MTD3 nand flash的erasereadwrite接口函数代码分析.docx
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MTD3nandflash的erasereadwrite接口函数代码分析
本来是想按照代码流程往下讲bbt的，但是写着写着，还是要先介绍下mtd的几个基本flash读写擦函数接口。
那就调整下，先讲基本接口函数，再讲到bbt的时候，就不用回头来讲基本读写函数了，这样主线清楚些。
忽然觉得我讲的流程有些乱：
）
还没有讲flash的具体操作命令，要是穿插在下来的章节里面讲，会更乱，那就在这里补充下吧：
）
前面这章已经提到了一些东西，但我光顾着分解代码了，没有把他们关联起来。
我们知道，flash的基本操作就是erase、write、read。
那么kernel是如何执行这些操作的呢？
首先我们要明确一点，CPU是通过flash控制器操作Flash芯片的，不同的芯片flash控制器不同，那么flash控制器有什么功能呢？
硬件ECC校验，指令状态，工作时序等等；
上面是flash的读写擦通用操作流程。
以上的代码都是针对某个特点平台的flash底层信息，比如我们就是针对TI的DM368来讲的，它们既要遵循一般的flash操作规范，如读写擦的命令字，也会有自己chip的一些特性，比如IO管脚复用，时序控制等等。
那么kernel如何管理种类繁多的flash设备？
就是依赖MTD抽象层来实现的。
MTD定义了通用的flash操作接口，也针对大多数nandflash定义了通用的操作流程（nand_base.c），各种不同的chip只需要实现自己直接操作flash设备的命令就好了。
info->chip.cmd_ctrl =nand_davinci_hwcontrol;
info->chip.dev_ready =nand_davinci_dev_ready;
info->chip.read_buf =nand_davinci_read_buf;
info->chip.write_buf =nand_davinci_write_buf;
dm368就是通过上面的几个接口函数来完成具体动作的。
MTD提供的底层flash操作接口如下：
mtd->erase=nand_erase;
mtd->read=nand_read;
mtd->write=nand_write;
mtd->read_oob=nand_read_oob;
mtd->write_oob=nand_write_oob;
mtd->sync=nand_sync;
mtd->suspend=nand_suspend;
mtd->resume=nand_resume;
mtd->block_isbad=nand_block_isbad;
mtd->block_markbad=nand_block_markbad;
提醒一点，到目前为止，我们还没有涉及到flash逻辑分区，所有的flash相关信息都是以单片flash为目标的，上面MTD提供的底层接口，也都是以chip为工作域的。
对flash进行操作，一定要指定要操作的区域属于哪个block，哪个page，而MTD的接口函数使用的偏移量参数通常是以字节为单位的，所以要经常在byte，page，block之间转换；
kernel里面大量使用了位移来替代乘除法，也许是为了提高效率，也许是因为历史原因，但对阅读代码来说要稍微绕下弯子，相关shift的赋值在nand_get_flash_type中。
chip->page_shift=ffs（mtd->writesize）-1; //writesize相当与pagesize，对应2KB的lp来说，chip->page_shift=ffs（2048）-1=11
// 顺便说下，ffs（x）这个函数把我搞晕了一下，ffs（2048）开始我以为是11，但后面计算不对，我只好加了调试语句，结果等于12.也就是说，ffs（0）=0;ffs
（1）=1;ffs
（2）=2;
chip->pagemask=（chip->chipsize>>chip->page_shift）-1; //chipsize=1GB,pagemask=0x7ffff
chip->bbt_erase_shift=chip->phys_erase_shift=
ffs（mtd->erasesize）-1; //erasesize 等于blocksize，对应K9K8G08U0A，1block=64page=128KB，bbt_erase_shift=17；
if（chip->chipsize&0xffffffff）
chip->chip_shift=ffs（（unsigned）chip->chipsize）-1;//chipsize=1GB,chip_shift=30
else
chip->chip_shift=ffs（（unsigned）（chip->chipsize>>32））+32-1;
有的flash封装了多个chip，比如2GB由2个1GB的chip组成。
我们先看下nand_erase，flash在写入数据之前必须先擦除（erase），擦除是以block为单位的，擦除成功则该block所有bit都为1，如果擦除失败，则需要更新bbt；
