如何编写linux下nand flash驱动
2014-07-09 16:50
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向作者Sankye致敬
【编写驱动之前要了解的知识】
1. 硬件特性：
【Flash的硬件实现机制】
Flash全名叫做Flash Memory，属于非易失性存储设备(Non-volatile
Memory Device)，与此相对应的是易失性存储设备(Volatile Memory Device)。关于什么是非易失性/易失性，从名字中就可以看出，非易失性就是不容易丢失，数据存储在这类设备中，即使断电了，也不会丢失，这类设备，除了Flash，还有其他比较常见的入硬盘，ROM等，与此相对的，易失性就是断电了，数据就丢失了，比如大家常用的内存，不论是以前的SDRAM，DDR
SDRAM，还是现在的DDR2，DDR3等，都是断电后，数据就没了。
Flash的内部存储是MOSFET，里面有个悬浮门(Floating
Gate)，是真正存储数据的单元。
在Flash之前，紫外线可擦除(uv-erasable)的EPROM，就已经采用用Floating
Gate存储数据这一技术了。
图1.典型的Flash内存单元的物理结构
数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少，取决于图中的外部门（external
gate）所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示。
【SLC和MLC的实现机制】
Nand Flash按照内部存储数据单元的电压的不同层次，也就是单个内存单元中，是存储1位数据，还是多位数据，可以分为SLC和MLC：
1. SLC，Single
Level Cell:
单个存储单元，只存储一位数据，表示成1或0.
就是上面介绍的，对于数据的表示，单个存储单元中内部所存储电荷的电压，和某个特定的阈值电压Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0.
对于nand Flash的数据的写入1，就是控制External
Gate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1了。而对于写入0，就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0了。
关于为何Nand Flash不能从0变成1，我的理解是，物理上来说，是可以实现每一位的，从0变成1的，但是实际上，对于实际的物理实现，出于效率的考虑，如果对于，每一个存储单元都能单独控制，即，0变成1就是，对每一个存储单元单独去充电，所需要的硬件实现就很复杂和昂贵，同时，所进行对块擦除的操作，也就无法实现之前的，一闪而过的速度了，也就失去了Flash的众多特性了。
2. MLC，Multi
Level Cell：
与SLC相对应，就是单个存储单元，可以存储多个位，比如2位，4位等。其实现机制，说起来比较简单，就是，通过控制内部电荷的多少，分成多个阈值，通过控制里面的电荷多少，而达到我们所需要的存储成不同的数据。比如，假设输入电压是Vin＝4V（实际没有这样的电压，此处只是为了举例方便），那么，可以设计出2的2次方＝4个阈值， 1/4的Vin＝1V，2/4的Vin＝2V，3/4的Vin＝3V，Vin＝4V，分别表示2位数据00，01，10，11，对于写入数据，就是充电，通过控制内部的电荷的多少，对应表示不同的数据。
对于读取，则是通过对应的内部的电流（与Vth成反比），然后通过一系列解码电路完成读取，解析出所存储的数据。这些具体的物理实现，都是有足够精确的设备和技术，才能实现精确的数据写入和读出的。
单个存储单元可以存储2位数据的，称作2的2次方＝4
Level Cell，而不是2 Level Cell，这点，之前差点搞晕了。。。，同理，对于新出的单个存储单元可以存储4位数据的，称作 2的4次方＝16
Level Cell。
【关于如何识别SLC还是MLC】
Nand Flash设计中，有个命令叫做Read ID，读取ID，意思是读取芯片的ID，就像大家的身份证一样，这里读取的ID中，是读取好几个字节，一般最少是4个，新的芯片，支持5个甚至更多，从这些字节中，可以解析出很多相关的信息，比如此Nand
Flash内部是几个芯片（chip）所组成的，每个chip包含了几片（Plane），每一片中的页大小，块大小，等等。在这些信息中，其中有一个，就是识别此flash是SLC还是MLC。下面这个就是最常见的Nand
Flash的datasheet中所规定的，第3个字节，3rd
byte，所表示的信息，其中就有SLC/MLC的识别信息：
表1.Nand Flash 第3个ID的含义
【Nand Flash的物理存储单元的阵列组织结构】
Nand flash的内部组织结构，此处还是用图来解释，比较容易理解：
图2.Nand Flash物理存储单元的阵列组织结构
上图是K9K8G08U0A的datasheet中的描述。
简单解释就是:
1.一个nand flash由很多个块（Block）组成，块的大小一般是128KB，256KB，512KB，此处是128KB。
2.每个块里面又包含了很多页（page）。每个页的大小，对于现在常见的nand
flash多数是2KB，更新的nand flash是4KB，这类的，页大小大于2KB的nand
flash，被称作big block，对应的发读写命令地址，一共5个周期(cycle)，而老的nand
flash，页大小是256B，512B，这类的nand
flash被称作small block，。地址周期只有4个。
而块，也是Nand Flash的擦除操作的基本/最小单位。
3.每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域（redundant
area），而Linux系统中，一般叫做OOB（Out
Of Band），这个区域，是最初基于Nand Flash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(Error
Detection Code)/ECC（Error Code Correction, 或者 Error
Checking and Correcting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。
页是Nand Flash的写入操作的基本/最小的单位。
【Nand Flash数据存储单元的整体架构】
简单说就是，常见的nand flash，内部只有一个chip，每个chip只有一个plane。
而有些复杂的，容量更大的nand flash，内部有多个chip，每个chip有多个plane。这类的nand
flash，往往也有更加高级的功能，比如下面要介绍的Multi Plane Program和Interleave
Page Program等。
比如，型号为K9K8G08U0A这个芯片（chip），内部有两个K9F4G08U0A，每个K9F4G08U0A包含了2个Plane，每个Plane是1Gb，所以K9F4G08U0A的大小是1Gb×2＝2Gb＝256MB，因此，K9K8G08U0A内部有2个K9F4G08U0A，即4个Plane，总大小是4×256MB＝1GB。
而型号是K9WAG08U1A的nand flash，内部包含了2个K9K8G08U0A，所以，总容量是K9K8G08U0A的两倍＝1GB×2＝2GB，类似地K9NBG08U5A，内部包含了4个K9K8G08U0A，总大小就是4×1GB＝4GB。
【Flash名称的由来】
Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此相对应的是其他很多存储设备，是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送一个擦除命令后，一次性地将一个block，常见的块的大小是128KB/256KB。。，全部擦除为1，也就是里面的内容全部都是0xFF了，由于是一下子就擦除了，相对来说，擦除用的时间很短，可以用一闪而过来形容，所以，叫做Flash
Memory。中文有的翻译为 （快速）闪存。
【Flash相对于普通设备的特殊性】
1. 上面提到过的，Flash最小操作单位，有些特殊。
一般设备，比如硬盘/内存，读取和写入都是以bit位为单位，读取一个bit的值，将某个值写入对应的地址的位，都是可以按位操作的。
但是Flash由于物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0，这点，可以从前面的内部实现机制了解到，只是方便统一充电，不方便单独的存储单元去放电，所以才说，只能从1变成0，也就是释放电荷。
所以，总结一下Flash的特殊性如下：
表2.Flash和普通设备相比所具有的特殊性
注：
① 之所以将写操作叫做编程，是因为，flash 和之前的EPROM，EEPROM继承发展而来，而之前的EEPROM(Electrically
Erasable Programmable Read-Only Memory)，往里面写入数据，就叫做编程Program，之所以这么称呼，是因为其对数据的写入，是需要用电去擦除/写入的，就叫做编程。
② 对于目前常见的页大小是2K/4K的Nand
Flash，其块的大小有128KB/256KB/512KB等。而对于Nor
Flash，常见的块大小有64K/32K等。
③在写数据之前，要先擦除，内部就都变成0xFF了，然后才能写入数据，也就是将对应位由1变成0。
【Nand Flash引脚(Pin)的说明】
图3.Nand Flash引脚功能说明
上图是常见的Nand Flash所拥有的引脚（Pin）所对应的功能，简单翻译如下：
1. I/O0 ~ I/O7：用于输入地址/数据/命令，输出数据
2. CLE：Command
Latch Enable，命令锁存使能，在输入命令之前，要先在模式寄存器中，设置CLE使能
3. ALE：Address
Latch Enable，地址锁存使能，在输入地址之前，要先在模式寄存器中，设置ALE使能
4. CE#：Chip Enable，芯片使能，在操作Nand
Flash之前，要先选中此芯片，才能操作
5. RE#：Read Enable，读使能，在读取数据之前，要先使CE＃有效。
6. WE#：Write Enable，写使能, 在写取数据之前，要先使WE＃有效。
7. WP#：Write Protect，写保护
8. R/B#:Ready/Busy Output,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是否完成,忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成.
9. Vcc：Power，电源
10. Vss：Ground，接地
11. N.C：Non-Connection,未定义，未连接。
[小常识]
在数据手册中，你常会看到，对于一个引脚定义，有些字母上面带一横杠的，那是说明此引脚/信号是低电平有效，比如你上面看到的RE头上有个横线，就是说明，此RE是低电平有效，此外，为了书写方便，在字母后面加“＃”，也是表示低电平有效，比如我上面写的CE＃；如果字母头上啥都没有，就是默认的高电平有效，比如上面的CLE，就是高电平有效。
【为何需要ALE和CLE】
突然想明白了，Nand Flash中, 为何设计这么多的命令,把整个系统搞这么复杂的原因了:
比如命令锁存使能(Command Latch Enable,CLE) 和 地址锁存使能(Address
Latch Enable，ALE)，那是因为，Nand Flash就8个I/O，而且是复用的，也就是，可以传数据，也可以传地址，也可以传命令，为了区分你当前传入的到底是啥，所以，先要用发一个CLE（或ALE）命令，告诉nand
Flash的控制器一声，我下面要传的是命令（或地址），这样，里面才能根据传入的内容，进行对应的动作。否则,nand flash内部,怎么知道你传入的是数据,还是地址,还是命令啊,也就无法实现正确的操作了.
【Nand Flash只有8个I/O引脚的好处】
1. 减少外围引脚：相对于并口(Parellel)的Nor
Flash的48或52个引脚来说，的确是大大减小了引脚数目，这样封装后的芯片体积，就小很多。现在芯片在向体积更小，功能更强，功耗更低发展，减小芯片体积，就是很大的优势。同时，减少芯片接口，也意味着使用此芯片的相关的外围电路会更简化，避免了繁琐的硬件连线。
2. 提高系统的可扩展性，因为没有像其他设备一样用物理大小对应的完全数目的addr引脚，在芯片内部换了芯片的大小等的改动，对于用全部的地址addr的引脚，那么就会引起这些引脚数目的增加，比如容量扩大一倍，地址空间/寻址空间扩大一倍，所以，地址线数目/addr引脚数目，就要多加一个，而对于统一用8个I/O的引脚的Nand
Flash，由于对外提供的都是统一的8个引脚，内部的芯片大小的变化或者其他的变化，对于外部使用者(比如编写nand
flash驱动的人)来说，不需要关心，只是保证新的芯片，还是遵循同样的接口，同样的时序，同样的命令，就可以了。这样就提高了系统的扩展性。
【Nand flash的一些典型(typical)特性】
1.页擦除时间是200us，有些慢的有800us。
2.块擦除时间是1.5ms.
