Linux NANDFLASH驱动模型概述（Linux mtd子系统专栏分析之四）

在上几篇文章中，基本上理清了mtd子系统的架构，并将mtd子系统对上的抽象及相应的函数接口进行了说明。从本章开始，主要以nandflash为例，费率具体类型的闪存设备驱动模型是如何衔接mtd的抽象层，并完成对闪存芯片的读写操作。

nandflash概念

针对一个nandflash，包括块、页；一个flash包含多个块；而一个块又包含多个页。

针对每一个页而言，又包含对应的sparearea，主要用于存储数据校验信息（即ecc信息），用于纠错；也存储坏块标志（一个块中仅有一个页对应oob存储坏块标志）。而针对文件系统而言，具体到yaffs2文件系统，也会将其文件系统的组织信息信息存储到oob中。

nandlfash及nandcontroller的特点

针对nandflash，我们需要从nandflash自身特性关注以下几点：

nandflash存在bit翻转的情况，因此需要相应的纠错算法，而纠错与检测操作由具体的nandflashcontroller实现，可以实现硬件纠错（如汉明纠错、bch4、bch8纠错算法等），也可使用软件纠错算法；nandflashcontroller与nandflash之间通信命令是统一的，即针对一个nandflashcontroller可以与任意一个nandflash通信；针对每一个nandflashcontroller，访问该nandflashcontroller的方式有所不同，如寄存器定义、读写地址等有所不同；nandflash的擦除次数由显示（10万次），因此在使用过程中，存在坏块linuxnandflash驱动模块抽象

而针对nandflash驱动模块而言，基本上也就是按照上面的特点进行抽象，其驱动模型大概可分为如下几部分：

针对每一个nandflashcontroller，抽象结构体变量structnand_chip；所有的接口以及变量均由该结构体去实现关联基于nandflashcontroller与nandflash的通信命令是统一的，抽象出统一的读、写、擦除等接口，作为mtd_info的_write、_read、badblock等接口；基于nandflash存在bit翻转且每一个nandcontroller实现的纠错算法不同，因此每一个nandflashcontroler需要实现自己的纠错接口、校验接口等；针对每一个nandflashcontroller而言，需要提供访问该nandflashcontroller的接口（包括向nandflash发送命令的接口、读写数据接口（通过nandflashcontroller，间接实现访问nandflash））。

在驱动模块中，主要抽象了nand_chip结构体，以及对mtd层而抽象出来的统一的办理申请接口。下面是nand_chip结构体、对应的抽象接口以及mtd_info之间的关联关系图。下面我们来具体说明它们的关联，并与nandflash驱动模块进行关联说明。

mtd_info->priv指向nand_chip，实现mtd与nandflash驱动模块的关联；nandflash驱动模型对上抽象出统一的接口，用于抽象针对nandflash的操作（与vfs接口抽象、mtd模块向上抽象统一读写接口类似），并赋值给mtd_info中对应的函数指针（即mtd_info的_erase、_write、_read等），为nand_write、nand_read、nand_read_oob等等，此处的读写数据接口，可读取任意长度的数据。因nandflash存在纠错、校验等因此nandflash驱动模块又抽象针对ecc的结构体structnand_ecc_ctrl，而该结构体中定义了读写一页数据的接口（针对nandflash而言，读写的单位为页，而擦除的单位为块大小），而不同的nandflash控制器，其支持的校验及纠错方式有所不同，因此这部分接口需要各nandflash控制器驱动实现。nand_chip本身也提供了操作nandflash的接口，包括read_byte、read_buf、write_buf、block_bad等接口，这部分接口相对nand_ecc_ctrl的接口而言更加底层，实现一个字节或者多个字节的读写，同时也提供nand_chip芯片选择等接口以及命令控制相关的接口等。而这部分接口也是和nand_controller所息息相关的，因此也有相应的nand_controller驱动实现（当然若nand_controller没有特殊的操作，则可以使用nandflash模块已定义的通用接口）