staticintnand_erase（structmtd_info*mtd,structerase_info*instr）
{
returnnand_erase_nand（mtd,instr,0）;
}
nand_erase要擦除的区域信息是通过structerase_info*instr传入的，最重要的几个成员有addr，len，callback，state；
structerase_info{
structmtd_info*mtd;
uint64_taddr; //要擦除区域的起始位置，以byte为单位
uint64_tlen; //要擦除区域的长度
uint64_tfail_addr;
u_longtime;
u_longretries;
unsigneddev;
unsignedcell;
void（*callback）（structerase_info*self）; //擦除成功，会调用此回调函数；
u_longpriv;
u_charstate; //擦除动作的结果
structerase_info*next;
};
#defineBBT_PAGE_MASK0xffffff3f
intnand_erase_nand（structmtd_info*mtd,structerase_info*instr,
intallowbbt）
前面的判断边界条件的代码不讲了，略过；
nand_get_device（chip,mtd,FL_ERASING）;
这个函数实际上是给chip加锁，因为同一个chip不能同时做多个动作，比如，一个read完成了，才能开始下一个read的动作，这里面用的是spin_lock自旋锁，因为要考虑到多核CPU和SMP。
一个动作结束后，必须调用nand_release_device（mtd）;释放自旋锁。
page=（int）（instr->addr>>chip->page_shift）;
chipnr=（int）（instr->addr>>chip->chip_shift）;
pages_per_block=1<<（chip->phys_erase_shift-chip->page_shift）;
chip->select_chip（mtd,chipnr）;
以上代码根据addr计算出要擦除的区域的起始page以及chip序号，并选中要操作的chip，要注意，有的flash封装了多个chip。
if（nand_block_checkbad（mtd,（（loff_t）page）<<
chip->page_shift,0,allowbbt））
gotoerase_exit;
kernel里面通常是不擦除以标记的坏块的；这里如何检查坏块的代码就跳过了，后面讲bbt的时候会详细解说，原理就是检查所在块的第一个page的oob里面的坏块标记是否为0xff，如果不是就是坏块。
chip->erase_cmd（mtd,page&chip->pagemask）;
下面分析下erase_cmd的代码；
if（chip->options&NAND_4PAGE_ARRAY）
chip->erase_cmd=multi_erase_cmd;
else
chip->erase_cmd=single_erase_cmd;
staticvoidsingle_erase_cmd（structmtd_info*mtd,intpage）
{
structnand_chip*chip=mtd->priv;
chip->cmdfunc（mtd,NAND_CMD_ERASE1,-1,page）;
chip->cmdfunc（mtd,NAND_CMD_ERASE2,-1,-1）;
}
从上面的硬件手册可知，擦除的流程主要是先写入60h，再写入page地址，再写入d0h，然后就是读取状态寄存器等待命令执行完毕，得到命令执行成功与否的返回值。
那这上面的2句cmdfunc就是发送erase命令了。
#defineNAND_CMD_ERASE1 0x60
#defineNAND_CMD_ERASE2 0xd0
从宏定义可以看到，正是erase的2个命令字；
现在，是时候看下cmdfunc的代码了，我们针对largepage看下nand_command_lp
上面的地址，被分成了2部分，page和column，column是page内部的偏移量，指定column是为了执行一些特殊命令，如随机读写page内部的某些区域，通常是为了读写oob的某些字节。
发送命令比我们在之前看到的流程图要复杂些，原因在于CLE和ALE，下面是DM368EMIF硬件手册的说明；
Figure8 showstheEMIFexternalpinsusedtointerfacewithaNANDFlashdevice.EMIFaddresslinesareusedtodrivetheNANDFlashdevice'scommandlatchenable（CLE）andaddresslatchenable（ALE）signals.AnyEMIFaddresslinemaybeusedtodrivetheCLEandALEsignalsoftheNANDFlash.