3.页数据读取到数据寄存器的时间一般是20us。
4.串行访问（Serial access）读取一个数据的时间是25ns，而一些旧的nand
flash是30ns，甚至是50ns。
5.输入输出端口是地址和数据以及命令一起multiplex复用的。
以前老的Nand Flash，编程/擦除时间比较短，比如K9G8G08U0M，才5K次，而后来很多6.nand
flash的编程/擦除的寿命，最多允许的次数，以前的nand
flash多数是10K次，也就是1万次，而现在很多新的nand
flash，技术提高了，比如，Micron的MT29F1GxxABB，Numonyx的 NAND04G-B2D/NAND08G-BxC，都可以达到100K，也就是10万次的编程/擦除。和之前常见的Nor
Flash达到同样的使用寿命了。
7.48引脚的TSOP1封装 或 52引脚的ULGA封装
【Nand Flash中的特殊硬件结构】
由于nand flash相对其他常见设备来说，比较特殊，所以，特殊的设备，也有特殊的设计，所以，有些特殊的硬件特性，就有比较解释一下：
1. 页寄存器（Page Register）：由于Nand
Flash读取和编程操作来说，一般最小单位是页，所以，nand flash在硬件设计时候，就考虑到这一特性，对于每一片，都有一个对应的区域，专门用于存放，将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的，一页的数据，这个数据缓存区，本质上就是一个buffer，但是只是名字叫法不同，datasheet里面叫做Page
Register，此处翻译为 页寄存器，实际理解为页缓存，更为恰当些。而正是因为有些人不了解此内部结构，才容易产生之前遇到的某人的误解，以为内存里面的数据，通过Nand
Flash的FIFO，写入到Nand Flash里面去，就以为立刻实现了实际数据写入到物理存储单元中了。而实际上，只是写到了这个页缓存中，只有等你发了对应的编程第二阶段的确认命令0x10之后，实际的编程动作才开始，才开始把页缓存中的数据，一点点写到物理存储单元中去。
所以，简单总结一下就是，对于数据的流向，实际是经过了如下步骤：
图4 Nand Flash读写时的数据流向
【Nand Flash中的坏块(Bad
Block)】
Nand Flash中，一个块中含有1个或多个位是坏的，就成为其为坏块。
坏块的稳定性是无法保证的，也就是说，不能保证你写入的数据是对的，或者写入对了，读出来也不一定对的。而正常的块，肯定是写入读出都是正常的。
坏块有两种：
（1）一种是出厂的时候，也就是，你买到的新的，还没用过的Nand
Flash，就可以包含了坏块。此类出厂时就有的坏块，被称作factory (masked)bad block或initial
bad/invalid block，在出厂之前，就会做对应的标记，标为坏块。
具体标记的地方是，对于现在常见的页大小为2K的Nand
Flash，是块中第一个页的oob起始位置（关于什么是页和oob，下面会有详细解释）的第1个字节（旧的小页面，pagesize是512B甚至256B的nand
flash，坏块标记是第6个字节），如果不是0xFF，就说明是坏块。相对应的是，所有正常的块，好的块，里面所有数据都是0xFF的。
（2）第二类叫做在使用过程中产生的，由于使用过程时间长了，在擦块除的时候，出错了，说明此块坏了，也要在程序运行过程中，发现，并且标记成坏块的。具体标记的位置，和上面一样。这类块叫做worn-out
bad block。
对于坏块的管理，在Linux系统中，叫做坏块管理（BBM，Bad
Block Managment），对应的会有一个表去记录好块，坏块的信息，以及坏块是出厂就有的，还是后来使用产生的，这个表叫做坏块表（BBT，Bad
Block Table）。在Linux 内核MTD架构下的Nand
Flash驱动，和Uboot中Nand Flash驱动中，在加载完驱动之后，如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描的话，那么都会去主动扫描坏块，建立必要的BBT的，以备后面坏块管理所使用。
而关于好块和坏块，Nand Flash在出厂的时候，会做出保证：
1.关于好的，可以使用的块的数目达到一定的数目，比如三星的K9G8G08U0M，整个flash一共有4096个块，出厂的时候，保证好的块至少大于3996个，也就是意思是，你新买到这个型号的nand
flash，最坏的可能， 有3096－3996＝100个坏块。不过，事实上，现在出厂时的坏块，比较少，绝大多数，都是使用时间长了，在使用过程中出现的。
2.保证第一个块是好的，并且一般相对来说比较耐用。做此保证的主要原因是，很多Nand
Flash坏块管理方法中，就是将第一个块，用来存储上面提到的BBT，否则，都是出错几率一样的块，那么也就不太好管理了，连放BBT的地方，都不好找了，^_^。
一般来说，不同型号的Nand Flash的数据手册中，也会提到，自己的这个nand
flash，最多允许多少个坏块。就比如上面提到的，三星的K9G8G08U0M，最多有100个坏块。
对于坏块的标记，本质上，也只是对应的flash上的某些字节的数据是非0xFF而已，所以，只要是数据，就是可以读取和写入的。也就意味着，可以写入其他值，也就把这个坏块标记信息破坏了。对于出厂时的坏块，一般是不建议将标记好的信息擦除掉的。
uboot中有个命令是“nand scrub”就可以将块中所有的内容都擦除了，包括坏块标记，不论是出厂时的，还是后来使用过程中出现而新标记的。一般来说，不建议用这个。不过，我倒是经常用，其实也没啥大碍，呵呵。
最好用“nand erase”只擦除好的块，对于已经标记坏块的块，不擦除。
【nand Flash中页的访问顺序】
在一个块内，对每一个页进行编程的话，必须是顺序的，而不能是随机的。比如，一个块中有128个页，那么你只能先对page0编程，再对page1编程，。。。。，而不能随机的，比如先对page3，再page1，page2.，page0，page4，.。。。
【片选无关(CE
don’t-care)技术】
很多Nand flash支持一个叫做CE
don’t-care的技术，字面意思就是，不关心是否片选，
那有人会问了，如果不片选，那还能对其操作吗？答案就是，这个技术，主要用在当时是不需要选中芯片却还可以继续操作的这些情况：在某些应用，比如录音，音频播放等应用，中，外部使用的微秒（us）级的时钟周期，此处假设是比较少的2us，在进行读取一页或者对页编程时，是对Nand
Flash操作，这样的串行（Serial Access）访问的周期都是20/30/50ns，都是纳秒（ns）级的，此处假设是50ns，当你已经发了对应的读或写的命令之后，接下来只是需要Nand
Flash内部去自己操作，将数据读取除了或写入进去到内部的数据寄存器中而已，此处，如果可以把片选取消，CE#是低电平有效，取消片选就是拉高电平，这样会在下一个外部命令发送过来之前，即微秒量级的时间里面，即2us－50ns≈2us，这段时间的取消片选，可以降低很少的系统功耗，但是多次的操作，就可以在很大程度上降低整体的功耗了。
总结起来简单解释就是：由于某些外部应用的频率比较低，而Nand Flash内部操作速度比较快，所以具体读写操作的大部分时间里面，都是在等待外部命令的输入，同时却选中芯片，产生了多余的功耗，此“不关心片选”技术，就是在Nand
Flash的内部的相对快速的操作（读或写）完成之后，就取消片选，以节省系统功耗。待下次外部命令/数据/地址输入来的时候，再选中芯片，即可正常继续操作了。这样，整体上，就可以大大降低系统功耗了。
注:Nand Flash的片选与否，功耗差别会有很大。如果数据没有记错的话，我之前遇到我们系统里面的nand
flash的片选，大概有5个mA的电流输出呢，要知道，整个系统优化之后的待机功耗，也才10个mA左右的。
【带EDC的拷回操作以及Sector的定义（Copy-Back
Operation with EDC & Sector Definition for EDC）】
Copy-Back功能，简单的说就是，将一个页的数据，拷贝到另一个页。
如果没有Copy-Back功能，那么正常的做法就是，先要将那个页的数据拷贝出来放到内存的数据buffer中，读出来之后，再用写命令将这页的数据，写到新的页里面。
而Copy-Back功能的好处在于，不需要用到外部的存储空间，不需要读出来放到外部的buffer里面，而是可以直接读取数据到内部的页寄存器（page
register）然后写到新的页里面去。而且，为了保证数据的正确，要硬件支持EDC（Error
Detection Code）的，否则，在数据的拷贝过程中，可能会出现错误，并且拷贝次数多了，可能会累积更多错误。
而对于错误检测来说，硬件一般支持的是512字节数据，对应有16字节用来存放校验产生的ECC数值，而这512字节一般叫做一个扇区。对于2K＋64字节大小的页来说，按照512字节分，分别叫做A，B，C，D区，而后面的64字节的oob区域，按照16字节一个区，分别叫做E，F，G，H区，对应存放A，B，C，D数据区的ECC的值。
Copy-Back编程的主要作用在于，去掉了数据串行读取出来，再串行写入进去的时间，所以，而这部分操作，是比较耗时的，所以此技术可以提高编程效率，提高系统整体性能。
【多片同时编程(Simultaneously Program Multi Plane)】
对于有些新出的Nand Flash，支持同时对多个片进行编程，比如上面提到的三星的K9K8G08U0A，内部包含4片(Plane)，分别叫做Plane0，Plane1，Plane2，Plane3。.由于硬件上，对于每一个Plane，都有对应的大小是2048+64=2112字节的页寄存器（Page
Register），使得同时支持多个Plane编程成为可能。 K9K8G08U0A支持同时对2个Plane进行编程。不过要注意的是，只能对Plane0和Plane1或者Plane2和Plane3，同时编程，而不支持Plane0和Plane2同时编程。
【交错页编程（Interleave Page Program）】
多片同时编程，是针对一个chip里面的多个Plane来说的，
而此处的交错页编程，是指对多个chip而言的。
可以先对一个chip，假设叫chip1，里面的一页进行编程，然后此时，chip1内部就开始将数据一点点写到页里面，就出于忙的状态了，而此时可以利用这个时间，对出于就绪状态的chip2，也进行页编程，发送对应的命令后，chip2内部也就开始慢慢的写数据到存储单元里面去了，也出于忙的状态了。此时，再去检查chip1，如果编程完成了，就可以开始下一页的编程了，然后发完命令后，就让其内部慢慢的编程吧，再去检查chip2，如果也是编程完了，也就可以进行接下来的其他页的编程了。如此，交互操作chip1和chip2，就可以有效地利用时间，使得整体编程效率提高近2倍，大大提高nand
flash的编程/擦写速度了。
【随机输出页内数据（Random Data Output In a Page）】
在介绍此特性之前，先要说说，与Random Data Output In a Page相对应的是，普通的，正常的，sequential
data output in a page。
正常情况下，我们读取数据，都是先发读命令，然后等待数据从存储单元到内部的页数据寄存器中后，我们通过不断地将RE#(Read Enale，低电平有效)置低，然后从我们开始传入的列的起始地址，一点点读出我们要的数据，直到页的末尾，当然有可能还没到页地址的末尾，就不再读了。所谓的顺序（sequential）读取也就是，根据你之前发送的列地址的起始地址开始，每读一个字节的数据出来，内部的数据指针就加1，移到下个字节的地址，然后你再读下一个字节数据，就可以读出来你要的数据了，直到读取全部的数据出来为止。
而此处的随机（random）读取，就是在你正常的顺序读取的过程中，先发一个随机读取的开始命令0x05命令，再传入你要将内部那个数据指针定位到具体什么地址，也就是2个cycle的列地址，然后再发随机读取结束命令0xE0，然后，内部那个数据地址指针，就会移动到你所制定的位置了，你接下来再读取的数据，就是从那个制定地址开始的数据了。
而nand flash数据手册里面也说了，这样的随机读取，你可以多次操作，没限制的。
请注意，上面你所传入的地址，都是列地址，也就是页内地址，也就是说，对于页大小为2K的nand
flash来说，所传入的地址，应该是小于2048+64＝2112的。
不过，实际在nand flash的使用中，好像这种用法很少的。绝大多数，都是顺序读取数据。
【页编程】
Nand flash的写操作叫做编程Program，编程，一般情况下，是以页为单位的。
有的Nand Flash，比如K9K8G08U0A，支持部分页编程，但是有一些限制：在同一个页内的，连续的部分页的编程，不能超过4此。一般情况下，很少使用到部分页编程，都是以页为单位进行编程操作的。
一个操作，用两个命令去实现，看起来是多余，效率不高，但是实际上，有其特殊考虑，
至少对于块擦除来说，开始的命令0x60是擦除设置命令(erase
setup comman)，然后传入要擦除的块地址，然后再传入擦除确认命令（erase confirm command）0xD0，以开始擦除的操作。
这种，分两步：开始设置，最后确认的命令方式，是为了避免由于外部由于无意的/未预料而产生的噪音，比如，由于某种噪音，而产生了0x60命令，此时，即使被nand
flash误认为是擦除操作，但是没有之后的确认操作0xD0，nand
flash就不会去擦除数据，这样使得数据更安全，不会由于噪音而误操作。
【读（read）操作过程详解】
以最简单的read操作为例，解释如何理解时序图，以及将时序图
中的要求，转化为代码。
解释时序图之前，让我们先要搞清楚，我们要做的事情：那就是，要从nand flash的某个页里面，读取我们要的数据。
要实现此功能，会涉及到几部分的知识，至少很容易想到的就是：需要用到哪些命令，怎么发这些命令，怎么计算所需要的地址，怎么读取我们要的数据等等。
下面，就一步步的解释，需要做什么，以及如何去做：
1.需要使用何种命令
首先，是要了解，对于读取数据，要用什么命令。
下面是datasheet中的命令集合：
图5.Nand Flash K9K8G08U0A的命令集合
很容易看出，我们要读取数据，要用到Read命令，该命令需要2个周期，第一个周期发0x00，第二个周期发0x30。
2.发送命令前的准备工作以及时序图各个信号的具体含义
知道了用何命令后，再去了解如何发送这些命令。
[小常识]
在开始解释前，多罗嗦一下”使能”这个词，以便有些读者和我以前一样，在听这类虽然对于某些专业人士说是属于最基本的词汇了，但是对于初次接触，或者接触不多的人来说，听多了，容易被搞得一头雾水：使能（Enable），是指使其（某个信号）有效，使其生效的意思，“使其”“能够”怎么怎么样。。。。比如，上面图中的CLE线号，是高电平有效，如果此时将其设为高电平，我们就叫做，将CLE使能，也就是使其生效的意思。
图6.Nand Flash数据读取操作的时序图
注：此图来自三星的型号K9K8G08U0A的nand flash的数据手册(datasheet)。
我们来一起看看，我在图6中的特意标注的①边上的黄色竖线。
黄色竖线所处的时刻，是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。
让我们看看，在那一刻，其所穿过好几行都对应什么值，以及进一步理解，为何要那个值。
（1）黄色竖线穿过的第一行，是CLE。还记得前面介绍命令所存使能（CLE）那个引脚吧？CLE，将CLE置1，就说明你将要通过I/O复用端口发送进入Nand
Flash的，是命令，而不是地址或者其他类型的数据。只有这样将CLE置1，使其有效，才能去通知了内部硬件逻辑，你接下来将收到的是命令，内部硬件逻辑，才会将受到的命令，放到命令寄存器中，才能实现后面正确的操作，否则，不去将CLE置1使其有效，硬件会无所适从，不知道你传入的到底是数据还是命令了。
（2）而第二行，是CE#，那一刻的值是0。这个道理很简单，你既然要向Nand
Flash发命令，那么先要选中它，所以，要保证CE#为低电平，使其有效，也就是片选有效。
（3）第三行是WE#，意思是写使能。因为接下来是往nand
Flash里面写命令，所以，要使得WE#有效，所以设为低电平。
（4）第四行，是ALE是低电平，而ALE是高电平有效，此时意思就是使其无效。而对应地，前面介绍的，使CLE有效，因为将要数据的是命令，而不是地址。如果在其他某些场合，比如接下来的要输入地址的时候，就要使其有效，而使CLE无效了。
（5）第五行，RE#，此时是高电平，无效。可以看到，知道后面低6阶段，才变成低电平，才有效，因为那时候，要发生读取命令，去读取数据。
（6）第六行，就是我们重点要介绍的，复用的输入输出I/O端口了，此刻，还没有输入数据，接下来，在不同的阶段，会输入或输出不同的数据/地址。