通过以上几步即完成了mtd、nand_chip的关联，同时也就完成了mtd_write、mtd_read接口通过nand_write、mtd_read接口，然后再到nand_ecc_ctrl->read_page/write_page接口，最终调用nand_chip->read_buf/write_buf，实现与nandflash的读写通信。

nandflash驱动模块相关的数据结构

针对nandflash驱动模块，刚才我们已经大致说明了几个数据结构nand_chip、nand_ecc_ctrl，下面我们详细说明下nandflash驱动模块相关的数据结构。针对linux内核各子模块而言，理解了其数据结构抽象，基本上也就对模块实现理解了60%左右，因此针对linux内核各模块的学习，强烈建议好好理解其相应的数据结构及它们之间的关联。nandflash驱动模块的结构体包括nand_chip、nand_onfi_params、nand_hw_control、nand_ecclayout、nand_ecc_ctrl、nand_hw_control、nand_bbt_descr等，这些结构体以nand_chip为主。下面我们逐一说明

nand_chip

该结构体定义了nand_controller的属性以及接口，主要包括：

与nand_controller通信的地址空间（包括命令下发、读写操作的接口，即io_addr_r/io_addr_w）;通过nand_controller读写flash数据的接口（read_byte、read_word、write_buff、read_buff，芯片选择接口select_chip、坏块判断及坏块标记接口block_bad、block_markbad，向nandflash发送命令的接口cmd_ctrl、cmdfunc、waitfunc、erase_cmd，坏块表相关的接口scan_btt等、支持onfi规范的nandflash相关的操作接口及属性等）；芯片的个数、芯片的总大小、页大小、block大小、坏块标记在oob的位置及个数等oob中ecc位置及大小相关的结构体变量nand_ecclayoutecc纠错相关的接口及属性的结构体变量nand_ecc_ctrl。nand_ecc_ctrl

该结构体变量的定义如下，主要定义了一个nand_controller所支持的ecc计算、校验及纠错相关的内容：

定义了ecc类型（无、软件ecc、硬件ecc等）；定义了一个page需要进行ecc计算的次数，每次ecc计算对应的数据大小（如每512字节进行一次ecc计算），每次ecc计算所产生的ecc字节数等等；定义了ecc操作相关的接口（若开启ecc接口hwctl、计算ecc值接口calculate、纠错接口correct（主要用于读取数据时，若读取数据计算的ecc值与存储在oob中的ecc不匹配，则需要纠错，如bch8纠错算法，则每512字节可最多发现9bit错误，最大纠正8bit数据等），并提供了读写一页数据的接口，主要供mtd_info->_read/_write调用，即被nand_read、nand_write调用，还包括读写oob数据的接口，在之前我们说明oob主要存储ecc信息，但针对yaffs2文件系统，也存储文件系统相关的信息，因此针对挂载yaffs2文件系统而言，要在boot和kernel中确认好yaffs2文件系统信息存储在oob中的起始位置与大小，并保持一致）nand_ecclayout

该结构体主要用于说明ecc值在oob中存储的位置及大小，在每一个nand_controller的驱动中，会定义不同pagesize对应的nand_ecclayout，用于指明该pagesize对应的oob中的ecc的位置信息及大小等。

eccbytes表明了ecc数据的大小，这个针对选择的不同的纠错算法有所不同，比如bch4和bch8相比，每512字节所产生的ecc数据大小则是不同的（bch8产生的ecc大概为13bytes@per512bytes）。eccpos则用于说明每一个ecc对应的位置；oobavail则说明该oob除去ecc字节，所剩余的可用字节；oobfree则用于说明3中剩余可用字节的位置。

该结构体变量是一个非常重要的变量，需要保证bootloader和kernel中定义大小及pos是完全相同的，否则则可能导致系统无法在kernel中使用。

另外，若使用yaffs2文件系统，则在进行nandflash芯片选型时，需要确认nandflash的oob在存储完ecc后有足够的空间存储yaffs2文件系统相关数据的空间（虽然也可以将yaffs2文件系统相关的信息存储page中，但那样会导致系统的读写时间变慢）。

nand_hw_control

该结构体变量主要定义了锁、等待队列，主要用于nandflash操作临界问题的解决，如当一个nandcontroller处于读操作时，若系统又触发了针对该nandcontroller的写操作，则将该写操作放入等待队列中，当读操作完成后唤醒该等待队列实现写操作。

structnand_hw_control{

spinlock_tlock;

structnand_chip*active;

wait_queue_head_twq;

;

nand_bbt_descr与nand_onfi_params主要用于坏块表和onfi规范的nandflash，针对坏块表，我之前没有使用过，个人感觉可以不使用坏块表，即使使用坏块表，也就使用内存坏块表即可，也没有必要在nandflash中预留一些块用于存储坏块表（个人感觉）。而nand_onfi_params主要用于支持onfi规范的nandflash，此处也不再费率。

以上即为本篇文章的内容，主要费率了nand_chip的抽象说明以及接口间的关联，并说明了nandflash驱动模块相关的结构体变量。下一篇文章主要说明相应的操作接口，以及nandcontroller驱动的初始化过程等内容。