MTD，Memory Technology Device即內存技術設備，在Linux內核中，引入MTD層為NOR FLASH和NAND FLASH設備提供統一接口。MTD將文件系統與底層FLASH存儲器進行了隔離。

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如上圖所示，MTD設備通常可分為四層，從上到下依次是：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層、硬件驅動層。

Flash硬件驅動層：Flash硬件驅動層負責對Flash硬件的讀、寫和擦除操作。MTD設備的Nand Flash芯片的驅動則drivers/mtd/nand/子目錄下,Nor Flash芯片驅動位于drivers/mtd/chips/子目錄下。

MTD原始設備層：用于描述MTD原始設備的數據結構是mtd_info，它定義了大量的關于MTD的數據和操作函數。其中mtdcore.c: ?MTD原始設備接口相關實現，mtdpart.c?: ?MTD分區接口相關實現。

MTD設備層：基于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）。其中mtdchar.c?: ?MTD字符設備接口相關實現，mtdblock.c?: MTD塊設備接口相關實現。

設備節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD塊設備節點（主設備號為31）和MTD字符設備節點（主設備號為90）。通過訪問此設備節點即可訪問MTD字符設備和塊設備?

MTD數據結構：

1.Linux內核使用mtd_info結構體表示MTD原始設備，這其中定義了大量關于MTD的數據和操作函數（后面將會看到），所有的mtd_info結構體存放在mtd_table結構體數據里。在/drivers/mtd/mtdcore.c里：

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struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES];

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struct?mtd_info?*mtd_table[MAX_MTD_DEVICES];??

　　2.Linux內核使用mtd_part結構體表示分區，其中mtd_info結構體成員用于描述該分區，大部分成員由其主分區mtd_part->master決定，各種函數也指向主分區的相應函數。

struct mtd_part { struct mtd_info mtd; /* 分區信息, 大部分由master決定 */ struct mtd_info *master; /* 分區的主分區 */ uint64_t offset; /* 分區的偏移地址 */ int index; /* 分區號 (Linux3.0后不存在該字段) */ struct list_head list; /* 將mtd_part鏈成一個鏈表mtd_partitons */ int registered; };

mtd_info結構體主要成員，為了便于觀察，將重要的數據放在前面，不大重要的編寫在后面。

struct mtd_info { u_char type; /* MTD類型，包括MTD_NORFLASH,MTD_NANDFLASH等(可參考mtd-abi.h) */ uint32_t flags; /* MTD屬性標志，MTD_WRITEABLE,MTD_NO_ERASE等(可參考mtd-abi.h) */ uint64_t size; /* mtd設備的大小 */ uint32_t erasesize; /* MTD設備的擦除單元大小，對于NandFlash來說就是Block的大小 */ uint32_t writesize; /* 寫大小, 對于norFlash是字節,對nandFlash為一頁 */ uint32_t oobsize; /* OOB字節數 */ uint32_t oobavail; /* 可用的OOB字節數 */ unsigned int erasesize_shift; /* 默認為0，不重要 */ unsigned int writesize_shift; /* 默認為0，不重要 */ unsigned int erasesize_mask; /* 默認為1，不重要 */ unsigned int writesize_mask; /* 默認為1，不重要 */ const char *name; /* 名字， 不重要*/ int index; /* 索引號，不重要 */ int numeraseregions; /* 通常為1 */ struct mtd_erase_region_info *eraseregions; /* 可變擦除區域 */ void *priv; /* 設備私有數據指針，對于NandFlash來說指nand_chip結構體 */ struct module *owner; /* 一般設置為THIS_MODULE */ /* 擦除函數 */ int (*erase) (struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr); /* 讀寫flash函數 */ 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); /* 帶oob讀寫Flash函數 */ 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); int (*get_fact_prot_info) (struct mtd_info *mtd, struct otp_info *buf, size_t len); int (*read_fact_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf); int (*get_user_prot_info) (struct mtd_info *mtd, struct otp_info *buf, size_t len); int (*read_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf); int (*write_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf); int (*lock_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len); int (*writev) (struct mtd_info *mtd, const struct kvec *vecs, unsigned long count, loff_t to, size_t *retlen); int (*panic_write) (struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t *retlen, const u_char *buf); /* Sync */ void (*sync) (struct mtd_info *mtd); /* Chip-supported device locking */ int (*lock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len); int (*unlock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len); /* 電源管理函數 */ int (*suspend) (struct mtd_info *mtd); void (*resume) (struct mtd_info *mtd); /* 壞塊管理函數 */ int (*block_isbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs); int (*block_markbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs); void (*unpoint) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len); unsigned long (*get_unmapped_area) (struct mtd_info *mtd, unsigned long len, unsigned long offset, unsigned long flags); struct backing_dev_info *backing_dev_info; struct notifier_block reboot_notifier; /* default mode before reboot */ /* ECC status information */ struct mtd_ecc_stats ecc_stats; int subpage_sft; struct device dev; int usecount; int (*get_device) (struct mtd_info *mtd); void (*put_device) (struct mtd_info *mtd); };

mtd_info結構體中的read()、write()、read_oob()、write_oob()、erase()是MTD設備驅動要實現的主要函數，幸運的是Linux大牛已經幫我們實現了一套適合大部分FLASH設備的mtd_info成員函數。