（7）第七行，R/B#,高电平，表示R（Ready）/就绪，因为到了后面的第5阶段，硬件内部，在第四阶段，接受了外界的读取命令后，把该页的数据一点点送到页寄存器中，这段时间，属于系统在忙着干活，属于忙的阶段，所以，R/B#才变成低，表示Busy忙的状态的。
介绍了时刻①的各个信号的值，以及为何是这个值之后，相信，后面的各个时刻，对应的不同信号的各个值，大家就会自己慢慢分析了，也就容易理解具体的操作顺序和原理了。
3.如何计算出，我们要传入的地址
在介绍具体读取数据的详细流程之前，还要做一件事，那就是，先要搞懂我们要访问的地址，以及这些地址，如何分解后，一点点传入进去，使得硬件能识别才行。
此处还是以K9K8G08U0A为例，此nand flash，一共有8192个块，每个块内有64页，每个页是2K+64
Bytes，假设，我们要访问其中的第7000个块中的第25页中的1208字节处的地址，此时，我们就要先把具体的地址算出来：
物理地址=块大小×块号+页大小×页号+页内地址=7000×128K+64×2K+1208=0x36B204B8,接下来，我们就看看，怎么才能把这个实际的物理地址，转化为nand
Flash所要求的格式。
在解释地址组成之前，先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍：
图7 Nand Flash的地址周期组成
结合图7和图5中的2，3阶段，我们可以看出，此nand
flash地址周期共有5个，2个列(Column)周期，3个行（Row）周期。而对于对应地，我们可以看出，实际上，列地址A0~A10，就是页内地址，地址范围是从0到2047，而对出的A11，理论上可以表示2048～4095，但是实际上，我们最多也只用到了2048～2011，用于表示页内的oob区域，其大小是64字节。
对应地，A12～A30，称作页号，页的号码，可以定位到具体是哪一个页。而其中，A18～A30，表示对应的块号，即属于哪个块。
简单解释完了地址组成，那么就很容易分析上面例子中的地址了：
0x36B204B8 = 0011 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000，分别分配到5个地址周期就是：
1st 周期，A7～A0 ：1011
1000 = 0x B8
2nd周期，A11～A8 ：0000
0100 = 0x04
3rd周期，A19～A12 ：0010
0000 = 0x20
4th周期，A27～A20 ：0110
1011 = 0x6B
5th周期，A30～A28 ：0000
0011 = 0x03
注意，与图7中对应的，*L，意思是地电平，由于未用到那些位，datasheet中强制要求设为0，所以，才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是类似原理，都是0。
因此，接下来要介绍的，我们要访问第7000个块中的第25页中的1208字节处的话，所要传入的地址就是分5个周期，分别传入两个列地址的：0xB8，0x04，然后再传3个行地址的：0x20，0x6B，0x03，这样硬件才能识别。
4.读操作过程的解释
准备工作终于完了，下面就可以开始解释说明，对于读操作的，上面图中标出来的，1-6个阶段，具体是什么含义。
（1） 操作准备阶段：此处是读（Read）操作，所以，先发一个图5中读命令的第一个阶段的0x00,表示，让硬件先准备一下，接下来的操作是读。
（2） 发送两个周期的列地址。也就是页内地址，表示，我要从一个页的什么位置开始读取数据。
（3） 接下来再传入三个行地址。对应的也就是页号。
（4） 然后再发一个读操作的第二个周期的命令0x30。接下来，就是硬件内部自己的事情了。
（5） Nand Flash内部硬件逻辑，负责去按照你的要求，根据传入的地址，找到哪个块中的哪个页，然后把整个这一页的数据，都一点点搬运到页缓存中去。而在此期间，你所能做的事，也就只需要去读取状态寄存器，看看对应的位的值，也就是R/B#那一位，是1还是0，0的话，就表示，系统是busy，仍在”忙“（着读取数据），如果是1，就说系统活干完了，忙清了，已经把整个页的数据都搬运到页缓存里去了，你可以接下来读取你要的数据了。
对于这里。估计有人会问了，这一个页一共2048+64字节，如果我传入的页内地址，就像上面给的1208一类的值，只是想读取1028到2011这部分数据，而不是页开始的0地址整个页的数据，那么内部硬件却读取整个页的数据出来，岂不是很浪费吗？答案是，的确很浪费，效率看起来不高，但是实际就是这么做的，而且本身读取整个页的数据，相对时间并不长，而且读出来之后，内部数据指针会定位到你刚才所制定的1208的那个位置。
（6） 接下来，就是你“窃取“系统忙了半天之后的劳动成果的时候了，呵呵。通过先去Nand
Flash的控制器中的数据寄存器中写入你要读取多少个字节(byte)/字(word)，然后就可以去Nand
Flash的控制器的FIFO中，一点点读取你要的数据了。
至此，整个Nand Flash的读操作就完成了。
对于其他操作，可以根据我上面的分析，一点点自己去看datasheet，根据里面的时序图去分析具体的操作过程，然后对照代码，会更加清楚具体是如何实现的。
【Flash的类型】
Flash的类型主要分两种，nand flash和nor
flash。
除了网上最流行的这个解释之外：
NAND和NOR的比较
再多说几句：
1.nor的成本相对高，具体读写数据时候，不容易出错。总体上，比较适合应用于存储少量的代码。
2.Nand flash相对成本低。使用中数据读写容易出错，所以一般都需要有对应的软件或者硬件的数据校验算法，统称为ECC。由于相对来说，容量大，价格便宜，因此适合用来存储大量的数据。其在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘，用于存储大量数据。
所以，一个常见的应用组合就是，用小容量的Nor Flash存储启动代码，比如uboot，系统启动后,初始化对应的硬件，包括SDRAM等，然后将Nand
Flash上的Linux 内核读取到内存中，做好该做的事情后，就跳转到SDRAM中去执行内核了，然后内核解压（如果是压缩内核的话，否则就直接运行了）后，开始运行，在Linux内核启动最后，去Nand
Flash上，挂载根文件，比如jffs2，yaffs2等，挂载完成，运行初始化脚本，启动consle交互，才运行你通过console和内核交互。至此完成整个系统启动过程。
而Nor Flash就分别存放的是Uboot，Nand
Flash存放的是Linux的内核镜像和根文件系统，以及余下的空间分成一个数据区。
Nor flash，有类似于dram之类的地址总线，因此可以直接和CPU相连，CPU可以直接通过地址总线对nor
flash进行访问，而nand flash没有这类的总线，只有IO接口，只能通过IO接口发送命令和地址，对nand
flash内部数据进行访问。相比之下，nor flash就像是并行访问，nand
flash就是串行访问，所以相对来说，前者的速度更快些。
但是由于物理制程/制造方面的原因，导致nor 和nand在一些具体操作方面的特性不同：
表3 Nand Flash 和 Nor Flash的区别
1. 理论上是可以的，而且也是有人验证过可以的，只不过由于nand flash的物理特性，不能完全保证所读取的数据/代码是正确的，实际上，很少这么用而已。因为，如果真是要用到nand
flash做XIP，那么除了读出速度慢之外，还要保证有数据的校验，以保证读出来的，将要执行的代码/数据，是正确的。否则，系统很容易就跑飞了。。。
2. 芯片内执行(XIP,
eXecute In Place):
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html
【Nand Flash的种类】
具体再分，又可以分为
1)Bare NAND chips：裸片，单独的nand 芯片
2)SmartMediaCards： =裸片+一层薄塑料，常用于数码相机和MP3播放器中。之所以称smart，是由于其软件smart，而不是硬件本身有啥smart之处。^_^
3)DiskOnChip：裸片+glue logic，glue
logic=硬件ECC产生器+用于静态的nand 芯片控制的寄存器+直接访问一小片地址窗口，那块地址中包含了引导代码的stub桩，其可以从nand
flash中拷贝真正的引导代码。
【spare area/oob】
Nand由于最初硬件设计时候考虑到，额外的错误校验等需要空间，专门对应每个页，额外设计了叫做spare area空区域，在其他地方，比如jffs2文件系统中，也叫做oob（out
of band）数据。
其具体用途，总结起来有：
1. 标记是否是坏快
2. 存储ECC数据
3. 存储一些和文件系统相关的数据，如jffs2就会用到这些空间存储一些特定信息，yaffs2文件系统，会在oob中，存放很多和自己文件系统相关的信息。
2. 软件方面
如果想要在Linux下编写Nand Flash驱动，那么就先要搞清楚Linux下，关于此部分的整个框架。弄明白，系统是如何管理你的nand
flash的，以及，系统都帮你做了那些准备工作，而剩下的，驱动底层实现部分，你要去实现哪些功能，才能使得硬件正常工作起来。
【内存技术设备，MTD（Memory Technology Device）】
MTD，是Linux的存储设备中的一个子系统。其设计此系统的目的是，对于内存类的设备，提供一个抽象层，一个接口，使得对于硬件驱动设计者来说，可以尽量少的去关心存储格式，比如FTL，FFS2等，而只需要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就可以了。而对于数据对于上层使用者来说是如何表示的，硬件驱动设计者可以不关心，而MTD存储设备子系统都帮你做好了。
对于MTD字系统的好处，简单解释就是，他帮助你实现了，很多对于以前或者其他系统来说，本来也是你驱动设计者要去实现的很多功能。换句话说，有了MTD，使得你设计Nand
Flash的驱动，所要做的事情，要少很多很多，因为大部分工作，都由MTD帮你做好了。
当然，这个好处的一个“副作用”就是，使得我们不了解的人去理解整个Linux驱动架构，以及MTD，变得更加复杂。但是，总的说，觉得是利远远大于弊，否则，就不仅需要你理解，而且还是做更多的工作，实现更多的功能了。
此外，还有一个重要的原因，那就是，前面提到的nand flash和普通硬盘等设备的特殊性：
有限的通过出复用来实现输入输出命令和地址/数据等的IO接口，最小单位是页而不是常见的bit，写前需擦除等，导致了这类设备，不能像平常对待硬盘等操作一样去操作，只能采取一些特殊方法，这就诞生了MTD设备的统一抽象层。
MTD，将nand flash，nor
flash和其他类型的flash等设备，统一抽象成MTD设备来管理，根据这些设备的特点，上层实现了常见的操作函数封装，底层具体的内部实现，就需要驱动设计者自己来实现了。具体的内部硬件设备的读/写/擦除函数，那就是你必须实现的了。
表4.MTD设备和硬盘设备之间的区别
多说一句，关于MTD更多的内容，感兴趣的，去附录中的MTD的主页去看。
关于mtd设备驱动，感兴趣的可以去参考
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话-续
那里，算是比较详细地介绍了整个流程，方便大家理解整个mtd框架和nand flash驱动。
【Nand flash驱动工作原理】
在介绍具体如何写Nand Flash驱动之前，我们先要了解，大概的，整个系统，和Nand
Flash相关的部分的驱动工作流程，这样，对于后面的驱动实现，才能更加清楚机制，才更容易实现，否则就是，即使写完了代码，也还是没搞懂系统是如何工作的了。
让我们以最常见的，Linux内核中已经有的三星的Nand Flash驱动，来解释Nand
Flash驱动具体流程和原理。
此处是参考2.6.29版本的Linux源码中的\drivers\mtd\nand\s3c2410.c，以2410为例。
1. 在nand flash驱动加载后，第一步，就是去调用对应的init函数，s3c2410_nand_init,去将在nand
flash驱动注册到Linux驱动框架中。
2. 驱动本身，真正开始，是从probe函数，s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,
在probe过程中，去用clk_enable打开nand
flash控制器的clock时钟，用request_mem_region去申请驱动所需要的一些内存等相关资源。然后，在s3c2410_nand_inithw中，去初始化硬件相关的部分，主要是关于时钟频率的计算，以及启用nand
flash控制器，使得硬件初始化好了，后面才能正常工作。
3. 需要多解释一下的，是这部分代码：
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n", setno, nmtd, info);
/* 调用init chip去挂载你的nand 驱动的底层函数到nand
flash的结构体中，以及设置对应的ecc mode，挂载ecc相关的函数 */
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
/* scan_ident，扫描nand 设备，设置nand
flash的默认函数，获得物理设备的具体型号以及对应各个特性参数，这部分算出来的一些值，对于nand flash来说，是最主要的参数，比如nand
falsh的芯片的大小，块大小，页大小等。 */
nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);
/* scan tail，从名字就可以看出来，是扫描的后一阶段，此时，经过前面的scan_ident，我们已经获得对应nand
flash的硬件的各个参数，然后就可以在scan tail中，根据这些参数，去设置其他一些重要参数，尤其是ecc的layout，即ecc是如何在oob中摆放的，最后，再去进行一些初始化操作，主要是根据你的驱动，如果没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。 */
nand_scan_tail(&nmtd->mtd);
/* add partion，根据你的nand
flash的分区设置，去分区 */
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
4. 等所有的参数都计算好了，函数都挂载完毕，系统就可以正常工作了。
上层访问你的nand falsh中的数据的时候，通过MTD层，一层层调用，最后调用到你所实现的那些底层访问硬件数据/缓存的函数中。
【Linux下nand
flash驱动编写步骤简介】
关于上面提到的，在nand_scan_tail的时候，系统会根据你的驱动，如果没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。如果实现了自己的函数，就用你的。
估计很多人就会问了，那么到底我要实现哪些函数呢，而又有哪些是可以不实现，用系统默认的就可以了呢。
此问题的，就是我们下面要介绍的，也就是，你要实现的，你的驱动最少要做哪些工作，才能使整个nand flash工作起来。
1. 对于驱动框架部分
其实，要了解，关于驱动框架部分，你所要做的事情的话，只要看看三星的整个nand flash驱动中的这个结构体，就差不多了：
static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {
.probe = s3c2410_nand_probe,
.remove = s3c2410_nand_remove,
.suspend = s3c24xx_nand_suspend,
.resume = s3c24xx_nand_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
};
对于上面这个结构体，没多少要解释的。从名字，就能看出来：
（1）probe就是系统“探测”，就是前面解释的整个过程，这个过程中的多数步骤，都是和你自己的nand
flash相关的，尤其是那些硬件初始化部分，是你必须要自己实现的。
（2）remove，就是和probe对应的，“反初始化”相关的动作。主要是释放系统相关资源和关闭硬件的时钟等常见操作了。
(3)suspend和resume，对于很多没用到电源管理的情况下，至少对于我们刚开始写基本的驱动的时候，可以不用关心，放个空函数即可。
2. 对于nand
flash底层操作实现部分
而对于底层硬件操作的有些函数，总体上说，都可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到：
static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
void __iomem *regs = info->regs;
