目錄中包含chips、devices、maps、nand、onenand和ubi六個子目錄。
其中只有nand和onenand目錄中的代碼才與NAND驅動相關，不過nand目錄中的代碼比較通用，而onenand目錄中的代碼相對於nand中的代碼而言則簡化了很多，它是針對三星公司開發的另一類Flash chip，即OneNAND Flash。我尚未對OneNand FLASH有過研究，只是通過網上資料得知，OneNand FLASH克服了傳統NAND Flash接口複雜的缺點，具有接口簡單、讀寫速度快、容量大、壽命長、成本低等優點，因此應該是一種較常用NAND先進的FLASH吧，只是目前似乎普及率並不高，本文也將不做討論。
因此，若只是開發基於MTD的NAND驅動程序，那麼我們需要關注的code就基本上全在linux-2.6.22.10/drivers/mtd/nand目錄中了，而該目錄中也不是所有的code文件都與我們將要開發的NAND驅動有關，除了Makefile和Kconfig之外，其中真正與NAND驅動有關的code文件只有6個，即：
1、 nand_base.c：
定義了NAND驅動中對NAND chip最基本的操作函數和操作流程，如擦除、讀寫page、讀寫oob等。當然這些函數都只是進行一些default的操作，若你的系統在對NAND操作時有一些特殊的動作，則需要在你自己的驅動代碼中進行定義，然後Replace這些default的函數。 (mtd_info)
2、 nand_bbt.c：
定義了NAND驅動中與壞塊管理有關的函數和結構體。
3、 nand_ids.c：
定義了兩個全域類型的結構體：struct nand_flash_dev nand_flash_ids[ ]和struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[ ]。其中前者定義了一些NAND chip的類型，後者定義了NAND chip的幾個廠商。 NAND chip的ID至少包含兩項內容：廠商ID和廠商為自己的NAND chip定義的chip ID。當NAND驅動被掛載的時候，它會去讀取具體NAND chip的ID，然後根據讀取的內容到上述定義的nand_manuf_ids[ ]和nand_flash_ids[ ]兩個結構體中去查找，以此判斷該NAND chip是那個廠商的產品，以及該NAND chip的類型。若查找不到，則NAND驅動就會掛載失敗，因此在開發NAND驅動前必須事先將你的NAND chip添加到這兩個結構體中去（其實這兩個結構體中已經定義了市場上絕大多數的NAND chip，所以除非你的NAND chip實在比較特殊，否則一般不需要額外添加）。值得一提的是，nand_flash_ids[ ]中有三項屬性比較重要，即pagesize、chipsize和erasesize，驅動就是依據這三項屬性來決定對NAND chip進行erase，read and write等操作時的大小。其中pagesize即NAND chip的頁大小，一般為256、512或2048；chipsize即NAND chip的容量；erasesize即每次擦除操作的大小，通常就是NAND chip的block大小。
4、 nand_ecc.c：
定義了NAND驅動中與softeware ECC有關的函數和結構體，若你的系統支持hardware ECC，且不需要software ECC，則該文件也不需理會。
5、 nandsim.c：
定義了Nokia開發的模擬NAND設備，默認是Toshiba NAND 8MiB 1,8V 8-bit（根據ManufactureID），開發普通NAND驅動時不用理會。
6、 diskonchip.c：
定義了片上磁盤(DOC)相關的一些函數，開發普通NAND驅動時不用理會。
除了上述六個文件之外，nand目錄中其他文件基本都是特定系統的NAND驅動程序例子，但本人看來真正有參考價值的只有cafe_nand.c和s3c2410.c兩個，而其中又以cafe_nand .c更為詳細，另外，nand目錄中也似乎只有cafe_nand.c中的驅動程序在讀寫NAND chip時用到了DMA操作。
綜上所述，若要研究基於MTD的NAND驅動，其實所需閱讀的code量也不是很大。
另外，在動手寫NAND驅動之前，也許需要讀一下以下文件：
1、 Linux MTD source code 分析：
該文件可以讓我們對MTD有一個直觀而又相對具體的認識，但它似乎主要是針對NOR FLASH的，對於實際開發NAND驅動的幫助並不是很大。
2、 MTD NAND Driver Programming Interface：
http://www.aoc.nrao.edu/~tjuerges/ALMA/Kernel/mtdnand/
該文檔中關於ECC的說明很有幫助。
3、 MTD的官方網站：
http://www.linux-mtd.infradead.org/
三、NAND相關原理
在我們開始NAND驅動編寫之前，至少應該知道：數據在NAND中是怎樣儲存的，以及怎樣的方式從NAND中讀寫數據時。
1、 NAND的存儲結構和操作方式
這方面的資料可以從任意一種NAND的datasheet中得到，因為基本上每一種NAND的datasheet都會介紹NAND的組成結構和操作命令，而且事實上，大多數的NAND datasheet都大同小異，所不同的大概只是該NAND chip的容量大小和讀寫速度等基本特性。
這裡以每頁512 byte的NAND FLASH為例簡單說明一下：每一塊NAND chip由n個block組成－>每一個block由m個page組成－>每一個page由256 byte大小的column1(也稱1st half page)、256 byte大小的column2(也稱2nd half page)和16 byte大小的oob(out-of-band，也稱spare area)組成。至於m和n的大小可以查看特定NAND的datasheet。相應的，若給定NAND中的一個 byte的地址，我們可以根據這個地址算出block地址(即第幾個block)、page地址(即該block中的第幾個page)和column地址(即1st half page，或2nd half page，或oob中的第幾個 byte)。
在擦除NAND時，必須每次至少擦除1個block；在寫NAND時，必須每次寫1個page(有些NAND也支持寫不足一個page大小的數據)；在讀NAND時，分為三種情況(對應三種不同的NAND命令)，即讀column1、讀column2和讀oob，那麼為什麼要分這三種情況呢？假如知道NAND怎樣根據給定的地址確定它的存儲單元，那麼自然也就能明白原因了，其實也並不復雜，主要是因為給定地址中的A8並不在NAND的視野範圍之內(也許表達並不準確)。
事實上，在寫基於MTD的NAND驅動時，我們並不需要實現精確到讀寫某一個byte地址的函數(除了讀oob之外)，這是因為：