However,itisrecommended,especiallywhenbootingfromNANDFlash,thatEM_A[2:
1]beused.Thisisbecausethesepinsarenotmuxedwithanotherperipheralandarethereforealwaysavailable.
info->mask_ale =pdata->mask_ale?
:
MASK_ALE;
info->mask_cle =pdata->mask_cle?
:
MASK_CLE;
从上面的结构图可以看到，命令、地址、数据是通过不同的引脚访问的。
nand_command_lp写入命令和地址时都用了相同的接口chip->cmd_ctrl，但是必须要区分命令和地址通过不同的IO地址写入才行，所以就增加了一个参数ctrl来告诉底层；
另外，就是对address的拆分，因为要写入address的IO端口是8bit的，所以要把address按照一定的规则分次写入IO端口，通常是先写入低字节，再写入高字节。
明白了上面讲的原理，下面的代码也就很好理解了，就是根据函数传入的ctr区分要写入的是命令、地址还是数据，来切换nand->IO_ADDR_W，然后写入命令或地址（如果有的话）。
staticvoidnand_davinci_hwcontrol（structmtd_info*mtd,intcmd,
unsignedintctrl）
{
structdavinci_nand_info *info=to_davinci_nand（mtd）;
uint32_t addr=info->current_cs;
structnand_chip *nand=mtd->priv;
if（ctrl&NAND_CTRL_CHANGE）{
if（（ctrl&NAND_CTRL_CLE）==NAND_CTRL_CLE）
addr|=info->mask_cle;
elseif（（ctrl&NAND_CTRL_ALE）==NAND_CTRL_ALE）
addr|=info->mask_ale;
nand->IO_ADDR_W=（void__iomem__force*）addr;
}
if（cmd!
=NAND_CMD_NONE）
iowrite8（cmd,nand->IO_ADDR_W）;
}
nand_command_lp的代码比较长，这里不详细列出了，说明下流程；
chip->cmd_ctrl（mtd,command&0xff,
NAND_NCE|NAND_CLE|NAND_CTRL_CHANGE）;
先写命令字，ctrl里面的NAND_CLE告诉底层要写的是命令；
接下来写地址，有的命令是没有地址的，如NAND_CMD_STATUS；
有的地址只有page，没有column，这都要上层调用者指定，没有地址请指定-1，要记住0也是合法的地址；
首先写入column，如果是16bit的flash，一次读写2个byte，这里要把column除以2；
目前column的有效bit不超过16，所以连续写入2个byte就可以了，先写入低字节要注意ctr用NAND_ALE注明要写入的是地址；
接着写入page，要根据芯片size确定page的有效范围，最少是2个字节，128MB以上的需要3个字节。
基本的命令字和地址写入后，一般的命令就结束了，接下来，上层可能要读写数据，所以要把nand->IO_ADDR_W恢复成IO端口，下面的函数调用就完成这个动作；
chip->cmd_ctrl（mtd,NAND_CMD_NONE,NAND_NCE|NAND_CTRL_CHANGE）;
有些命令还需要后续的处理才算完成，所以，代码还没完：
）
举例，NAND_CMD_READ0命令在写入地址后，还要再写入一个命令NAND_CMD_READSTART，并读取寄存器NANDFSR_OFFSET等待命令执行完毕才能返回给上层，上层才可以开始读取数据。
我们已经把chip->cmdfunc分析完了，知道如何发送命令了，但是nand_erase_nand还没结束；
发送NAND_CMD_ERASE1命令后，我们还要读取状态寄存器等待erase命令执行完毕并得到返回值；
status=chip->waitfunc（mtd,chip）;
//chip->waitfunc=nand_wait;
nand_wait的流程就是间隔读取NANDFSR_OFFSET寄存器，直到读到非0值或超时为止，这里的超时设置，erase擦除是400ms，write是20ms；