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
/* nand flash控制器中，一般都有对应的数据寄存器，用于给你往里面写数据，表示将要读取或写入多少个字节(byte,u8)/字(word,u32) ，所以，此处，你要给出地址，以便后面的操作所使用 */
chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;
info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;
info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;
chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;
break;
。。。。。。
}
chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;
/* 此处，多数情况下，你所用的Nand Flash的控制器，都是支持硬件ECC的，所以，此处设置硬件ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，而如果此处不用硬件去做的ECC的话，那么下面也会去设置成NAND_ECC_SOFT，系统会用默认的软件去做ECC校验，相比之下，比硬件ECC的效率就低很多，而你的nand
flash的读写，也会相应地要慢不少*/
chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
break;
。。。。。
}
} else {
chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;
}
if (set->ecc_layout != NULL)
chip->ecc.layout = set->ecc_layout;
if (set->disable_ecc)
chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;
}
而我们要实现的底层函数，也就是上面蓝色标出来的一些函数而已：
（1）s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf：这是两个最基本的操作函数，其功能，就是往你的nand
flash的控制器中的FIFO读写数据。一般情况下，是MTD上层的操作，比如要读取一页的数据，那么在发送完相关的读命令和等待时间之后，就会调用到你底层的read_buf，去nand
Flash的FIFO中，一点点把我们要的数据，读取出来，放到我们制定的内存的缓存中去。写操作也是类似，将我们内存中的数据，写到Nand
Flash的FIFO中去。具体的数据流向，参考上面的图4。
（2）s3c2410_nand_select_chip ： 实现Nand
Flash的片选。
（3）s3c2410_nand_hwcontrol：给底层发送命令或地址，或者设置具体操作的模式，都是通过此函数。
（4）s3c2410_nand_devready：Nand
Flash的一些操作，比如读一页数据，写入（编程）一页数据，擦除一个块，都是需要一定时间的，在命发送完成后，就是硬件开始忙着工作的时候了，而硬件什么时候完成这些操作，什么时候不忙了，变就绪了，就是通过这个函数去检查状态的。一般具体实现都是去读硬件的一个状态寄存器，其中某一位是否是1，对应着是出于“就绪/不忙”还是“忙”的状态。这个寄存器，也就是我们前面分析时序图中的R/B#。
（5）s3c2410_nand_enable_hwecc： 在硬件支持的前提下，前面设置了硬件ECC的话，要实现这个函数，用于每次在读写操作前，通过设置对应的硬件寄存器的某些位，使得启用硬件ECC，这样在读写操作完成后，就可以去读取硬件校验产生出来的ECC数值了。
（6）s3c2410_nand_calculate_ecc：如果是上面提到的硬件ECC的话，就不用我们用软件去实现校验算法了，而是直接去读取硬件产生的ECC数值就可以了。
（7）s3c2410_nand_correct_data：当实际操作过程中，读取出来的数据所对应的硬件或软件计算出来的ECC，和从oob中读出来的ECC不一样的时候，就是说明数据有误了，就需要调用此函数去纠正错误。对于现在SLC常见的ECC算法来说，可以发现2位，纠正1位。如果错误大于1位，那么就无法纠正回来了。一般情况下，出错超过1位的，好像几率不大。至少我看到的不是很大。更复杂的情况和更加注重数据安全的情况下，一般是需要另外实现更高效和检错和纠错能力更强的ECC算法的。
当然，除了这些你必须实现的函数之外，在你更加熟悉整个框架之后，你可以根据你自己的nand flash的特点，去实现其他一些原先用系统默认但是效率不高的函数，而用自己的更高效率的函数替代他们，以提升你的nand
flash的整体性能和效率。
【引用文章】
1.Brief
Intro of Nand Flash
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/3f1635d1dc041cd7562c84a1.html
2. Samsung的型号为K9G8G08U0M的Nand
Flash的数据手册
要下载数据手册，可以去这里介绍的网站下载：
samsung 4K pagesize SLC Nand Flash K9F8G08U0M datasheet + 推荐一个datasheet搜索的网站
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/7f25a03def1de309bba167c8.html
3.Nand
Falsh Read Operation
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/f06db3546eced11a3b29356c.html
4. Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux.
http://www.linux-mtd.infradead.org/index.html
看了<<Linux MTD源代码分析>>后对以MTD的分层结构以及各层的分工情况有了大致的了解，然而各层之间是如何进行对话的呢，对于这个问题，<<Linux MTD源代码分析>>上没有详细的去说明。
小弟抽空研究了一下，打算从下到上，在从上到下，分两条主线来研究一下MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话(MTD原始设备与更上层的对话留待以后再研究)。
以下是第一部分，从下到上的介绍FLASH硬件驱动与MTD原始设备是如何建立联系的。
1、首先从入口函数开始：
static int s3c24xx_nand_probe(struct
device *dev, int is_s3c2440)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
struct s3c2410_platform_nand *plat = to_nand_plat(dev);
//获取nand
flash配置用结构体数据(dev.c中定义，详细见附录部分)
struct s3c2410_nand_info *info;
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd;
struct s3c2410_nand_set *sets;
struct resource *res;
int err = 0;
int size;
int nr_sets;
int setno;
pr_debug("s3c2410_nand_probe(%p)\n", dev);
info = kmalloc(sizeof(*info), GFP_KERNEL);
if (info == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "no memory for flash info\n");
err = -ENOMEM;
goto exit_error;
}
memzero(info, sizeof(*info));
dev_set_drvdata(dev, info); //以后有用
spin_lock_init(&info->controller.lock); //初始化自旋锁
init_waitqueue_head(&info->controller.wq); //初始化等待队列
/* get the clock source and enable it */
info->clk = clk_get(dev, "nand");
if (IS_ERR(info->clk)) {
printk(KERN_ERR PFX "failed to get clock");
err = -ENOENT;
goto exit_error;
}
clk_use(info->clk);
clk_enable(info->clk);
/* allocate and map the resource */
/* currently we assume we have the one resource */
res = pdev->resource; //提取dev.c中定义的与设备相关的资源
size = res->end - res->start + 1;
info->area = request_mem_region(res->start, size, pdev->name);
if (info->area == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "cannot reserve register region\n");
err = -ENOENT;
goto exit_error;
}
info->device = dev;
info->platform = plat; //保存好struct
s3c2410_platform_nand结构数据
info->regs = ioremap(res->start, size);//映射nand
flash用到的寄存器
info->is_s3c2440 = is_s3c2440;
if (info->regs == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "cannot reserve register region\n");
err = -EIO;
goto exit_error;
}
printk(KERN_INFO PFX "mapped registers at %p\n", info->regs);
/* initialise the hardware */
err = s3c2410_nand_inithw(info, dev);
//初始化s3c2410
nand flash控制，主要是配置S3C2410_NFCONF寄存器
if (err != 0)
goto exit_error;
sets = (plat != NULL) ? plat->sets : NULL;
nr_sets = (plat != NULL) ? plat->nr_sets : 1;
info->mtd_count = nr_sets;
//我的板上只有一块nand flash，配置信息见plat-sets，数目为1。
/* allocate our information */
size = nr_sets * sizeof(*info->mtds);
info->mtds = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
if (info->mtds == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "failed to allocate mtd storage\n");
err = -ENOMEM;
goto exit_error;
}
memzero(info->mtds, size);
/* initialise all possible chips */
nmtd = info->mtds;
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n",
setno, nmtd, info);
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
nmtd->scan_res = nand_scan(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);//为什么使用set->nr_chips(还没配置的东西)？
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
pr_debug("initialised ok\n");
return 0;
exit_error:
s3c2410_nand_remove(dev);
if (err == 0)
err = -EINVAL;
return err;
}
//初始化代表一片flash的struct nand_chip结构
static void s3c2410_nand_init_chip(struct
s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
chip->IO_ADDR_R = info->regs + S3C2410_NFDATA; //读地址
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFDATA; //写地址
chip->hwcontrol = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready; //ready状态查询
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf; //写函数
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf; //读函数
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip; //片选函数
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
if (info->is_s3c2440) {
chip->IO_ADDR_R = info->regs + S3C2440_NFDATA;
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2440_NFDATA;
chip->hwcontrol = s3c2440_nand_hwcontrol;
}
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
//nand_scan函数中会调用struct
nand_chip *this = mtd->priv取出该struct nand_chip结构
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->correct_data = s3c2410_nand_correct_data;
chip->enable_hwecc = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->calculate_ecc = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->eccmode = NAND_ECC_HW3_512;
chip->autooob = &nand_hw_eccoob;
if (info->is_s3c2440) {
chip->enable_hwecc = s3c2440_nand_enable_hwecc;
chip->calculate_ecc = s3c2440_nand_calculate_ecc;
}
} else {
chip->eccmode = NAND_ECC_SOFT; //ECC的类型
}
}
/* command and control functions
*
* Note, these all use tglx's method of changing the IO_ADDR_W field
* to make the code simpler, and use the nand layer's code to issue the
* command and address sequences via the proper IO ports.