基於MTD的NAND驅動在讀寫NAND時，可以分兩種情況，即：(1)不進行ECC檢測時，一次讀寫一整個page中的MAIN部分(也就是那真實存儲數據的512 byte)； (2)進行ECC檢測時(不管是hardware ECC還是software ECC)，一次讀寫一整個page(包括16 byte的oob部分)。所以部分NAND所支持的寫不足一個page大小數據的功能，對MTD來說是用不著的。
那麼，如果只需要讀寫不足一個page大小的數據怎麼辦？這是MTD更上層的部分需要處理的事。也就是說，對於NAND驅動來說，它只會讀寫整整一個page的數據！
最後值得一提的是，NAND驅動有可能只去讀oob部分，這是因為除了ECC信息之外，壞塊信息也存儲在oob之中，NAND驅動需要讀取oob中描述壞塊的那個 byte(通常是每個block的第一個page的oob中的第六個 byte)來判斷該block是不是一個壞塊。所以，我們只有在讀oob時，才需要實現精確到讀某一個byte地址的函數。
由此，我們也可以額外知道一件事，那就是NAND驅動中用到的column地址只在讀oob時才有用，而在其他情況下，column地址都為0。
2、 ECC相關的結構體
struct nand_ecclayout {
uint32_t eccbytes;
uint32_t eccpos[64];
uint32_t oobavail;
struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES];
};
這是用來定義ECC在oob中佈局的一個結構體。
前面已經提及過，oob中主要存儲兩種信息：壞塊信息和ECC數據。對與small page的NAND chip來說，其中壞塊信息佔據1個 byte(一般固定在第六個 byte)，ECC數據佔據三個 byte。所以sturct nand_ecclayout這個結構體，也就是用來告訴那些與ECC操作無關的函數，Nand chip的oob部分中，哪些 byte是用來存儲ECC的(即不可用作它用的)，哪些 byte是空閒的，即可用的。
其實之所以有這個結構體，主要是因為硬件ECC的緣故。以寫數據為例，在使用硬件ECC的情況下，那三個 byte的ECC數據是由硬件計算得到，並且寫到NAND chip的oob中去的，同時也是由硬件決定寫到oob的哪三個 byte中去。這些都是由硬件做的，而NAND驅動並不知道，所以就需要用這個結構體來告訴驅動了。
所以，在寫NAND驅動時，就有可能需要對這個結構體進行賦值。這裡說“有可能”，是因為MTD對這個結構體有一個默認的賦值，假如這個賦值所定義的ECC位置與你的硬件一致的話，那就不必在你的驅動中手動賦值了。其實對大多數硬件(這裡所說的硬件，不是指NAND chip，而是NAND控制器)來說，是不必手動賦值的，但也有許多例外。
值得一提的是，這個結構體不僅僅用來定義ECC佈局，也可以用來將你的驅動在oob中需要額外用到的 byte位置保護起來。
現在對struct nand_ecclayout 這個結構體進行一下說明。
uint32_t eccbytes：ECC的 byte數，對於512B-per-page的NAND來說，eccbytes = 3，如果你需要額外用到oob中的數據，那麼也可以大於3.
uint32_t eccpos[64]：ECC數據在oob中的位置，這里之所以是個64 byte的數組，是因為對於2048-per-page的NAND來說，它的oob有64個 byte。而對於512B-per-page的NAND來說，可以而且只可以定義它的前16個 byte。
uint32_t oobavail：oob中可用的 byte數，這個值不用賦值，MTD會根據其它三個變量自動計算得到。
struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES]：顯示定義空閒的oob byte。
四、基於MTD的NAND驅動架構
1、platform_device和platform_driver的定義和註冊
對於我們的NAND driver，以下是一個典型的例子：
static struct platform_driver caorr_nand_driver = {
.driver = {
.name = " caorr-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = caorr_nand_probe,
.remove = caorr_nand_remove,
};
static int __init caorr_nand_init(void)
{
printk("CAORR NAND Driver, (c) 2008-2009.\n");
return platform_driver_register(&caorr_nand_driver);
}
static void __exit caorr_nand_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&caorr_nand_driver);
}
module_init(caorr_nand_init);
module_exit(caorr_nand_exit);
|
與大多數嵌入式Linux驅動一樣，NAND驅動也是從module_init開始。 caorr_nand_init是驅動初始化函數，在此函數中註冊platform driver結構體，platform driver結構體中自然需要定義probe和remove函數。其實在大多數嵌入式Linux驅動中，這樣的套路基本已經成了一個定式
至於module_init有什麼作用，caorr_nand_probe又是何時調用的，以及這個driver是怎麼和NAND設備聯繫起來的，就不再多說了，這裡只提三點：
A、以上code只是向kernel註冊了NAND的platform_driver，即caorr_nand_driver，我們當然還需要一個NAND的platform_device，要不然caorr_nand_driver的probe函數就永遠不會被執行，因為沒有device需要這個driver。
B、 向Linux內核註冊NAND的platform_device有兩種方式：
其一是直接定義一個NAND的platform_device結構體，然後調用platform_device_register函數註冊。作為例子，我們可以這樣定義NAND的platform_device結構體：
struct platform_device caorr_nand_device = {
.name = "caorr-nand",
.id = -1,
.num_resources = 0,
.resource = NULL,
.dev = {
.platform_data = &caorr_platform_default_nand,
}
};
platform_device_register(&caorr_nand_device);
