基于MTD的NANDFLASH设备驱动底层实现原理分析(五)

Linux内核在MTD的下层实现了通用的NAND驱动(/driver/mtd/nand/nand_base.c)因此芯片级的驱动实现不再需要我们关心mtd中的那些成员函数了主题转移到nand_chip数据结构中

先了解了解nand_chip结构体

struct nand_chip {
    void  __iomem    *IO_ADDR_R;    //读8位I/O线的地址
    void  __iomem    *IO_ADDR_W;   //写8位I/O线的地址
    uint8_t        (*read_byte)(struct mtd_info *mtd);//从芯片读一个字节
    u16        (*read_word)(struct mtd_info *mtd);//从芯片读一个字
    void        (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);//将缓冲区的数据写入芯片
    void        (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, int len);//将芯片中的数据独到缓冲区中

    int        (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len); //验证芯片和写入缓冲区中的数据

   int         (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);//检查是否坏块
    int        (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);//标记坏块

    void        (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);          //实现选中芯片
    void        (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat,              
                    unsigned int ctrl);//控制ALE/CLE/nCE,也用于写命令和地址
    int        (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);//设备就绪
    void        (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr); //实现命令发送

    int        (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this);
    void        (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);//擦除命令的处理
    int        (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);//扫描坏块
    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);//写一页

    int        chip_delay;//有板决定的延迟时间
   unsigned int    options;//与具体的NAND芯片相关的一些选项，如NAND_NO_AUTOINCR，NAND_BUSWIDTH_16等，至于这些选项具体表示什么含义，可以参考<linux/mtd/nand.h>，那里有较为详细的说明；

    int        page_shift;//用位表示的NAND芯片的page大小，如某片NAND芯片的一个page有512个字节，那么page_shift就是9；
    int        phys_erase_shift;//用位表示的NAND芯片的每次可擦除的大小，如某片NAND芯片每次可擦除16K字节(通常就是一个block的大小)，那么phys_erase_shift就是14；
    int        bbt_erase_shift;//用位表示的bad block table的大小，通常一个bbt占用一个block，所以bbt_erase_shift通常与phys_erase_shift相等；
    int        chip_shift;用位表示的NAND芯片的容量；
    int        numchips;表示系统中有多少片NAND芯片；
    uint64_t    chipsize;//NAND芯片的大小；
    int        pagemask;//计算page number时的掩码，总是等于chipsize/page大小－ 1；
    int        pagebuf;用来保存当前读取的NAND芯片的page number，这样一来，下次读取的数据若还是属于同一个page，就不必再从NAND芯片读取了，而是从data_buf中直接得到；
    int        subpagesize;
    uint8_t        cellinfo;
    int        badblockpos;
    int        badblockbits;

    flstate_t    state;

    uint8_t        *oob_poi;
    struct nand_hw_control  *controller;
    struct nand_ecclayout    *ecclayout;

    struct nand_ecc_ctrl ecc;
    struct nand_buffers *buffers;
    struct nand_hw_control hwcontrol;

    struct mtd_oob_ops ops;

    uint8_t        *bbt;
    struct nand_bbt_descr    *bbt_td;
    struct nand_bbt_descr    *bbt_md;

    struct nand_bbt_descr    *badblock_pattern;

    void        *priv;

};

这上面有一个与ECC相关的结构体 struct nand_ecc_ctrl

struct nand_ecc_ctrl {
    nand_ecc_modes_t    mode;
    int            steps;
    int            size;
    int            bytes;
    int            total;
    int            prepad;
    int            postpad;
    struct nand_ecclayout    *layout;
    void            (*hwctl)(struct mtd_info *mtd, int mode);/**控制硬件ECC*/
    int            (*calculate)(struct mtd_info *mtd,
                         const uint8_t *dat,
                         uint8_t *ecc_code);/**根据data计算ecc值**/
    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, int page);/**向NANDFLASH芯片读一个页的原始数据*/
    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, int page);/**读一个页但包含ecc校验*/
    int            (*read_subpage)(struct mtd_info *mtd,
                         struct nand_chip *chip,
                         uint32_t offs, uint32_t len,
                         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);/**读OOB但不包含MAIN部分**/
    int            (*write_oob)(struct mtd_info *mtd,
                         struct nand_chip *chip,
                         int page);
};

hwctl：这个函数用来控制硬件产生ecc，其实它主要的工作就是控制NAND controller向NAND芯片发出NAND_ECC_READ、NAND_ECC_WRITE和NAND_ECC_READSYN等命令，与struct nand_chip结构体中的cmdfunc类似，只不过发起的命令是ECC相关的罢了；

 

calculate：根据data计算ecc值；

 

correct：根据ecc值，判断读写数据时是否有错误发生，若有错，则立即试着纠正，纠正失败则返回错误；

 

read_page_raw和write_page_raw：从NAND芯片中读取一个page的原始数据和向NAND芯片写入一个page的原始数据，所谓的原始数据，即不对读写的数据做ecc处理，该读写什么值就读写什么值。另外，这两个函数会读写整个page中的所有内容，即不但会读写一个page中MAIN部分，还会读写OOB部分。

 

read_page和write_page：与read_page_raw和write_page_raw类似，但不同的是，read_page和write_page在读写过程中会加入ecc的计算，校验，和纠正等处理。

read_oob和write_oob：读写oob中的内容，不包括MAIN部分。

 

其实，以上提到的这几个read_xxx和write_xxx函数，最终都会调用struct nand_chip中的read_buf和write_buf这两个函数，所以如果没有特殊需求的话，我认为不必自己实现，使用MTD提供的default的函数即可。

下面这个结构体用来ECC在oob中布局的一个结构体。

struct nand_ecclayout {
    __u32 eccbytes;//ecc字节数,对于512字节/page的NANDflash,eccbytes=3,如果需要额外用到oob中的数据，那么也可以大于3.
    __u32 eccpos[64];ECC数据在oob中的位置，这里之所以是个64字节的数组，是因为对于2K/页的NAND来说，它的oob有64个字节。而对于512字节/page的NAND来说，可以而且只可以定义它的前16个字节。
    __u32 oobavail;OOB中可用的字节数,不需要对该成员赋值,MTD会根据其他三个成员计算出来
    struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES];//显示定义空闲的OOB字节
};

大家都知道OOB但是OOB里面究竟存了些什么,OOB主要用来存储两种信息：坏块信息和ECC数据,对于小页的NANDFLASH一般坏块占据一个字节(并且是在第6个字节),ECC占3个字节,上面这个结构体就是起到了这个作用告诉那些与操作ECC无关的函数,在OOB区域里那部分是来存储ECC的(不可他用),那些字节是空闲的。