*
*/
static void s3c2410_nand_hwcontrol(struct
mtd_info *mtd, int cmd)
{
struct s3c2410_nand_info *info = s3c2410_nand_mtd_toinfo(mtd);
struct nand_chip *chip = mtd->priv;
switch (cmd) {
case NAND_CTL_SETNCE:
case NAND_CTL_CLRNCE:
printk(KERN_ERR "%s: called for NCE\n", __FUNCTION__);
break;
case NAND_CTL_SETCLE:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFCMD;//写命令
break;
case NAND_CTL_SETALE:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFADDR;//写地址
break;
/* NAND_CTL_CLRCLE: */
/* NAND_CTL_CLRALE: */
default:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFDATA;//写数据
break;
}
}
/* s3c2410_nand_devready()
*
* returns 0 if the nand is busy, 1 if it is ready
*/
static int s3c2410_nand_devready(struct
mtd_info *mtd)
{
struct s3c2410_nand_info *info = s3c2410_nand_mtd_toinfo(mtd);
if (info->is_s3c2440)
return readb(info->regs + S3C2440_NFSTAT) & S3C2440_NFSTAT_READY;
return readb(info->regs + S3C2410_NFSTAT) & S3C2410_NFSTAT_BUSY;//返回nand
flash都忙标志
}
static void s3c2410_nand_write_buf(struct
mtd_info *mtd,
const u_char *buf, int len)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
writesb(this->IO_ADDR_W, buf, len);//写操作
}
static void s3c2410_nand_read_buf(struct
mtd_info *mtd, u_char *buf, int len)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
readsb(this->IO_ADDR_R, buf, len);//读操作
}
/* select chip */
/*
* 根据chip都值设置nand
flash都片选信号:
* chip = -1 -- 禁用nand flash
* chip !=-1 -- 选择对应的nand flash
*/
static void s3c2410_nand_select_chip(struct
mtd_info *mtd, int chip)
{
struct s3c2410_nand_info *info;
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
void __iomem *reg;
unsigned long cur;
unsigned long bit;
nmtd = this->priv;
info = nmtd->info;
bit = (info->is_s3c2440) ? S3C2440_NFCONT_nFCE : S3C2410_NFCONF_nFCE;
reg = info->regs+((info->is_s3c2440) ? S3C2440_NFCONT:S3C2410_NFCONF);
cur = readl(reg);
if (chip == -1) {
cur |= bit;
} else {
if (nmtd->set != NULL && chip > nmtd->set->nr_chips) {
printk(KERN_ERR PFX "chip %d out of range\n", chip);
return;
}
if (info->platform != NULL) {
if (info->platform->select_chip != NULL)
(info->platform->select_chip)(nmtd->set, chip);
}
cur &= ~bit;
}
writel(cur, reg);
}
注：
s3c2410_nand_init_chip填充struct nand_chip的一部分成员，nand_scan以通用nand flash的标准进行检测，并填充struct nand_chip的其它成员，必要时根据检测结果进行取舍。
int nand_scan (struct
mtd_info *mtd, int maxchips)
{
int i, nand_maf_id, nand_dev_id, busw, maf_id;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
//取出struct nand_chip结构
/* Get buswidth to select the correct functions*/
busw = this->options & NAND_BUSWIDTH_16; //nand
flash的位宽
/* check for proper chip_delay setup, set 20us if not */
if (!this->chip_delay)
this->chip_delay = 20;
/* check, if a user supplied command function given */
if (this->cmdfunc == NULL) //填充命令函数
this->cmdfunc = nand_command;
/* check, if a user supplied wait function given */
if (this->waitfunc == NULL) //填充等待函数
this->waitfunc = nand_wait;
if (!this->select_chip) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->select_chip = nand_select_chip;
if (!this->write_byte) //使用默认的
this->write_byte = busw ? nand_write_byte16 : nand_write_byte;
if (!this->read_byte) //使用默认的
this->read_byte = busw ? nand_read_byte16 : nand_read_byte;
if (!this->write_word) //使用默认的
this->write_word = nand_write_word;
if (!this->read_word) //使用默认的
this->read_word = nand_read_word;
if (!this->block_bad) //使用默认的
this->block_bad = nand_block_bad;
if (!this->block_markbad) //使用默认的
this->block_markbad = nand_default_block_markbad;
if (!this->write_buf) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->write_buf = busw ? nand_write_buf16 : nand_write_buf;
if (!this->read_buf) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->read_buf = busw ? nand_read_buf16 : nand_read_buf;
if (!this->verify_buf) //使用默认的
this->verify_buf = busw ? nand_verify_buf16 : nand_verify_buf;
if (!this->scan_bbt) //使用默认的
this->scan_bbt = nand_default_bbt;
/* Select the device */
this->select_chip(mtd, 0); //片选，可惜在s3c2410 nand flash控制器中此操作为空
/* Send the command for reading device ID */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READID, 0x00, -1);//发送读ID命令
/* Read manufacturer and device IDs */
nand_maf_id = this->read_byte(mtd); //读取生产商ID
nand_dev_id = this->read_byte(mtd); //读取设备ID
/* Print and store flash device information */
for (i = 0; nand_flash_ids[i].name != NULL; i++) {
//保存着nand flash资料的nand_flash_ids表在include/linux/mtd/nand_ids.c文件中，详细见附录
if (nand_dev_id != nand_flash_ids[i].id) //比较设备ID
continue;
if (!mtd->name) mtd->name = nand_flash_ids[i].name; //填充设备名
this->chipsize = nand_flash_ids[i].chipsize << 20; //填充设备大小
/* New devices have all the information in additional id bytes */
if (!nand_flash_ids[i].pagesize) {
int extid;
/* The 3rd id byte contains non relevant data ATM */
extid = this->read_byte(mtd);
/* The 4th id byte is the important one */
extid = this->read_byte(mtd);
/* Calc pagesize */
mtd->oobblock = 1024 << (extid & 0x3);
extid >>= 2;
/* Calc oobsize */
mtd->oobsize = (8 << (extid & 0x03)) * (mtd->oobblock / 512);
extid >>= 2;
/* Calc blocksize. Blocksize is multiples of 64KiB */
mtd->erasesize = (64 * 1024) << (extid & 0x03);
extid >>= 2;
/* Get buswidth information */
busw = (extid & 0x01) ? NAND_BUSWIDTH_16 : 0;
} else {
/* Old devices have this data hardcoded in the
* device id table */
mtd->erasesize = nand_flash_ids[i].erasesize; //填充檫除单元大小(16k)
mtd->oobblock = nand_flash_ids[i].pagesize; //填充页大小(512)
mtd->oobsize = mtd->oobblock / 32; //oob大小(512/32=16)
busw = nand_flash_ids[i].options & NAND_BUSWIDTH_16;//获取nand
flash表中定义的位宽
}
/* Try to identify manufacturer */ //比较生产商ID
for (maf_id = 0; nand_manuf_ids[maf_id].id != 0x0; maf_id++) {
if (nand_manuf_ids[maf_id].id == nand_maf_id)
break;
}
/* Check, if buswidth is correct. Hardware drivers should set
* this correct ! */
/用户定义的位宽与芯片实际的位宽不一致，取消nand
flash的片选
if (busw != (this->options & NAND_BUSWIDTH_16)) {
printk (KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
" 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", nand_maf_id, nand_dev_id,
nand_manuf_ids[maf_id].name , mtd->name);
printk (KERN_WARNING
"NAND bus width %d instead %d bit\n",
(this->options & NAND_BUSWIDTH_16) ? 16 : 8,
busw ? 16 : 8);
this->select_chip(mtd, -1);//在s3c2410
nand flash控制器驱动中，此操作为空操作
return 1;
}
/* Calculate the address shift from the page size */
//计算页、可檫除单元、nand
flash大小的偏移值
this->page_shift = ffs(mtd->oobblock) - 1;
this->bbt_erase_shift = this->phys_erase_shift = ffs(mtd->erasesize) - 1;
this->chip_shift = ffs(this->chipsize) - 1;
/* Set the bad block position */
//标注此nand
flash为大页还是小页？
this->badblockpos = mtd->oobblock > 512 ?
NAND_LARGE_BADBLOCK_POS : NAND_SMALL_BADBLOCK_POS;
/* Get chip options, preserve non chip based options */
//用户没指定的选项从nand
flash表中获取补上
this->options &= ~NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
this->options |= nand_flash_ids[i].options & NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
/* Set this as a default. Board drivers can override it, if neccecary */
this->options |= NAND_NO_AUTOINCR;
/* Check if this is a not a samsung device. Do not clear the options
* for chips which are not having an extended id.
*/
if (nand_maf_id != NAND_MFR_SAMSUNG && !nand_flash_ids[i].pagesize)
this->options &= ~NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS;
/* Check for AND chips with 4 page planes */
if (this->options & NAND_4PAGE_ARRAY)
this->erase_cmd = multi_erase_cmd;
else
this->erase_cmd = single_erase_cmd;
/* Do not replace user supplied command function ! */
if (mtd->oobblock > 512 && this->cmdfunc == nand_command)
this->cmdfunc = nand_command_lp;
printk (KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
" 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", nand_maf_id, nand_dev_id,
nand_manuf_ids[maf_id].name , nand_flash_ids[i].name);
break;
}//好的，检测结束^_^
if (!nand_flash_ids[i].name) {
printk (KERN_WARNING "No NAND device found!!!\n");
this->select_chip(mtd, -1);
return 1;
}
//统计一下同种类型的nand
flash有多少块(我板上只有一块)
for (i=1; i < maxchips; i++) {
this->select_chip(mtd, i);
/* Send the command for reading device ID */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READID, 0x00, -1);
/* Read manufacturer and device IDs */
if (nand_maf_id != this->read_byte(mtd) ||
nand_dev_id != this->read_byte(mtd))
break;
}
if (i > 1)
printk(KERN_INFO "%d NAND chips detected\n", i);
/* Allocate buffers, if neccecary */
if (!this->oob_buf) {
size_t len;
//求出一个檫除单元64K中oob所占用的总空间
len = mtd->oobsize << (this->phys_erase_shift - this->page_shift);
this->oob_buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->oob_buf) {
printk (KERN_ERR "nand_scan(): Cannot allocate oob_buf\n");
return -ENOMEM;
}
this->options |= NAND_OOBBUF_ALLOC;//oob空间已分配，置相应的标志位
}
if (!this->data_buf) {
size_t len;
len = mtd->oobblock + mtd->oobsize;//512+16=128
this->data_buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->data_buf) {
if (this->options & NAND_OOBBUF_ALLOC)
kfree (this->oob_buf);
printk (KERN_ERR "nand_scan(): Cannot allocate data_buf\n");
return -ENOMEM;
}
this->options |= NAND_DATABUF_ALLOC;//数据空间已分配，置相应的标志位
}
/* Store the number of chips and calc total size for mtd */
this->numchips = i;//记录nand
flash片数
mtd->size = i * this->chipsize;//计算出nand
flash总大小
/* Convert chipsize to number of pages per chip -1. */
this->pagemask = (this->chipsize >> this->page_shift) - 1;//(64M>>9)-1=128k-1=0x1ffff
/* Preset the internal oob buffer */
//oob_buf全部置为0xff
memset(this->oob_buf, 0xff, mtd->oobsize << (this->phys_erase_shift - this->page_shift));
/* If no default placement scheme is given, select an
* appropriate one */
if (!this->autooob) { //我们选用的是NAND_ECC_SOFT，autooob未设置
/* Select the appropriate default oob placement scheme for
* placement agnostic filesystems */
switch (mtd->oobsize) {
case 8:
this->autooob = &nand_oob_8;
break;
case 16:
this->autooob = &nand_oob_16;//我们的nand
flash属于这一类
break;
case 64:
this->autooob = &nand_oob_64;
break;
default:
printk (KERN_WARNING "No oob scheme defined for oobsize %d\n",
mtd->oobsize);
BUG();
}
}
注：
ECC的东西不是很懂，先跳过^_^
/* The number of bytes available for the filesystem to place fs dependend
* oob data */
mtd->oobavail = 0;
for (i = 0; this->autooob->oobfree[i][1]; i++)
mtd->oobavail += this->autooob->oobfree[i][1];
/*
* check ECC mode, default to software
* if 3byte/512byte hardware ECC is selected and we have 256 byte pagesize
* fallback to software ECC
*/
this->eccsize = 256; /* set default eccsize */
this->eccbytes = 3;
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
if (mtd->oobblock < 2048) {
printk(KERN_WARNING "2048 byte HW ECC not possible on %d byte page size, fallback to SW ECC\n",
mtd->oobblock);
this->eccmode = NAND_ECC_SOFT;
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
} else
this->eccsize = 2048;
break;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW6_512:
case NAND_ECC_HW8_512:
if (mtd->oobblock == 256) {
printk (KERN_WARNING "512 byte HW ECC not possible on 256 Byte pagesize, fallback to SW ECC \n");
this->eccmode = NAND_ECC_SOFT;
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
} else
this->eccsize = 512; /* set eccsize to 512 */
break;
case NAND_ECC_HW3_256:
break;
case NAND_ECC_NONE:
printk (KERN_WARNING "NAND_ECC_NONE selected by board driver. This is not recommended !!\n");
this->eccmode = NAND_ECC_NONE;
break;
case NAND_ECC_SOFT:
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
break;
default:
printk (KERN_WARNING "Invalid NAND_ECC_MODE %d\n", this->eccmode);
BUG();
}
/* Check hardware ecc function availability and adjust number of ecc bytes per
* calculation step
*/
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
this->eccbytes += 4;
case NAND_ECC_HW8_512:
this->eccbytes += 2;
case NAND_ECC_HW6_512:
this->eccbytes += 3;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW3_256:
if (this->calculate_ecc && this->correct_data && this->enable_hwecc)
break;
printk (KERN_WARNING "No ECC functions supplied, Hardware ECC not possible\n");
BUG();
}
mtd->eccsize = this->eccsize;
/* Set the number of read / write steps for one page to ensure ECC generation */
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 2048;
break;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW6_512:
case NAND_ECC_HW8_512:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 512;
break;
case NAND_ECC_HW3_256:
case NAND_ECC_SOFT:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 256;
break;
case NAND_ECC_NONE:
this->eccsteps = 1;
break;
}
/* Initialize state, waitqueue and spinlock */
this->state = FL_READY;
init_waitqueue_head (&this->wq);
spin_lock_init (&this->chip_lock);
/* De-select the device */
this->select_chip(mtd, -1);
/* Invalidate the pagebuffer reference */
this->pagebuf = -1;
/* Fill in remaining MTD driver data */
//填充mtd结构的其它部分
mtd->type = MTD_NANDFLASH;
mtd->flags = MTD_CAP_NANDFLASH | MTD_ECC;
mtd->ecctype = MTD_ECC_SW;
mtd->erase = nand_erase;
mtd->point = NULL;
mtd->unpoint = NULL;
mtd->read = nand_read;
/* nand_read->nand_do_read_ecc->read_buf->s3c2410_nand_read_buf */
mtd->write = nand_write;
/* nand_write->nand_write_ecc->nand_write_page->write_buf->s3c2410_nand_write_buf */
mtd->read_ecc = nand_read_ecc;
mtd->write_ecc = nand_write_ecc;
mtd->read_oob = nand_read_oob;
mtd->write_oob = nand_write_oob;
mtd->readv = NULL;
mtd->writev = nand_writev;
mtd->writev_ecc = nand_writev_ecc;
mtd->sync = nand_sync;
mtd->lock = NULL;
mtd->unlock = NULL;
mtd->suspend = NULL;
mtd->resume = NULL;
mtd->block_isbad = nand_block_isbad;
mtd->block_markbad = nand_block_markbad;
/* and make the autooob the default one */
memcpy(&mtd->oobinfo, this->autooob, sizeof(mtd->oobinfo));
mtd->owner = THIS_MODULE;
/* Check, if we should skip the bad block table scan */
if (this->options & NAND_SKIP_BBTSCAN)
return 0;
/* Build bad block table */
return this->scan_bbt (mtd);
}
/**
* nand_command - [DEFAULT] Send command to NAND device
* @mtd: MTD device structure
* @command: the command to be sent
* @column: the column address for this command, -1 if none
* @page_addr: the page address for this command, -1 if none
*
* Send command to NAND device. This function is used for small page
* devices (256/512 Bytes per page)
*/
static void nand_command (struct
mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr)
{
register struct nand_chip *this = mtd->priv;
/* Begin command latch cycle */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETCLE);
//选择写入S3C2410_NFCMD寄存器
/*
* Write out the command to the device.