|
其中num_resources和resource與具體的硬件相關，主要包括一些寄存器地址範圍和中斷的定義。 caorr_platform_default_nand待會兒再說。需要注意的是，這個platform_device中name的值必須與platform_driver->driver->name的值完全一致，因為platform_bus_type的match函數是根據這兩者的name值來進行匹配的。
其二是用platform_device_alloc函數動態分配一個platform_device，然後再用platform_device_add函數把這個platform_device加入到內核中去。具體不再細說，Linux kernel中有很多例子可以參考。
相對來說，第一種方式更加方便和直觀一點，而第二種方式則更加靈活一點。
C、 在加載NAND驅動時，我們還需要向MTD Core提供一個信息，那就是NAND的分區信息(MTD partition)，caorr_platform_default_nand主要就是起這個作用，更加詳細的容後再說。
2、MTD架構的簡單描述
MTD(memory technology device存儲技術設備)是用於訪問memory設備（ROM、flash）的Linux的子系統。 MTD的主要目的是為了使新的memory設備的驅動更加簡單，為此它在硬件和上層之間提供了一個抽象的接口。 MTD的所有源代碼在/drivers/mtd子目錄下。 MTD設備可分為四層（從設備節點直到底層硬件驅動），這四層從上到下依次是：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層和硬件驅動層。
A、Flash硬件驅動層：硬件驅動層負責驅動Flash硬件。
B、MTD原始設備：原始設備層有兩部分組成，一部分是MTD原始設備的通用代碼，另一部分是各個特定的Flash的數據，例如分區。
用於描述MTD原始設備的數據結構是mtd_info，這其中定義了大量的關於MTD的數據和操作函數。 mtd_table（mtdcore.c）則是所有MTD原始設備的列表，mtd_part（mtd_part.c）是用於表示MTD原始設備分區的結構，其中包含了mtd_info，因為每一個分區都是被看成一個MTD原始設備加在mtd_table中的，mtd_part.mtd_info中的大部分數據都從該分區的主分區mtd_part->master中獲得。
在drivers/mtd/maps/子目錄下存放的是特定的flash的數據，每一個文件都描述了一塊板子上的flash。其中調用add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/刪除mtd_info結構並將其加入/刪除mtd_table（或者調用add_mtd_partition()、del_mtd_partition()（mtdpart.c）建立/刪除mtd_part結構並將mtd_part.mtd_info加入/刪除mtd_table中）。
C、MTD設備層：基於MTD原始設備，linux系統可以定義出MTD的塊設備（主設備號31）和字符設備（設備號90）。 MTD字符設備的定義在mtdchar.c中實現，通過註冊一系列file operation函數（lseek、open、close、read、write）。 MTD塊設備則是定義了一個描述MTD塊設備的結構mtdblk_dev，並聲明了一個名為mtdblks的指針數組，這數組中的每一個mtdblk_dev和mtd_table中的每一個mtd_info一一對應。
D、設備節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD字符設備節點（主設備號為90）和MTD塊設備節點（主設備號為31），通過訪問此設備節點即可訪問MTD字符設備和塊設備。
E、根文件系統：在Bootloader中將JFFS（或JFFS2）的文件系統映像jffs.image（或jffs2.img）燒到flash的某一個分區中，在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的your_fixup函數中將該分區作為根文件系統掛載。
F、文件系統：內核啟動後，通過mount 命令可以將flash中的其餘分區作為文件系統掛載到mountpoint上。
以上是從網上找到的一些資料，我只是斷斷續續地看過一些code，沒有系統地研究過，所以這裡只能講一下MTD原始設備層與FLASH硬件驅動之間的交互。
一個MTD原始設備可以通過mtd_part分割成數個MTD原始設備註冊進mtd_table，mtd_table中的每個MTD原始設備都可以被註冊成一個MTD設備，有兩個函數可以完成這個工作，即add_mtd_device函數和add_mtd_partitions函數。
其中add_mtd_device函數是把整個NAND FLASH註冊進MTD Core，而add_mtd_partitions函數則是把NAND FLASH的各個分區分別註冊進MTD Core。
add_mtd_partitions函數的原型是：
int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,
const struct mtd_partition *parts, int nbparts);
|
其中master就是這個MTD原始設備，parts即NAND的分區信息，nbparts指有幾個分區。那麼parts和nbparts怎麼來？ caorr_platform_default_nand就是起這個作用了。
static struct mtd_partition caorr_platform_default_nand[ ] = {
[0] = {
.name = "Boot Strap",
.offset = 0,
.size = 0x40000,
},
[1] = {
.name = "Bootloader",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 0x40000,
},
[2] = {
.name = "Partition Table",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 0x40000,
},
[3] = {
.name = "Linux Kernel",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 0x500000,
},
[4] = {
.name = "Rootfs",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = MTDPART_SIZ_FULL,
},
};
|
