MTD(memory technology device内存技术设备)是用于访问memory设备(ROM、flash)的Linux的子系统。MTD的主要目的是为了使新的memory设备的驱动更加简单,为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD的所有源代码在/drivers/mtd子目录下。我将CFI接口的MTD设备分为四层(从设备节点直到底层硬件驱动),这四层从上到下依次是:设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。 一、Flash硬件驱动层:硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件,Linux MTD设备的NOR Flash芯片驱动遵循CFI接口标准,其驱动程序位于drivers/mtd/chips子目录下。NAND型Flash的驱动程序则位于/drivers/mtd/nand子目录下。 二、MTD原始设备:原始设备层有两部分组成,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。 用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info,这其中定义了大量的关于MTD的数据和操作函数。mtd_table(mtdcore.c)则是所有MTD原始设备的列表,mtd_part(mtd_part.c)是用于表示MTD原始设备分区的结构,其中包含了mtd_info,因为每一个分区都是被看成一个MTD原始设备加在mtd_table中的,mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part->master中获得。 在drivers/mtd/maps/子目录下存放的是特定的flash的数据,每一个文件都描述了一块板子上的flash。其中调用add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/删除mtd_info结构并将其加入/删除mtd_table(或者调用add_mtd_partition()、del_mtd_partition()(mtdpart.c)建立/删除mtd_part结构并将mtd_part.mtd_info加入/删除mtd_table 中)。 三、MTD设备层:基于MTD原始设备,linux系统可以定义出MTD的块设备(主设备号31)和字符设备(设备号90)。MTD字符设备的定义在mtdchar.c中实现,通过注册一系列file operation函数(lseek、open、close、read、write)。MTD块设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构mtdblk_dev,并声明了一个名为mtdblks的指针数组,这数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个mtd_info一一对应。 四、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),通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。 五、根文件系统:在Bootloader中将JFFS(或JFFS2)的文件系统映像jffs.image(或jffs2.img)烧到flash的某一个分区中,在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的your_fixup函数中将该分区作为根文件系统挂载。 六、文件系统:内核启动后,通过mount 命令可以将flash中的其余分区作为文件系统挂载到mountpoint上。 |
另外我还了解一下cfi的驱动流程。如下:
1:构造map_info结构,指定基址/位宽/大小等信息以及"cfi_probe"限定,然后调用do_map_probe()。 2:do_map_probe()根据名字"cfi_probe"找到芯片驱动"cfi_probe.c"直接调用cfi_probe()。 3:cfi_probe()直接调用mtd_do_chip_probe(),传入cfi_probe_chip()函数指针。 4:mtd_do_chip_probe()分2步,先调用genprobe_ident_chips()探测芯片信息,后调用check_cmd_set()获取和初始化芯片命令集(多分区初始化就在里面)。 5:genprobe_ident_chips()函数如果不考虑多芯片串连的情况,那只需看前面的genprobe_new_chip()调用,完成后cfi.chipshift=cfi.cfiq->DevSize,2^chipshift=FLASH大小。 6:genprobe_new_chip()枚举各种不同的芯片位宽和背靠背数量,结合配置设定依次调用步骤3的cfi_probe_chip(),注意cfi->device_type=bankwidth/nr_chips,bankwidth是总线位宽,device_type是芯片位宽。这里我们只需要注意有限复杂情况即可,所谓有限复杂指的是编译时确定的复杂连接。这样,cfi_probe_chip()只有第1次调用才成功,如果考虑32位宽的FLASH插在16bit总线上的情况,那第2次调用成功。 