*/
if (command == NAND_CMD_SEQIN) {
int readcmd;
if (column >= mtd->oobblock) {
//读/写位置超出512，读oob_data
/* OOB area */
column -= mtd->oobblock;
readcmd = NAND_CMD_READOOB;
} else if (column < 256) { //读/写位置在前512，使用read0命令
/* First 256 bytes --> READ0 */
readcmd = NAND_CMD_READ0;
} else { //读/写位置在后512，使用read1命令
column -= 256;
readcmd = NAND_CMD_READ1;
}
this->write_byte(mtd, readcmd); //写入具体命令
}
this->write_byte(mtd, command);
/* Set ALE and clear CLE to start address cycle */
/*
清楚CLE，锁存命令；置位ALE，开始传输地址 */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRCLE); //锁存命令
if (column != -1 || page_addr != -1) {
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETALE); //选择写入S3C2410_NFADDR寄存器
/* Serially input address */
if (column != -1) {
/* Adjust columns for 16 bit buswidth */
if (this->options & NAND_BUSWIDTH_16)
column >>= 1;
this->write_byte(mtd, column); //写入列地址
}
if (page_addr != -1) { //写入页地址(分三个字节写入)
this->write_byte(mtd, (unsigned char) (page_addr & 0xff));
this->write_byte(mtd, (unsigned char) ((page_addr >> 8) & 0xff));
/* One more address cycle for devices > 32MiB */
if (this->chipsize > (32 << 20))
this->write_byte(mtd, (unsigned char) ((page_addr >> 16) & 0x0f));
}
/* Latch in address */
/*
锁存地址 */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRALE);
}
/*
* program and erase have their own busy handlers
* status and sequential in needs no delay
*/
switch (command) {
case NAND_CMD_PAGEPROG:
case NAND_CMD_ERASE1:
case NAND_CMD_ERASE2:
case NAND_CMD_SEQIN:
case NAND_CMD_STATUS:
return;
case NAND_CMD_RESET: //复位操作
// 等待nand flash become ready
if (this->dev_ready) //判断nand
flash 是否busy(1:ready 0:busy)
break;
udelay(this->chip_delay);
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETCLE);
this->write_byte(mtd, NAND_CMD_STATUS);
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRCLE);
while ( !(this->read_byte(mtd) & NAND_STATUS_READY));
return;
/* This applies to read commands */
default:
/*
* If we don't have access to the busy pin, we apply the given
* command delay
*/
if (!this->dev_ready) {
udelay (this->chip_delay);//稍作延迟
return;
}
}
/* Apply this short delay always to ensure that we do wait tWB in
* any case on any machine. */
ndelay (100);
nand_wait_ready(mtd);
}
/*
* Wait for the ready pin, after a command
* The timeout is catched later.
*/
static void nand_wait_ready(struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
unsigned long timeo = jiffies + 2;
/* wait until command is processed or timeout occures */
do {
if (this->dev_ready(mtd)) //简单调用this->dev_ready(s3c2410_nand_devready)函数
等待nand flash become ready
return;
touch_softlockup_watchdog();
} while (time_before(jiffies, timeo));
}
/**
* nand_wait - [DEFAULT] wait until the command is done
* @mtd: MTD device structure
* @this: NAND chip structure
* @state: state to select the max. timeout value
*
* Wait for command done. This applies to erase and program only
* Erase can take up to 400ms and program up to 20ms according to
* general NAND and SmartMedia specs
*
*/
/* 等待知道命令传输完成，适用于檫除和写入命令 */
static int nand_wait(struct
mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state)
{
unsigned long timeo = jiffies;
int status;
if (state == FL_ERASING)
timeo += (HZ * 400) / 1000;//檫除操作的话，时间相对要长一些
else
timeo += (HZ * 20) / 1000;
/* Apply this short delay always to ensure that we do wait tWB in
* any case on any machine. */
ndelay (100);
if ((state == FL_ERASING) && (this->options & NAND_IS_AND))
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_STATUS_MULTI, -1, -1);
else
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_STATUS, -1, -1);
while (time_before(jiffies, timeo)) {
/* Check, if we were interrupted */
if (this->state != state)
return 0;
/*
等待nand flash become ready */
if (this->dev_ready) {
if (this->dev_ready(mtd))
break;
} else {
if (this->read_byte(mtd) & NAND_STATUS_READY)
break;
}
cond_resched();
}
status = (int) this->read_byte(mtd);
return status;
}
/**
* nand_block_bad - [DEFAULT] Read bad block marker from the chip
* 检查nand
flash中某一页是否为坏块
* @mtd: MTD device structure
* @ofs: offset from device start
* @getchip: 0, if the chip is already selected
*
* Check, if the block is bad.
*/
static int nand_block_bad(struct
mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip)
{
int page, chipnr, res = 0;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u16 bad;
if (getchip) {
page = (int)(ofs >> this->page_shift);
chipnr = (int)(ofs >> this->chip_shift);
/* Grab the lock and see if the device is available */
nand_get_device (this, mtd, FL_READING);
/* Select the NAND device */
this->select_chip(mtd, chipnr);
} else
page = (int) ofs;
if (this->options & NAND_BUSWIDTH_16) {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, this->badblockpos & 0xFE, page & this->pagemask);
bad = cpu_to_le16(this->read_word(mtd));
if (this->badblockpos & 0x1)
bad >>= 1;
if ((bad & 0xFF) != 0xff)
res = 1;
} else {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, this->badblockpos, page & this->pagemask);
/*
发送读oob_data命令(oob_data的badblockpos (第6)位记录着坏块标志) */
if (this->read_byte(mtd) != 0xff)//坏块
res = 1;
}
if (getchip) {
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
nand_release_device(mtd);
}
return res;
}
/**
* nand_default_block_markbad - [DEFAULT] mark a block bad
* 标志坏块
* @mtd: MTD device structure
* @ofs: offset from device start
*
* This is the default implementation, which can be overridden by
* a hardware specific driver.
*/
static int nand_default_block_markbad(struct
mtd_info *mtd, loff_t ofs)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char buf[2] = {0, 0};
size_t retlen;
int block;
/* Get block number */
block = ((int) ofs) >> this->bbt_erase_shift;
if (this->bbt)
this->bbt[block >> 2] |= 0x01 << ((block & 0x03) << 1);
/*
这个暂时不是很好说：内核维护一个标志bad block表，使用2bit来表示1block。
这个表在开机的时候通过扫描nand flash每个block的头两页的oob数据来生成，
发现坏块后至相应的block标志位为非零(有时候至3，但有时候至1，还没搞明白有什么不同)
*/
/* Do we have a flash based bad block table ? */
if (this->options & NAND_USE_FLASH_BBT)//samsun
nand flash不属于这种，暂时不去研究，以后同
return nand_update_bbt (mtd, ofs);
/* We write two bytes, so we dont have to mess with 16 bit access */
ofs += mtd->oobsize + (this->badblockpos & ~0x01);//???????????????
return nand_write_oob (mtd, ofs , 2, &retlen, buf);
}
/**
* nand_verify_buf - [DEFAULT] Verify chip data against buffer
* 检验nand
flash与buffer的数据是否一致
* @mtd: MTD device structure
* @buf: buffer containing the data to compare
* @len: number of bytes to compare
*
* Default verify function for 8bit buswith
*/
static int nand_verify_buf(struct
mtd_info *mtd, const u_char *buf, int len)
{
int i;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
for (i=0; i<len; i++)
if (buf[i] != readb(this->IO_ADDR_R))
return -EFAULT;
return 0;
}
/**
* nand_default_bbt - [NAND Interface] Select a default bad block table for the device
* @mtd: MTD device structure
*
* This function selects the default bad block table
* support for the device and calls the nand_scan_bbt function
*
*/
int nand_default_bbt (struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
/* Default for AG-AND. We must use a flash based
* bad block table as the devices have factory marked
* _good_ blocks. Erasing those blocks leads to loss
* of the good / bad information, so we _must_ store
* this information in a good / bad table during
* startup
*/
if (this->options & NAND_IS_AND) {
/* Use the default pattern descriptors */
if (!this->bbt_td) {
this->bbt_td = &bbt_main_descr;
this->bbt_md = &bbt_mirror_descr;
}
this->options |= NAND_USE_FLASH_BBT;
return nand_scan_bbt (mtd, &agand_flashbased);
}
/* Is a flash based bad block table requested ? */
if (this->options & NAND_USE_FLASH_BBT) {
/* Use the default pattern descriptors */
if (!this->bbt_td) {
this->bbt_td = &bbt_main_descr;
this->bbt_md = &bbt_mirror_descr;
}
if (!this->badblock_pattern) {
this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ?
&largepage_flashbased : &smallpage_flashbased;
}
} else { //samsun
nand flash的坏块表不存在与nand flash里面，需要扫描来生成。
this->bbt_td = NULL;
this->bbt_md = NULL;
if (!this->badblock_pattern) {
this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ?
&largepage_memorybased : &smallpage_memorybased;
}
}
return nand_scan_bbt (mtd, this->badblock_pattern);
}
/**
* nand_scan_bbt - [NAND Interface] scan, find, read and maybe create bad block table(s)
* @mtd: MTD device structure
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
*
* The function checks, if a bad block table(s) is/are already
* available. If not it scans the device for manufacturer
* marked good / bad blocks and writes the bad block table(s) to
* the selected place.
*
* The bad block table memory is allocated here. It must be freed
* by calling the nand_free_bbt function.
*
*/
int nand_scan_bbt (struct
mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
int len, res = 0;
uint8_t *buf;
struct nand_bbt_descr *td = this->bbt_td;
struct nand_bbt_descr *md = this->bbt_md;
len = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift + 2);
/* Allocate memory (2bit per block) */
/*
2bit per block=(2/8)byte per block，所以上面要多右移2位 */
this->bbt = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->bbt) {
printk (KERN_ERR "nand_scan_bbt: Out of memory\n");
return -ENOMEM;
}
/* Clear the memory bad block table */
memset (this->bbt, 0x00, len);
/* If no primary table decriptor is given, scan the device
* to build a memory based bad block table
*/
if (!td) {
if ((res = nand_memory_bbt(mtd, bd))) {
printk (KERN_ERR "nand_bbt: Can't scan flash and build the RAM-based BBT\n");
kfree (this->bbt);
this->bbt = NULL;
}
return res;
}
/* Allocate a temporary buffer for one eraseblock incl. oob */
/*
分配1 block所需要的oob data空间 */
len = (1 << this->bbt_erase_shift);
len += (len >> this->page_shift) * mtd->oobsize;
buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!buf) {
printk (KERN_ERR "nand_bbt: Out of memory\n");
kfree (this->bbt);
this->bbt = NULL;
return -ENOMEM;
}
//由于td、md均为NULL，一下函数基本不起作用，先不去研究它
/* Is the bbt at a given page ? */
if (td->options & NAND_BBT_ABSPAGE) {
res = read_abs_bbts (mtd, buf, td, md);
} else {
/* Search the bad block table using a pattern in oob */
res = search_read_bbts (mtd, buf, td, md);
}
if (res)
res = check_create (mtd, buf, bd);
/* Prevent the bbt regions from erasing / writing */
mark_bbt_region (mtd, td);
if (md)
mark_bbt_region (mtd, md);
kfree (buf);
return res;
}
/**
* nand_memory_bbt - [GENERIC] create a memory based bad block table
* @mtd: MTD device structure
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
*
* The function creates a memory based bbt by scanning the device
* for manufacturer / software marked good / bad blocks
*/
static inline int nand_memory_bbt (struct
mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
bd->options &= ~NAND_BBT_SCANEMPTY;
//我们只需要扫描oob
data，不需要扫描全部(512+16bytes的数据)
return create_bbt (mtd, this->data_buf, bd, -1);
}
/**
* create_bbt - [GENERIC] Create a bad block table by scanning the device
* @mtd: MTD device structure
* @buf: temporary buffer
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
* @chip: create the table for a specific chip, -1 read all chips.