其中offset是分區開始的偏移地址，在後4個分區我們設為MTDPART_OFS_APPEND，表示緊接著上一個分區，MTD Core會自動計算和處理分區地址；size是分區的大小，在最後一個分區我們設為MTDPART_SIZ_FULL，表示這個NADN剩下的所有部分。
這樣配置NAND的分區並不是唯一的，需要視具體的系統而定，我們可以在kernel中這樣顯式的指定，也可以使用bootloader傳給內核的參數進行配置。
另外，MTD對NAND chip的讀寫主要分三部分：
A、struct mtd_info中的讀寫函數，如read，write_oob等，這是MTD原始設備層與FLASH硬件層之間的接口；
B、struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，如read_page_raw，write_page等，主要用來做一些與ecc有關的操作；
C、struct nand_chip中的讀寫函數，如read_buf，cmdfunc等，與具體的NAND controller相關，就是這部分函數與硬件交互，通常需要我們自己來實現。 (注：這裡提到的read，write_oob，cmdfunc等，其實都是些函數指針，所以這裡所說的函數，是指這些函數指針所指向的函數，以後本文將不再另做說明。)
值得一提的是，struct nand_chip中的讀寫函數雖然與具體的NAND controller相關，但是MTD也為我們提供了default的讀寫函數，如果你的NAND controller比較通用(使用PIO模式)，對NAND chip的讀寫與MTD提供的這些函數一致，就不必自己實現這些函數了。
這三部分讀寫函數是相互配合著完成對NAND chip的讀寫的。首先，MTD上層需要讀寫NAND chip時，會調用struct mtd_info中的讀寫函數，接著struct mtd_info中的讀寫函數就會調用struct nand_chip或struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，最後，若調用的是struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，那麼它又會接著調用struct nand_chip中的讀寫函數。如下圖所示：
以讀NAND chip為例，講解一下這三部分讀寫函數的工作過程。
首先，MTD上層會調用struct mtd_info中的讀page函數，即nand_read函數。
接著nand_read函數會調用struct nand_chip中cmdfunc函數，這個cmdfunc函數與具體的NAND controller相關，它的作用是使NAND controller向NAND chip發出讀命令，NAND chip收到命令後，就會做好準備等待NAND controller下一步的讀取。
接著nand_read函數又會調用struct nand_ecc_ctrl中的read_page函數，而read_page函數又會調用struct nand_chip中read_buf函數，從而真正把NAND chip中的數據讀取到buffer中(所以這個read_buf的意思其實應該是read into buffer ，另外，這個buffer是struct mtd_info中的nand_read函數傳下來的)。
read_buf函數返回後，read_page函數就會對buffer中的數據做一些處理，比如校驗ecc，以及若數據有錯，就根據ecc對數據修正之類的，最後read_page函數返回到nand_read函數中。
對NAND chip的其它操作，如寫，擦除等，都與讀操作類似。
五、NAND驅動中的probe函數
對於很多嵌入式Linux的外設driver來說，probe函數將是我們遇到的第一個與具體硬件打交道，同時也相對複雜的函數。而且根據我的經驗，對於很多外設的driver來說，只要能成功實現probe函數，那基本上完成這個外設的driver也就成功了一多半，基於MTD的NAND driver就是一個典型的例子。稍後就可以看到，在NAND driver的probe函數中，就已經涉及到了對NAND chip的讀寫。
在基於MTD的NAND driver的probe函數中，主要可以分為兩部分內容，其一是與很多外設driver類似的一些工作，如申請地址，中斷，DMA等資源，kzalloc及初始化一些結構體，分配DMA用的內存等等；其二就是與MTD相關的一些特定的工作，在這裡我們將只描述第二部分內容。
1、probe函數中與MTD相關的結構體
在probe函數中，我們需要為三個與MTD相關的結構體分配內存以及初始化，它們是struct mtd_info、struct mtd_partition和struct nand_chip。其中前兩者已經在前面做過說明，在此略過，這裡只對struct nand_chip做一些介紹。
struct nand_chip是一個與NAND chip密切相關的結構體，主要包含三方面內容：
A. 指向一些操作NAND chip的函數的指針，稍後將對這些函數指針作一些說明；
B. 表示NAND chip特性的成員變量，主要有：
unsigned int options：與具體的NAND chip相關的一些選項，如NAND_NO_AUTOINCR，NAND_BUSWIDTH_16等，至於這些選項具體表示什麼含義，可以參考<linux/mtd/nand.h>，那裡有較為詳細的說明；
int page_shift：用位表示的NAND chip的page大小，如某片NAND chip的一個page有512 個 byte，那麼page_shift就是9；
int phys_erase_shift：用位表示的NAND chip的每次可擦除的大小，如某片NAND chip每次可擦除16K byte(通常就是一個block的大小)，那麼phys_erase_shift就是14；
int bbt_erase_shift：用位表示的bad block table的大小，通常一個bbt佔用一個block，所以bbt_erase_shift通常與phys_erase_shift相等；
int chip_shift：用位表示的NAND chip的容量；
int numchips：表示系統中有多少片NAND chip；
unsigned long chipsize：NAND chip的大小；
int pagemask：計算page number時的掩碼，總是等於chipsize/page大小－ 1；
int pagebuf：用來保存當前讀取的NAND chip的page number，這樣一來，下次讀取的數據若還是屬於同一個page，就不必再從NAND chip讀取了，而是從data_buf中直接得到；
int badblockpos：表示壞塊信息保存在oob中的第幾個 byte。在每個block的第一個page的oob中，通常用1或2個 byte來表示這是否為一個壞塊。對於絕大多數的NAND chip，若page size > 512，那麼壞塊信息從Byte 0開始存儲，否則就存儲在Byte 5，即第六個 byte。