7:cfi_probe_chip(),由于步骤6的原因,函数就在cfi_chip_setup()直接返回,后面的代码就不用考虑了。 8:cfi_chip_setup()读取CFI信息,可以留意下Linux是怎么实现要点4的。 9:回到步骤4的check_cmd_set()阶段,进入cfi_cmdset_0001()函数,先调用read_pri_intelext()读取Intel的扩展信息,然后调用cfi_intelext_setup()初始化自身结构。 10:read_pri_intelext()函数,可以留意下怎么读取变长结构的技巧,也就是"need_more"的用法。这里说明下一些变量的含义,例如对于StrataFlash 128Mb Bottom类型的的FLASH芯片,块结构是4*32KB+127*128KB=16MB,一共16个分区,每个分区1MB。nb_parts=2。 11:cfi_intelext_setup()函数首先根据CFI建立mtd_erase_region_info信息,然后调用cfi_intelext_partition_fixup()来支持分区。 12:cfi_intelext_partition_fixup()用来建立虚拟Chip,每个分区对应1个Chip,不过并没有完全根据CFI扩展信息来建立,而是假定每个分区的大小都一致。cfi->chipshift调整为partshift,各个虚拟chip->start调整为各分区的基址。将来访问FLASH的入口函数cfi_varsize_frob()就根据ofs得到chipnum(chipnum=ofs>>cfi->chipshift),这也是为什么要假定分区一致的原因。 |
MTD几个重要的的数据结构
DE>struct mtd_info { |
我当时要了解MTD代码是因为fd = open("/dev/mtd4", O_RDWR)返回-1,而fd = open("/dev/mtd4", O_RDONLY)是成功的。可知mtd4是不可写的,但是中间件的移植要读写该mtd分区的,所以必须从驱动入手修改。以下的流程是我已经整理过的,当初并没有那么简单和条理。
首先,从mtd设备层入手,因为open、close、read、write、ioctl等file operation函数都定义在这里。在mtdopen函数的实现中,很快可以看出苗头,注意如下代码框中字体加粗部分:
DE>/* You can't open the RO devices RW */ |
另外在fs.h中有定义
DE>#define FMODE_READ 1 |
显然,如果open的文件标志有写标记的话,那么会在open时判断该设备是否允许写操作。刚开始我根据if ((file->f_mode & 2) && (minor & 1))去追踪mtd4的次设备号与1相与是否非0。在目标板系统上执行ls -l /dev/mtd4,得知mtd4的次设备号为8,从而确定了不会在这一步返回。
剩下的只有if ((file->f_mode & 2) && !(mtd->flags & MTD_WRITEABLE))了,mtd->flags有可能置!MTD_WRITEABLE标志,导致在这里open失败。之后的工作就定位在mtd->flags上。
mtd_info的初始化应该在flash硬件驱动层进行的,本着这样的想法,我特地去了解一下cfi的probe过程,事实证明那是没有必要的。现在回到flash硬件驱动层,找到我们项目的flash芯片的驱程,init_xxxx_map()这样定义:
DE> //以上是mtd各个区的offset、size设置 |
mtd_info的最初初始化是在do_map_probe()里完成的,它其实是通过调用cfi_probe()来完成这些工作的,从那里开始追踪可以看到mtd->flags = MTD_CAP_NORFLASH,而MTD_CAP_NORFLASH则等于MTD_WRITEABLE | MTD_BIT_WRITEABLE。add_mtd_partitions()是mtd partitions的加载实现,一般来说mtd_info等信息也会在这里被设置,进入该函数,果然可以找到我们关心的部分:
DE> if ((slave->mtd.flags & MTD_WRITEABLE) && |
这两个if判断,如果分区的偏移量offset不能被erasesize整除或者分区的大小size不能被erasesize整除的话,那么该分区的mtd.flags会被置不可写标志。从那些printk信息来看,offset、size必须满足erasesize的边界条件,才允许可写。
找了原因,我验证了一下。ioctl(fd, MEMGETINFO, &mtd_info)得到mtd_info.erasesize=0x20000,xxxx-flash.c定义mtd分区信息是:
DE> { name: "rootfs", offset: 0, size: 28*1024*1024 }, |
可以计算到rootfs、bootloader分区的offset、size符合erasesize的边界条件,zImage、config、macadr分区则不符合erasesize的边界条件。以O_RDWR标志open /dev/mtd0和/dev/mtd1都是成功的,open后三个mtd区设备则失败,基本上验证了之前的分析。