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Linux MTD系统剖析【转】

發布時間：2025/3/21 linux 36 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux MTD系统剖析【转】小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

轉自：http://blog.csdn.net/lwj103862095/article/details/21545791

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。

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：

[cpp]?view plaincopy? print?

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。

[cpp]?view plaincopy? print?

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。

[cpp]?view plaincopy? print?

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。

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。

[cpp]?view plaincopy? print?

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。
[cpp]?view plaincopy? print?

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

[cpp]?view plaincopy? print?

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：

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。

[cpp]?view plaincopy? print?

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。