C. 與ecc，oob和bbt (bad block table)相關的一些結構體，對於壞塊及壞塊管理，將在稍後做專門介紹。
2、對NAND chip進行實際操作的函數
前面已經說過，MTD為我們提供了許多default的操作NAND的函數，這些函數與具體的硬件(即NAND controller)相關，而現有的NAND controller都有各自的特性和配置方式，MTD當然不可能為所有的NAND controller都提供一套這樣的函數，所以在MTD中定義的這些函數只適用於通用的NAND controller(使用PIO模式)。
如果你的NAND controller在操作或者說讀寫NAND時有自己獨特的方式，那就必須自己定義適用於你的NAND controller的函數。一般來說，這些與硬件相關的函數都在struct nand_chip結構體中定義，或者應該說是給此結構體中的函數指針賦值。為了更好的理解，我想有必要對struct nand_chip中幾個重要的函數指針做一些說明。
struct nand_chip {
void __iomem *IO_ADDR_R;
void __iomem *IO_ADDR_W;
uint8_t (*read_byte)(struct mtd_info *mtd);
u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd);
void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, int len);
int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);
int (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);
int (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl);
int (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);
void (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr);
int (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this);
void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);
int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);
int (*errstat)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state, int status, int page);
int (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf, int page, int cached, int raw);
……
struct nand_ecc_ctrl ecc;
……
}
|
IO_ADDR_R和IO_ADDR_W：8位NAND chip的讀寫地址，如果你的NAND controller是用PIO模式與NAND chip交互，那麼只要把這兩個值賦上合適的地址，就完全可以使用MTD提供的default的讀寫函數來操作NAND chip了。所以這兩個變量視具體的NAND controller而定，不一定用得著；
read_byte和read_word：從NAND chip讀一個 byte或一個字，通常MTD會在讀取NAND chip的ID，STATUS和OOB中的壞塊信息時調用這兩個函數，具體是這樣的流程，首先MTD調用cmdfunc函數，發起相應的命令，NAND chip收到命令後就會做好準備，最後MTD就會調用read_byte或read_word函數從NAND chip中讀取 chip的ID，STATUS或者OOB；
read_buf、write_buf和verify_buf：分別是從NAND chip讀取數據到buffer，把buffer中的數據寫入到NAND chip，和從NAND chip中讀取數據並驗證。調用read_buf時的流程與read_byte和read_word類似，MTD也是先調用cmdfunc函數發起讀命令(如NAND_CMD_READ0命令)，接著NAND chip收到命令後做好準備，最後MTD再調用read_buf函數把NAND chip中的數據讀取到buffer中。調用write_buf函數的流程與read_buf相似；
select_chip：因為系統中可能有不止一片NAND chip，所以在對NAND chip進行操作前，需要這個函數來指定一片NAND chip；
cmdfunc：向NAND chip發起命令；
waitfunc：NAND chip在接收到命令後，並不一定能立即響應NAND controller的下一步動作，對有些命令，比如erase，program等命令，NAND chip需要一定的時間來完成，所以就需要這個waitfunc來等待NAND chip完成命令，並再次進入準備好狀態；
write_page：把一個page的數據寫入NAND chip，這個函數一般不需我們實現，因為它會調用struct nand_ecc_ctrl中的write_page_raw或者write_page函數，關於這兩個函數將在稍後介紹。
以上提到的這些函數指針，都是REPLACEABLE的，也就是說都是可以被替換的，根據你的NAND controller，如果你需要自己實現相應的函數，那麼只需要把你的函數賦值給這些函數指針就可以了，如果你沒有賦值，那麼MTD會把它自己定義的default的函數賦值給它們。
順便提一下，以上所說的讀寫NAND chip的流程並不是唯一的，如果你的NAND controller在讀寫NAND chip時有自己獨特的方式，那麼完全可以按照自己的方式來做。就比如我們公司 chip的NAND controller，因為它使用DMA的方式從NAND chip中讀寫數據，所以在我的NAND driver中，讀數據的流程是這樣的：首先在cmdfunc函數中初始化DMA專用的buffer，配置NAND地址，發起命令等，在cmdfunc中我幾乎做了所有需要與NAND chip交互的事情，總之等cmdfunc函數返回後，NAND chip中的數據就已經在DMA專用的buffer中了，之後MTD會再調用read_buf函數，所以我的read_buf函數其實只是把數據從DMA專用的buffer中，拷貝到MTD提供的buffer中罷了。
最後，struct nand_chip結構體中還包含了一個很重要的結構體，即struct struct nand_ecc_ctrl，該結構體中也定義了幾個很重要的函數指針。它的定義如下：