* Applies only if NAND_BBT_PERCHIP option is set
*
* Create a bad block table by scanning the device
* for the given good/bad block identify pattern
*/
static int create_bbt (struct
mtd_info *mtd, uint8_t *buf, struct nand_bbt_descr *bd, int chip)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
int i, j, numblocks, len, scanlen;
int startblock;
loff_t from;
size_t readlen, ooblen;
printk (KERN_INFO "Scanning device for bad blocks\n");
if (bd->options & NAND_BBT_SCANALLPAGES)//扫描所有都页
len = 1 << (this->bbt_erase_shift - this->page_shift);//求出每block所含的page数
else {
if (bd->options & NAND_BBT_SCAN2NDPAGE)//只检查2
page
len = 2;
else
len = 1;//只检查1
page
}
if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) {
/* We need only read few bytes from the OOB area */
/*
我们只需要检查OOB的某些数据 */
scanlen = ooblen = 0;
readlen = bd->len;
} else {
/* Full page content should be read */
/*
读取整页内容 */
scanlen = mtd->oobblock + mtd->oobsize;
readlen = len * mtd->oobblock;
ooblen = len * mtd->oobsize;
}
if (chip == -1) {
/* Note that numblocks is 2 * (real numblocks) here, see i+=2 below as it
* makes shifting and masking less painful */
/*
计算出nand flash所包含都block数目(注意这里总数目经过林乘2操作)*/
numblocks = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift - 1);
startblock = 0;
from = 0;
} else {
if (chip >= this->numchips) {
printk (KERN_WARNING "create_bbt(): chipnr (%d) > available chips (%d)\n",
chip + 1, this->numchips);
return -EINVAL;
}
numblocks = this->chipsize >> (this->bbt_erase_shift - 1);
startblock = chip * numblocks;
numblocks += startblock;
from = startblock << (this->bbt_erase_shift - 1);
}
for (i = startblock; i < numblocks;) {
int ret;
if (bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY) //整页数据读取
if ((ret = nand_read_raw (mtd, buf, from, readlen, ooblen)))
return ret;
for (j = 0; j < len; j++) {
if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) {
size_t retlen;
/* Read the full oob until read_oob is fixed to
* handle single byte reads for 16 bit buswidth */
/*
读取当前页的oob区的所有数据 */
ret = mtd->read_oob(mtd, from + j * mtd->oobblock,
mtd->oobsize, &retlen, buf);
if (ret)
return ret;
/*
检查oob data的bad block标志位，判断是否是坏块 */
if (check_short_pattern (buf, bd)) {
this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6);
/*
注意：这里i=实际值*2。由于一个block的状态用2bit来表示，那么一个字节可以存放4个block的状态。
这里i>>3刚好是实际block/4，4个block的状态刚好存放在this->bbt所指向的一个字节里面
*/
printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x\n",
i >> 1, (unsigned int) from);
break;
}
} else {
if (check_pattern (&buf[j * scanlen], scanlen, mtd->oobblock, bd)) {
this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6);
printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x\n",
i >> 1, (unsigned int) from);
break;
}
}
}
i += 2;//更新block的序号
from += (1 << this->bbt_erase_shift);//更新nand
flash的地址
}
return 0;
}
/**
* nand_release - [NAND Interface] Free resources held by the NAND device
* @mtd: MTD device structure
*/
void nand_release (struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
#ifdef CONFIG_MTD_PARTITIONS
/* Deregister partitions */
del_mtd_partitions (mtd);
#endif
/* Deregister the device */
del_mtd_device (mtd);
/* Free bad block table memory, if allocated */
if (this->bbt)
kfree (this->bbt);
/* Buffer allocated by nand_scan ? */
if (this->options & NAND_OOBBUF_ALLOC)
kfree (this->oob_buf);
/* Buffer allocated by nand_scan ? */
if (this->options & NAND_DATABUF_ALLOC)
kfree (this->data_buf);
}
附录：
/arch/arm/mach-s3c2410/dev.c文件：
static struct mtd_partition partition_info[]={
[0]={
name :"vivi",
size :0x20000,
offset :0,
},[1]={
name :"param",
size :0x10000,
offset :0x20000,
},[2]={
name :"kernel",
size :0x1d0000,
offset :0x30000,
},[3]={
name :"root",
size :0x3c00000,
offset :0x200000,
}
};
struct s3c2410_nand_set nandset={
nr_partitions :4,
partitions :partition_info,
};
struct s3c2410_platform_nand superlpplatform={
tacls :0,
twrph0 :30,
twrph1 :0,
sets :&nandset,
nr_sets :1,
};
struct platform_device s3c_device_nand = {
.name = "s3c2410-nand",
.id = -1,
.num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_nand_resource),
.resource = s3c_nand_resource,
.dev={
.platform_data=&superlpplatform
}
};
nand_flash_ids表
/driver/mtd/nand/nand_ids.c文件：
struct nand_flash_dev nand_flash_ids[] = {
................................................................................
{"NAND 64MiB 3,3V 8-bit", 0x76, 512, 64, 0x4000, 0},
................................................................................
};
注：
这里只列出常用的samsun 64M Nand Flash的资料，对应的信息请看该结构体的定义：
struct nand_flash_dev {
char *name;
int id;
unsigned long pagesize;
unsigned long chipsize;
unsigned long erasesize;
unsigned long options;
};
可知该nand flash 设备ID号为0x76，页大小为512，大小为64(M)，檫除单元大小为16(K)。
现在再由上到下的研究一下是如何通过MTD原始设备来访问FLASH硬件驱动的。
首先分析一下如何通过MTD原始设备进而通过FLASH硬件驱动来读取FLASH存储器的数据。
引用自<<Linux系统移植>>一文：
"读Nand Flash：
当对nand flash的设备文件(nand flash在/dev下对应的文件)执行系统调用read(),或在某个文件系统中对该
设备进行读操作时. 会调用struct mtd_info中的read方法,他们缺省调用函数为nand_read(),在
drivers/mtd/nand/nand_base.c中定义.nand_read()调用nand_do_read_ecc(),执行读操作. 在
nand_do_read_ecc()函数中,主要完成如下几项工作：
1. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的select_chip方法,即
s3c2410_nand_select_chip()选择要操作的MTD芯片.
2. 会调用在struct nand_chip中系统缺省的方法cmdfunc发送读命令到nand flash.
3. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的read_buf(),即s3c2410_nand_read_buf()
从Nand Flash的控制器的数据寄存器中读出数据.
4. 如果有必要的话,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的
enable_hwecc,correct_data以及calculate_ecc方法,进行数据ECC校验。"
下面研究一下其中的细节：
/**
* nand_read - [MTD Interface] MTD compability function for nand_do_read_ecc
* @mtd: MTD device structure
* @from: offset to read from
* @len: number of bytes to read
* @retlen: pointer to variable to store the number of read bytes
* @buf: the databuffer to put data
*
* This function simply calls nand_do_read_ecc with oob buffer and oobsel = NULL
* and flags = 0xff
*/
static int nand_read (struct
mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t * retlen, u_char * buf)
{
return nand_do_read_ecc (mtd, from, len, retlen, buf, NULL, &mtd->oobinfo, 0xff);
}
注：
以参数oob_buf为NULL，flags为0xff调用nand_do_read_ecc函数。
/**
* nand_do_read_ecc - [MTD Interface] Read data with ECC
* @mtd: MTD device structure
* @from: offset to read from
* @len: number of bytes to read
* @retlen: pointer to variable to store the number of read bytes
* @buf: the databuffer to put data
* @oob_buf: filesystem supplied oob data buffer (can be NULL)
* @oobsel: oob selection structure
* @flags: flag to indicate if nand_get_device/nand_release_device should be preformed
* and how many corrected error bits are acceptable:
* bits 0..7 - number of tolerable errors
* bit 8 - 0 == do not get/release chip, 1 == get/release chip
*
* NAND read with ECC
*/
int nand_do_read_ecc (struct
mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,
size_t * retlen, u_char * buf, u_char * oob_buf,
struct nand_oobinfo *oobsel, int flags)
{
int i, j, col, realpage, page, end, ecc, chipnr, sndcmd = 1;
int read = 0, oob = 0, ecc_status = 0, ecc_failed = 0;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char *data_poi, *oob_data = oob_buf;//目前oob_data指针为空，以后会去修改它。
u_char ecc_calc[32];//该数组用于存放计算出来的ecc结果
u_char ecc_code[32];//该数组用于存放oob中ecc部分的数据
int eccmode, eccsteps;//eccmode存放ecc的类型(ECC_SOFT)；
eccsteps用于记录一个page所需的ecc校验次数(2)。
int *oob_config, datidx;
int blockcheck = (1 << (this->phys_erase_shift - this->page_shift)) - 1;
int eccbytes;
int compareecc = 1;//是否需要ecc标志(如果设置成ECC_NONE，这个标志将被清0)
int oobreadlen;
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL3, "nand_read_ecc: from = 0x%08x, len = %i\n", (unsigned int) from, (int) len);
/* Do not allow reads past end of device */
/*
不允许超越设备容量的读操作 */
if ((from + len) > mtd->size) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: Attempt read beyond end of device\n");
*retlen = 0;
return -EINVAL;
}
/* Grab the lock and see if the device is available */
/*
获取自旋锁，等待设备可用并获取其控制权 */
if (flags & NAND_GET_DEVICE)
nand_get_device (this, mtd, FL_READING);
/* Autoplace of oob data ? Use the default placement scheme */
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE)
oobsel = this->autooob;
/*
* 感觉这一步有点多余，因为nand_scan中已经调用了以下代码：
* memcpy(&mtd->oobinfo, this->autooob, sizeof(mtd->oobinfo));
* 把this->autooob的内容拷贝到mtd->oobinfo中了
*/
eccmode = oobsel->useecc ? this->eccmode : NAND_ECC_NONE;
oob_config = oobsel->eccpos;//记录ecc在oob数据中的位置
/* Select the NAND device */
chipnr = (int)(from >> this->chip_shift);
this->select_chip(mtd, chipnr);//选择nand
flash芯片(在s3c2410 nand flash控制器中为空操作)
/* First we calculate the starting page */
/*
首先，我们计算出开始页码 */
realpage = (int) (from >> this->page_shift);
page = realpage & this->pagemask;
/* Get raw starting column */
/*
其次，我们计算页内偏址 */
col = from & (mtd->oobblock - 1);
end = mtd->oobblock;//页大小(512)
ecc = this->eccsize;//ecc保护下的数据大小(256)
eccbytes = this->eccbytes;//ecc所占的字节数(3)
if ((eccmode == NAND_ECC_NONE) || (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME))
compareecc = 0;//如果设置为关闭ECC或写操作才需要ECC，那把ecc给禁用(现在可是读操作^_^)
oobreadlen = mtd->oobsize;//16
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
oobreadlen -= oobsel->eccbytes;
/* Loop until all data read */
while (read < len) {
int aligned = (!col && (len - read) >= end);
/*
* If the read is not page aligned, we have to read into data buffer
* due to ecc, else we read into return buffer direct
*
如果要读的位置不是页对齐都话，那么只要先把整页读出来，
* 取出所需要读取的数据，然后修改读位置，那么以后的读操作都是页对齐的了。
*/
if (aligned)
data_poi = &buf[read];
else
data_poi = this->data_buf;
/* Check, if we have this page in the buffer
*
* FIXME: Make it work when we must provide oob data too,
* check the usage of data_buf oob field
*
如果我们所需要的数据还存在于缓冲中都话：
* 1 如果读位置页对齐，我们只要把缓冲中的数据直接拷贝到data_poi(buf[read])中即可(因为数据存在与缓存中，所以也无需要考虑ecc问题)
* 2 如果读位置不是页对齐，什么读不要作，让其继续留在缓存(data_buf)中，以后会从data_poi(指向缓存data_buf)中提取所需要的数据。
*/
if (realpage == this->pagebuf && !oob_buf) {
/* aligned read ? */
if (aligned)
memcpy (data_poi, this->data_buf, end);
goto readdata;
}
/* Check, if we must send the read command */
/*
发送读命令，页地址为page，列地址为0x00 */
if (sndcmd) {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READ0, 0x00, page);
sndcmd = 0;
}
/* get oob area, if we have no oob buffer from fs-driver */
if (!oob_buf || oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE ||
oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPL_USR)
oob_data = &this->data_buf[end];//以上情况，oob_data暂存在data_buf缓存中
eccsteps = this->eccsteps;//2