需要注意的流程是，要先发送NAND_CMD_STATUS命令，等待命令完成后才能开始读取命令返回值status；
如果status不是NAND_STATUS_READY，就说明擦除失败了，这时候要进行一些错误处理，比如更新bbt坏块表；
如果接口传入的len包括了多个block，还要继续擦除下一个block；
如果erase失败，要调用mtd_erase_callback（instr）;它会调用instr->callback（instr）;
再分析下nand_read，nand_read_oob，这2个接口函数都是读取flashpage的数据，区别在于nand_read只读取data区域，nand_read_oob可能会同时读取page的data和oob；
尽管从接口参数来看，可以读取page内部任意一段data，但是因为ECC校验，驱动程序还是要完整的读取全部data，然后再copy给上层；
flash支持NAND_CMD_READ0自动读取oob，有的flash提供了单独的命令NAND_CMD_READOOB来读取oob，请参考flash的硬件手册。
他们都调用到了nand_do_read_ops，这个函数根据传入的ops读取相应的data和oob；
首先还是要根据from计算出page和col，要注意我们一次只能读取一个page的data，所以ops->len不能越界否则要被截掉bytes=min（mtd->writesize-col,readlen）;
如果上层不是要读取整个data，那驱动就要使用chip->buffers->databuf来读取整个data，再copy给上层传入的bug；
发送NAND_CMD_READ0命令后，就要读取data了，我们继续看下正常的hwecc的流程，nand_read_page_hwecc；
ECC校验都是以512bytes为一组的，所以largepage要分组分别操作；
for（i=0;eccsteps;eccsteps--,i+=eccbytes,p+=eccsize）{
chip->ecc.hwctl（mtd,NAND_ECC_READ）;
chip->read_buf（mtd,p,eccsize）;
chip->ecc.calculate（mtd,p,&ecc_calc[i]）;
}
对于dm368来说，采用的是HW4bit/512的ECC校验，具体实现如下；
info->chip.ecc.calculate=nand_davinci_calculate_4bit;
info->chip.ecc.correct=nand_davinci_correct_4bit;
info->chip.ecc.hwctl=nand_davinci_hwctl_4bit;
info->chip.ecc.bytes=10;
从上面的代码注释可以看到，HWecc是在读取data的时候硬件就自动完成了的，不再需要软件的干预；
接下来继续读取oob；
chip->read_buf（mtd,chip->oob_poi,mtd->oobsize）;
然后下面是ECC校验，对于硬件ECC来讲就是读取控制器的相应的寄存器，必须要看硬件手册的，这样就不讲了。
最后，还需要把前面读出的data和oob复制给ops，这里要注意，如果ops->mode是MTD_OOB_AUTO，就只能复制oobfree给上层ops；
我们先看下MTD_OOB_RAW模式的处理流程；
if（unlikely（ops->mode==MTD_OOB_RAW））
ret=chip->ecc.read_page_raw（mtd,chip,
bufpoi,page）;
在前面的代码里面，如果是MTD_OOB_RAW模式，就直接读取整个data和整个oob，注意，oob存放在chip->oob_poi里面；
复制oob的代码是 buf=nand_transfer_oob（chip,buf,ops,mtd->oobsize）;
从下面的代码，我们可以看出，在MTD_OOB_RAW模式下，驱动是将oob复制到ops->datbuf里面的，而且要通过ops->ooboffs指定oob位置和长度，这种模式要谨慎使用。
staticuint8_t*nand_transfer_oob（structnand_chip*chip,uint8_t*oob,
structmtd_oob_ops*ops,size_tlen）
caseMTD_OOB_RAW:
memcpy（oob,chip->oob_poi+ops->ooboffs,len）;
retur
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