struct nand_ecc_ctrl {
……
void (*hwctl)(struct mtd_info *mtd, int mode);
int (*calculate)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *dat, uint8_t *ecc_code);
int (*correct)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *dat, uint8_t *read_ecc, uint8_t *calc_ecc);
int (*read_page_raw)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, uint8_t *buf);
void (*write_page_raw)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf);
int (*read_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, uint8_t *buf);
void (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, const uint8_t *buf);
int (*read_oob)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, int page, int sndcmd);
int (*write_oob)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip, int page);
};
|
hwctl：這個函數用來控制硬件產生ecc，其實它主要的工作就是控制NAND controller向NAND chip發出NAND_ECC_READ、NAND_ECC_WRITE和NAND_ECC_READSYN等命令，與struct nand_chip結構體中的cmdfunc類似，只不過發起的命令是ECC相關的罷了；
calculate：根據data計算ecc值；
correct：根據ecc值，判斷讀寫數據時是否有錯誤發生，若有錯，則立即試著糾正，糾正失敗則返回錯誤；
read_page_raw和write_page_raw：從NAND chip中讀取一個page的原始數據和向NAND chip寫入一個page的原始數據，所謂的原始數據，即不對讀寫的數據做ecc處理，該讀寫什麼值就讀寫什麼值。另外，這兩個函數會讀寫整個page中的所有內容，即不但會讀寫一個page中MAIN部分，還會讀寫OOB部分。
read_page和write_page：與read_page_raw和write_page_raw類似，但不同的是，read_page和write_page在讀寫過程中會加入ecc的計算，校驗，和糾正等處理。
read_oob和write_oob：讀寫oob中的內容，不包括MAIN部分。
其實，以上提到的這幾個read_xxx和write_xxx函數，最終都會調用struct nand_chip中的read_buf和write_buf這兩個函數，所以如果沒有特殊需求的話，我認為不必自己實現，使用MTD提供的default的函數即可。
為進一步理解各函數之間的調用關係，這裡提供一張從網上找到的write NAND chip的流程圖，僅供參考：
3、probe函數的工作流程
由前面的說明可知，我們在要對NAND chip進行實際操作前已經為struct mtd_info、struct mtd_partition和struct nand_chip這三個結構體分配好了內存，接下來就要為它們做一些初始化工作。
其中，我們需要為struct mtd_info所做的初始化工作並不多，因為MTD Core會在稍後為它做很多初始化工作，但是有一點必須由我們來做，那就是把指向struct nand_chip結構體的指針賦給struct mtd_info的priv成員變量，因為MTD Core中很多函數之間的調用都只傳遞struct mtd_info，它需要通過priv成員變量得到struct nand_chip。
對於struct mtd_partition的賦值，前面已經做過介紹，這裡不再贅述。
所以，為struct nand_chip的初始化，才是我們在probe函數中的主要工作。其實這裡所謂的初始化，主要就是為struct nand_chip結構體中的眾多函數指針賦值。
前面已經為struct nand_chip結構體中的函數指針做過說明，想必你已經知道這些函數指針所指向的函數具體實現什麼樣的功能，負責做什麼事情。那麼如何讓這些函數實現既定的功能呢？這就與具體的NAND controller有關了，實在沒辦法多說。根據你的NAND controller，也許你需要做很多工作，為struct nand_chip中的每一個函數指針實現特定的函數，也或許你只需要為IO_ADDR_R和IO_ADDR_W賦上地址，其它則什麼都不做，利用MTD提供的函數即可。
現在假定你定義好了所有需要的與NAND chip交互的函數，並已經把它們賦給了struct nand_chip結構體中的函數指針。當然，此時你還不能保證這些函數一定能正確工作，但是沒有關係，probe函數在接下來的工作中會調用到幾乎所有的這些函數，你可以依次來驗證和調試。當你的probe函數能順利通過後，那麼這些函數也就基本沒什麼問題了，你的NAND驅動也就已經完成了80％了。
接下來，probe函數就會開始與NAND chip進行交互了，它要做的事情主要包括這幾個方面：讀取NAND chip的ID，然後查表得到這片NAND chip的如廠商，page size，erase size以及chip size等信息，接著，根據struct nand_chip中options的值的不同，或者在NAND chip中的特定位置查找bad block table，或者scan整個NAND chip，並在內存中建立bad block table。說起來複雜，但其實所有的這些動作，都可以在MTD提供的一個叫做nand_scan的函數中完成。
我雖然研讀過nand_scan函數中的代碼，但不會在這裡做情景分析式的詳細說明，若你對這部分代碼的實現感興趣，可以參考以下兩篇文章：
http://blog.csdn.net/binghuiliang/archive/2008/03/07/2156927.aspx
http://blog.csdn.net/binghuiliang/archive/2008/03/07/2156929.aspx
關於nand_scan函數，在使用時我想有一個地方值得一提。