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如果MTD設備只有一個分區，那么使用下面兩個函數注冊和注銷MTD設備。

int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd) int del_mtd_device (struct mtd_info *mtd)

如果MTD設備存在其他分區，那么使用下面兩個函數注冊和注銷MTD設備。

int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,const struct mtd_partition *parts,int nbparts) int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master)

其中mtd_partition結構體表示分區的信息

struct mtd_partition { char *name; /* 分區名，如TQ2440_Board_uboot、TQ2440_Board_kernel、TQ2440_Board_yaffs2 */ uint64_t size; /* 分區大小 */ uint64_t offset; /* 分區偏移值 */ uint32_t mask_flags; /* 掩碼標識，不重要 */ struct nand_ecclayout *ecclayout; /* OOB布局 */ struct mtd_info **mtdp; /* pointer to store the MTD object */ }; 其中nand_ecclayout結構體： struct nand_ecclayout { __u32 eccbytes; /* ECC字節數 */ __u32 eccpos[64]; /* ECC校驗碼在OOB區域存放位置 */ __u32 oobavail; /* 除了ECC校驗碼之外可用的OOB字節數 */ struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES]; };

關于nand_ecclayout結構體實例，更多可參考drivers/mtd/nand/nand_base.c下的nand_oob_8、nand_oob_16、nand_oob_64實例。
MTD設備層：

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mtd字符設備接口：

/drivers/mtd/mtdchar.c文件實現了MTD字符設備接口，通過它，可以直接訪問Flash設備，與前面的字符驅動一樣，通過file_operations結構體里面的open()、read()、write()、ioctl()可以讀寫Flash，通過一系列IOCTL 命令可以獲取Flash 設備信息、擦除Flash、讀寫NAND 的OOB、獲取OOB layout 及檢查NAND 壞塊等(MEMGETINFO、MEMERASE、MEMREADOOB、MEMWRITEOOB、MEMGETBADBLOCK IOCRL)?

mtd塊設備接口：

/drivers/mtd/mtdblock.c文件實現了MTD塊設備接口，主要原理是將Flash的erase block 中的數據在內存中建立映射，然后對其進行修改，最后擦除Flash 上的block，將內存中的映射塊寫入Flash 塊。整個過程被稱為read/modify/erase/rewrite 周期。?但是，這樣做是不安全的，當下列操作序列發生時，read/modify/erase/poweroff，就會丟失這個block 塊的數據。
MTD硬件驅動層：

Linux內核再MTD層下實現了通用的NAND驅動(/driver/mtd/nand/nand_base.c)，因此芯片級的NAND驅動不再需要實現mtd_info結構體中的read()、write()、read_oob()、write_oob()等成員函數。

MTD使用nand_chip來表示一個NAND FLASH芯片, 該結構體包含了關于Nand Flash的地址信息,讀寫方法,ECC模式,硬件控制等一系列底層機制。

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struct nand_chip {void __iomem *IO_ADDR_R; /* 讀8位I/O線地址 */void __iomem *IO_ADDR_W; /* 寫8位I/O線地址 *//* 從芯片中讀一個字節 */uint8_t (*read_byte)(struct mtd_info *mtd); /* 從芯片中讀一個字 */u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd); /* 將緩沖區內容寫入芯片 */void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len); /* 讀芯片讀取內容至緩沖區/ */void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, int len);/* 驗證芯片和寫入緩沖區中的數據 */int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);/* 選中芯片 */void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);/* 檢測是否有壞塊 */int (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);/* 標記壞塊 */int (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);/* 命令、地址、數據控制函數 */void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat,unsigned int ctrl);/* 設備是否就緒 */int (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);/* 實現命令發送 */void (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr);int (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this);/* 擦除命令的處理 */void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);/* 掃描壞塊 */int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);int (*errstat)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state, int status, int page);/* 寫一頁 */int (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip,const uint8_t *buf, int page, int cached, int raw);int chip_delay; /* 由板決定的延遲時間 *//* 與具體的NAND芯片相關的一些選項，如NAND_NO_AUTOINCR，NAND_BUSWIDTH_16等 */unsigned int options; /* 用位表示的NAND芯片的page大小，如某片NAND芯片* 的一個page有512個字節，那么page_shift就是9 */int page_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字節(通常就是一個block的大小)，那么phys_erase_shift就是14*/int phys_erase_shift;/* 用位表示的bad block table的大小，通常一個bbt占用一個block，* 所以bbt_erase_shift通常與phys_erase_shift相等*/int bbt_erase_shift;/* 用位表示的NAND芯片的容量 */int chip_shift;/* NADN FLASH芯片的數量 */int numchips;/* NAND芯片的大小 */uint64_t chipsize;int pagemask;int pagebuf;int subpagesize;uint8_t cellinfo;int badblockpos;nand_state_t state;uint8_t *oob_poi;struct nand_hw_control *controller;struct nand_ecclayout *ecclayout; /* ECC布局 */struct nand_ecc_ctrl ecc; /* ECC校驗結構體，里面有大量的函數進行ECC校驗 */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; };

最后，我們來用圖表的形式來總結一下，MTD設備層、MTD原始設備層、FLASH硬件驅動層之間的聯系。

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轉載于:https://www.cnblogs.com/tkid/p/3909487.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux MTD系统剖析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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