nand_scan函數主要有兩個兩個函數組成，即nand_scan_ident函數和nand_scan_tail函數。其中nand_scan_ident函數會讀取NAND chip的ID，而nand_scan_tail函數則會查找或者建立bbt (bad block table)。
在一般情況下，我們可以直接調用nand_scan函數來完成所要做的工作，然而卻並不總是如此，在有些情況下，我們必須分別調用nand_scan_ident函數和nand_scan_tail函數，因為在這兩者之間，我們還需要做一些額外的工作。那麼這裡所謂的額外的工作，具體是做什麼呢？
在《基於MTD的NAND驅動開發(一)》中介紹過一個叫做struct nand_ecclayout的結構體，它用來定義ecc在oob中的佈局。對於small page(每頁512 Byte)和big page(每頁2048 Byte)的兩種NAND chip，它們的ecc在oob中的佈局不盡相同。
如果你的driver中對這兩種 chip的ecc佈局與MTD中定義的default的佈局一致，那麼就很方便，直接調用nand_scan函數即可。但如果不是，那你就需要為這兩種不同的NAND chip分別定義你的ecc佈局。於是問題來了，因為我們在調用nand_scan_ident函數之前，是不知道系統中的NAND chip是small page類型的，還是big page類型，然而在調用nand_scan_tail函數之前，卻必須確定NAND chip的oob佈局(包括ecc佈局和壞塊信息pattern)，因為nand_scan_tail函數在讀取oob以及處理ecc時需要這個信息。
所以在這種情況下，我們就需要首先調用nand_scan_ident函數，它會調用一個叫做nand_get_flash_type的函數，MTD就是在這個函數中讀取NAND chip的ID，然後就能查表(即全局變量nand_flash_ids)知道這片NAND chip的類型(即writesize的大小)了。
接下來，你就可以在你的NAND驅動中，根據writesize的大小來區分ecc的佈局了。最後，我們就可以順利地調用nand_scan_tail函數了。
六、NAND驅動中的壞塊管理
由於NAND Flash的現有工藝不能保證NAND的Memory Array在其生命週期中保持性能的可靠，因此在NAND chip出廠的時候，廠家只能保證block 0不是壞塊，對於其它block，則均有可能存在壞塊，而且NAND chip在使用的過程中也很容易產生壞塊。因此，我們在讀寫NAND FLASH 的時候，需要檢測壞塊，同時還需在NAND驅動中加入壞塊管理的功能。
NAND驅動在加載的時候，會調用nand_scan函數，對bad block table的搜尋，建立等操作就是在這個函數的第二部分，即nand_scan_tail函數中完成的。
在nand_scan_tail函數中，會首先檢查struct nand_chip結構體中的options成員變量是否被賦上了NAND_SKIP_BBTSCAN，這個宏表示跳過掃描bbt。所以，只有當你的driver中沒有為options定義NAND_SKIP_BBTSCAN時，MTD才會繼續與bbt相關工作，即調用struct nand_chip中的scan_bbt函數指針所指向的函數，在MTD中，這個函數指針指向nand_default_bbt函數。
bbt有兩種存儲方式，一種是把bbt存儲在NAND chip中，另一種是把bbt存儲在內存中。對於前者，好處是驅動加載更快，因為它只會在第一次加載NAND驅動時掃描整個NAND chip，然後在NAND chip的某個block中建立bbt，壞處是需要至少消耗NAND chip一個block的存儲容量；而對於後者，好處是不會耗用NAND chip的容量，壞處是驅動加載稍慢，因為存儲在內存中的bbt每次斷電後都不會保存，所以在每次加載NAND驅動時，都會掃描整個NAND chip，以便建立bbt。
如果你係統中的NAND chip容量不是太大的話，我建議還是把bbt存儲在內存中比較好，因為根據本人的使用經驗，對一塊容量為2G bits的NAND chip，分別採用這兩種存儲方式的驅動的加載速度相差不大，甚至幾乎感覺不出來。
建立bbt後，以後在做擦除等操作時，就不用每次都去驗證當前block是否是個壞塊了，因為從bbt中就可以得到這個信息。另外，若在讀寫等操作時，發現產生了新的壞塊，那麼除了標誌這個block是個壞塊外，也還需更新bbt。
接下來，介紹一下MTD是如何查找或者建立bbt的。
1、MTD中與bbt相關的結構體
struct nand_chip中的scan_bbt函數指針所指向的函數，即nand_default_bbt函數會首先檢查struct nand_chip中options成員變量，如果當前NAND chip是AG-AND類型的，會強制把bbt存儲在NAND chip中，因為這種類型的NAND chip中含有廠家標註的“好塊”信息，擦除這些block時會導致丟失壞塊信息。
接著nand_default_bbt函數會再次檢查struct nand_chip中options成員變量，根據它是否定義了NAND_USE_FLASH_BBT，而為struct nand_chip中3個與bbt相關的結構體附上不同的值，然後再統一調用nand_scan_bbt函數，nand_scan_bbt函數會那3個結構體的不同的值做不同的動作，或者把bbt存儲在NAND chip中，或者把bbt存儲在內存中。
在struct nand_chip中與bbt相關的結構體如下：
struct nand_chip {
……
uint8_t *bbt
struct nand_bbt_descr *bbt_td;
struct nand_bbt_descr *bbt_md;
struct nand_bbt_descr *badblock_pattern;
……
};
|
bbt指向一塊在nand_default_bbt函數中分配的內存，若options中沒有定義NAND_USE_FLASH_BBT，MTD就直接在bbt指向的內存中建立bbt，否則就會先從NAND chip中查找bbt是否存在，若存在，就把bbt的內容讀出來並保存到bbt指向的內存中，若不存在，則在bbt指向的內存中建立bbt，最後把它寫入到NAND chip中去。
bbt_td、bbt_md和badblock_pattern就是在nand_default_bbt函數中賦值的3個結構體。它們雖然是相同的結構體類型，但卻有不同的作用和含義。
其中bbt_td和bbt_md是主bbt和鏡像bbt的描述符(鏡像bbt主要用來對bbt的update和備份)，它們只在把bbt存儲在NAND chip的情況下使用，用來從NAND chip中查找bbt。若bbt存儲在內存中，bbt_td和bbt_md將會被賦值為NULL。
badblock_pattern就是壞塊信息的pattern，其中定義了壞塊信息在oob中的存儲位置，以及內容(即用什麼值表示這個block是個壞塊)。
通常用1或2個 byte來標誌一個block是否為壞塊，這1或2個 byte就是壞塊信息，如果這1或2個 byte的內容是0xff，那就說明這個block是好的，否則就是壞塊。對於壞塊信息在NAND chip中的存儲位置，small page(每頁512 Byte)和big page(每頁2048 Byte)的兩種NAND chip不盡相同。一般來說，small page的NAND chip，壞塊信息存儲在每個block的第一個page的oob的第六個 byte中，而big page的NAND chip，壞塊信息存儲在每個block的第一個page的oob的第1和第2個 byte中。
我不能確定是否所有的NAND chip都是如此佈局，但應該絕大多數NAND chip是這樣的，不過，即使某種NAND chip的壞塊信息不是這樣的存儲方式也沒關係，因為我們可以在badblock_pattern中自己指定壞塊信息的存儲位置，以及用什麼值來標誌壞塊(其實這個值表示的應該是“好塊”，因為MTD會把從oob中壞塊信息存儲位置讀出的內容與這個值做比較，若相等，則表示是個“好塊”，否則就是壞塊)。
bbt_td、bbt_md和badblock_pattern的結構體類型定義如下：
struct nand_bbt_descr {
int options;
int pages[NAND_MAX_CHIPS];
int offs;
int veroffs;
uint8_t version[NAND_MAX_CHIPS];
int len;
int maxblocks;
int reserved_block_code;
uint8_t *pattern;
};
|
options：bad block table或者bad block的選項，可用的選擇以及各選項具體表示什麼含義，可以參考<linux/mtd/nand.h>。
pages：bbt專用。在查找bbt的時候，若找到了bbt，就把bbt所在的page號保存在這個成員變量中。若沒找到bbt，就會把新建立的bbt的保存位置賦值給它。因為系統中可能會有多個NAND chip，我們可以為每一片NAND chip建立一個bbt，也可以只在其中一片NAND chip中建立唯一的一個bbt，所以這裡的pages是個維數為NAND_MAX_CHIPS的數值，用來保存每一片NAND chip的bbt位置。當然，若只建立了一個bbt，那麼就只使用pages[0]。
offs、len和pattern：MTD會從oob的offs中讀出len長度的內容，然後與pattern指針指向的內容做比較，若相等，則表示找到了bbt，或者表示這個block是好的。
veroffs和version：bbt專用。 MTD會從oob的veroffs中讀出一個 byte的內容，作為bbt的版本值保存在version中。
maxblocks：bbt專用。 MTD在查找bbt的時候，不會查找NAND chip中所有的block，而是最多查找maxblocks個block。
2、bbt存儲在內存中時的工作流程
前文說過，不管bbt是存儲在NAND chip中，還是存儲在內存中，nand_default_bbt函數都會調用nand_scan_bbt函數。
nand_scan_bbt函數會判斷bbt_td的值，若是NULL，則表示bbt存儲在內存中，它就在調用nand_memory_bbt函數後返回。 nand_memory_bbt函數的主要工作就是在內存中建立bbt，其實就是調用了create_bbt函數。
create_bbt函數的工作方式很簡單，就是掃描NAND chip所有的block，讀取每個block中第一個page的oob內容，然後根據oob中的壞塊信息建立起bbt，可以參見上節關於struct nand_bbt_descr中的offs、len和pattern成員變量的解釋。
3、bbt存儲在NAND chip時的工作流程
相對於把bbt存儲在內存中，這種方式的工作流程稍顯複雜一點。
nand_scan_bbt函數首先從NAND chip中讀取bbt的內容，它讀取的方式分為兩種：
其一是調用read_abs_bbts函數直接從給定的page地址讀取，那麼這個page地址在什麼時候指定呢？就是在你的NAND driver中指定。前文說過，在struct nand_chip結構體中有兩個成員變量，分別是bbt_td和bbt_md，MTD為它們附上了default的值，但是你也可以根據你的需要為它們附上你自己定義的值。假如你為bbt_td和bbt_md的options成員變量定義了NAND_BBT_ABSPAGE，同時又把你的bbt所在的page地址保存在bbt_td和bbt_md的pages成員變量中，MTD就可以直接在這個page地址中讀取bbt了。值得一提的是，在實際使用時一般不這麼幹，因為你不能保證你保存bbt的那個block就永遠不會壞，而且這樣也不靈活；
其二是調用那個search_read_bbts函數試著在NAND chip的maxblocks(請見上文關於struct nand_bbt_descr中maxblocks的說明)個block中查找bbt是否存在，若找到，就可以讀取bbt了。
MTD查找bbt的過程為：如果你在bbt_td和bbt_md的options 成員變量中定義了NAND_BBT_LASTBLOCK，那麼MTD就會從NAND chip的最後一個block開始查找(在default情況下，MTD就是這麼幹的)，否則就從第一個block開始查找。
與查找oob中的壞塊信息時類似，MTD會從所查找block的第一個page的oob中讀取內容，然後與bbt_td或bbt_md中patter指向的內容做比較，若相等，則表示找到了bbt，否則就繼續查找下一個block。順利的情況下，只需查找一個block中就可以找到bbt，否則MTD最多會查找maxblocks個block。
若找到了bbt，就把該bbt所在的page地址保存到bbt_td或bbt_md的pages成員變量中，否則pages的值為-1。
如果系統中有多片NAND chip，並且為每一片NAND chip都建立一個bbt，那麼就會在每片NAND chip上重複以上過程。
接著，nand_scan_bbt函數會調用check_create函數，該函數會判斷是否找到了bbt，其實就是判斷bbt_td或者bbt_md中pages成員變量的值是否有效。若找到了bbt，就會把bbt從NAND chip中讀取出來，並保存到struct nand_chip中bbt指針指向的內存中；若沒找到，就會調用create_bbt函數建立bbt(與bbt存儲在內存中時情況一樣)，同時把bbt寫入到NAND chip中去。
七、總結
本文沒有糾纏於MTD中每一句code怎麼實現這種細節，對於開發一個基於NAND的驅動來說，並不需要對MTD中的每一條代碼都徹底細緻的研究，只要能在總體或者大局上有所把握，能了解MTD中主要函數的工作流程，也就可以了。
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