switch (eccmode) {
case NAND_ECC_NONE: { /* No ECC, Read in a page */
static unsigned long lastwhinge = 0;
if ((lastwhinge / HZ) != (jiffies / HZ)) {
printk (KERN_WARNING "Reading data from NAND FLASH without ECC is not recommended\n");
lastwhinge = jiffies;
}
this->read_buf(mtd, data_poi, end);
break;
}
case NAND_ECC_SOFT: /* Software ECC 3/256: Read in a page + oob data */
this->read_buf(mtd, data_poi, end);//读取数据到data_poi
for (i = 0, datidx = 0; eccsteps; eccsteps--, i+=3, datidx += ecc)
this->calculate_ecc(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_calc[i]);
/*
计算出读取到data_poi的数据的ecc值，并存放到ecc_calc数组中。
* 因为读都数据有一页大小(512)，需要分别对其上半部和下半部分计算一次ecc值，并分开存放到ecc_calc数组相应都位置中。
*/
break;
default:
for (i = 0, datidx = 0; eccsteps; eccsteps--, i+=eccbytes, datidx += ecc) {
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_READ);
this->read_buf(mtd, &data_poi[datidx], ecc);
/* HW ecc with syndrome calculation must read the
* syndrome from flash immidiately after the data */
if (!compareecc) {
/* Some hw ecc generators need to know when the
* syndrome is read from flash */
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_READSYN);
this->read_buf(mtd, &oob_data[i], eccbytes);
/* We calc error correction directly, it checks the hw
* generator for an error, reads back the syndrome and
* does the error correction on the fly */
ecc_status = this->correct_data(mtd, &data_poi[datidx], &oob_data[i], &ecc_code[i]);
if ((ecc_status == -1) || (ecc_status > (flags && 0xff))) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: "
"Failed ECC read, page 0x%08x on chip %d\n", page, chipnr);
ecc_failed++;
}
} else {
this->calculate_ecc(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_calc[i]);
}
}
break;
}
/* read oobdata */
this->read_buf(mtd, &oob_data[mtd->oobsize - oobreadlen], oobreadlen);
//读取oob_data存放到oob_data[mtd->oobsize
- oobreadlen]，在这里是data_buf[end]中
/* Skip ECC check, if not requested (ECC_NONE or HW_ECC with syndromes) */
/*
跳过ecc检测 */
if (!compareecc)
goto readoob;
/* Pick the ECC bytes out of the oob data */
/*
从刚读出来都oob_data中取出ecc数据(在这里是前三个字节) */
for (j = 0; j < oobsel->eccbytes; j++)
ecc_code[j] = oob_data[oob_config[j]];
/* correct data, if neccecary */
for (i = 0, j = 0, datidx = 0; i < this->eccsteps; i++, datidx += ecc) {
ecc_status = this->correct_data(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_code[j], &ecc_calc[j]);
/*
拿前面计算出来都ecc_cal数组都数据与读出来的ecc数据作比较，并尝试修正错误(但不保证能修复，具体看返回值) */
/* Get next chunk of ecc bytes */
j += eccbytes;
/* Check, if we have a fs supplied oob-buffer,
* This is the legacy mode. Used by YAFFS1
* Should go away some day
*/
if (oob_buf && oobsel->useecc == MTD_NANDECC_PLACE) {
int *p = (int *)(&oob_data[mtd->oobsize]);
p[i] = ecc_status;
}
/*
很不幸，ecc检测发现错误且未能修复，报告错误 */
if ((ecc_status == -1) || (ecc_status > (flags && 0xff))) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: " "Failed ECC read, page 0x%08x\n", page);
ecc_failed++;
}
}
readoob:
/* check, if we have a fs supplied oob-buffer */
if (oob_buf) {
/* without autoplace. Legacy mode used by YAFFS1 */
switch(oobsel->useecc) {
case MTD_NANDECC_AUTOPLACE:
case MTD_NANDECC_AUTOPL_USR:
/* Walk through the autoplace chunks */
for (i = 0; oobsel->oobfree[i][1]; i++) {
int from = oobsel->oobfree[i][0];
int num = oobsel->oobfree[i][1];
memcpy(&oob_buf[oob], &oob_data[from], num);
oob += num;
}
break;
case MTD_NANDECC_PLACE:
/* YAFFS1 legacy mode */
oob_data += this->eccsteps * sizeof (int);
default:
oob_data += mtd->oobsize;
}
}
readdata:
/* Partial page read, transfer data into fs buffer
*
读位置不是页对齐，从data_poi(data_buf中)提取所需要都数据
*/
if (!aligned) {
for (j = col; j < end && read < len; j++)
buf[read++] = data_poi[j];//read自增
this->pagebuf = realpage;
} else
read += mtd->oobblock;//整页读取，计数值加上整页的数目(512)
/* Apply delay or wait for ready/busy pin
* Do this before the AUTOINCR check, so no problems
* arise if a chip which does auto increment
* is marked as NOAUTOINCR by the board driver.
*/
if (!this->dev_ready)
udelay (this->chip_delay);
else
nand_wait_ready(mtd);
if (read == len)//所需数据读完都情况，退出读循环。
break;
/* For subsequent reads align to page boundary. */
col = 0;//对于读位置不是页对齐都情况，前面已对其进行林相应都处理，现在读位置变得页对齐了。
/* Increment page address */
realpage++;//页地址加1,读取下一页。
page = realpage & this->pagemask;
/* Check, if we cross a chip boundary */
if (!page) {
chipnr++;
this->select_chip(mtd, -1);
this->select_chip(mtd, chipnr);
}
/* Check, if the chip supports auto page increment
* or if we have hit a block boundary.
*
如果芯片支持页自增操作,且未到block boundary(15)的话，不用再发送读命令
*/
if (!NAND_CANAUTOINCR(this) || !(page & blockcheck))
sndcmd = 1;
}
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
if (flags & NAND_GET_DEVICE)
nand_release_device(mtd);//放弃对设备都控制权，好让其它进程获取并占有它
/*
* Return success, if no ECC failures, else -EBADMSG
* fs driver will take care of that, because
* retlen == desired len and result == -EBADMSG
*/
*retlen = read;
return ecc_failed ? -EBADMSG : 0;
}
好的，接着研究一下如何通过MTD原始设备进而通过FLASH硬件驱动向FLASH存储器写数据。
引用自<<Linux系统移植>>一文：
写Nand Flash
当对nand flash的设备文件(nand flash在/dev下对应的文件)执行系统调用write(),或在某个文件系统中对该设备
进行读操作时, 会调用struct mtd_info中write方法,他们缺省调用函数为nand_write(),这两个函数在
drivers/mtd/nand/nand_base.c中定义. nand_write()调用nand_write_ecc(),执行写操作.在
nand_do_write_ecc()函数中,主要完成如下几项工作：
1. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的select_chip方法,即
s3c2410_nand_select_chip()选择要操作的MTD芯片.
2. 调用nand_write_page()写一个页.
3. 在nand_write_page()中,会调用在struct nand_chip中系统缺省的方法cmdfunc发送写命令
到nand flash.
4. 在nand_write_page()中,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的
write_buf(),即s3c2410_nand_write_buf()从Nand Flash的控制器的数据寄存器中写入数据.
5. 在nand_write_page()中,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载waitfunc方法,
该方法调用系统缺省函数nand_wait(),该方法获取操作状态,并等待nand flash操作完成.等
待操作完成,是调用nand flash驱动中对struct nand_chip中重载的dev_ready方法,即
s3c2410_nand_devready()函数.
下面研究一下其中的细节：
/**
* nand_write - [MTD Interface] compability function for nand_write_ecc
* @mtd: MTD device structure
* @to: offset to write to
* @len: number of bytes to write
* @retlen: pointer to variable to store the number of written bytes
* @buf: the data to write
*
* This function simply calls nand_write_ecc with oob buffer and oobsel = NULL
*
*/
static int nand_write (struct
mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t * retlen, const u_char * buf)
{
return (nand_write_ecc (mtd, to, len, retlen, buf, NULL, NULL));
}
注：
以参数eccbuf、oobsel为NULL，调用nand_write_ecc函数。
/**
* nand_write_ecc - [MTD Interface] NAND write with ECC
* @mtd: MTD device structure
* @to: offset to write to
* @len: number of bytes to write
* @retlen: pointer to variable to store the number of written bytes
* @buf: the data to write
* @eccbuf: filesystem supplied oob data buffer
* @oobsel: oob selection structure
*
* NAND write with ECC
*/
static int nand_write_ecc (struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len,
size_t * retlen, const u_char * buf, u_char * eccbuf, struct nand_oobinfo *oobsel)
{
int startpage, page, ret = -EIO, oob = 0, written = 0, chipnr;
int autoplace = 0, numpages, totalpages;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char *oobbuf, *bufstart;
int ppblock = (1 << (this->phys_erase_shift - this->page_shift));//page/block
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL3, "nand_write_ecc: to = 0x%08x, len = %i\n", (unsigned int) to, (int) len);
/* Initialize retlen, in case of early exit */
*retlen = 0;
/* Do not allow write past end of device */
/* 超越nand flash容量的写操作是不允许的 */
if ((to + len) > mtd->size) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: Attempt to write past end of page\n");
return -EINVAL;
}
/* reject writes, which are not page aligned */
/* 不按页对齐的写操作同样是不允许的 */
if (NOTALIGNED (to) || NOTALIGNED(len)) {
printk (KERN_NOTICE "nand_write_ecc: Attempt to write not page aligned data\n");
return -EINVAL;
}
/* Grab the lock and see if the device is available */
/* 获取设备的控制权 */
nand_get_device (this, mtd, FL_WRITING);
/* Calculate chipnr */
/*
* 存在多片flash的情况下，计算出所要写的是哪片flash？
* (当然，像我的板，只用一片nand flash，所以这个操作是不必要的)
*/
chipnr = (int)(to >> this->chip_shift);
/* Select the NAND device */
/* 片选操作 */
this->select_chip(mtd, chipnr);
/* Check, if it is write protected */
/* 如果nand flash写保护，当然不能再写了 */
if (nand_check_wp(mtd))
goto out;
/* if oobsel is NULL, use chip defaults */
if (oobsel == NULL)
oobsel = &mtd->oobinfo;
/* Autoplace of oob data ? Use the default placement scheme */
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE) {
oobsel = this->autooob;
autoplace = 1;
}
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPL_USR)
autoplace = 1;
/* Setup variables and oob buffer */
totalpages = len >> this->page_shift;//计算所要读取的数据长度共有多少页
page = (int) (to >> this->page_shift);//计算数据所要写到的开始页码
/* Invalidate the page cache, if we write to the cached page */
/* 如果缓存保存的数据在我们要写数据的范围内，把缓存里的数据设置为不可用???? */
if (page <= this->pagebuf && this->pagebuf < (page + totalpages))
this->pagebuf = -1;
/* Set it relative to chip */
page &= this->pagemask;
startpage = page;
/* Calc number of pages we can write in one go */
numpages = min (ppblock - (startpage & (ppblock - 1)), totalpages);//计算出本block中允许被写的页数
oobbuf = nand_prepare_oobbuf (mtd, eccbuf, oobsel, autoplace, numpages);//先不深入研究~_~
bufstart = (u_char *)buf;//获取所要写数据的地址
/* Loop until all data is written */
/* 循环进行写操作 */
while (written < len) {
this->data_poi = (u_char*) &buf[written];//先把所要写的数据缓冲到data_poi下
/* Write one page. If this is the last page to write
* or the last page in this block, then use the
* real pageprogram command, else select cached programming
* if supported by the chip.
* 如果这是所写数据的最后一个页或许这是所写block的最后一个页，调用nand flash的
* pageprogram指令，真正把数据写入nand flash中(nand flash的最小擦除单元为block)
*/
ret = nand_write_page (mtd, this, page, &oobbuf[oob], oobsel, (--numpages > 0));
if (ret) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: write_page failed %d\n", ret);
goto out;
}
/* Next oob page */
oob += mtd->oobsize;
/* Update written bytes count */
/* 更新写入计数值 */
written += mtd->oobblock;
if (written == len)//写入完毕，退出
goto cmp;
/* Increment page address */
page++;//下一页
/* Have we hit a block boundary ? Then we have to verify and
* if verify is ok, we have to setup the oob buffer for
* the next pages.
* 暂时不是很明白，需要先搞明白nand_prepare_oobbuf函数的作用
*/
if (!(page & (ppblock - 1))){
int ofs;
this->data_poi = bufstart;//怀疑nand_verify_pages用到
ret = nand_verify_pages (mtd, this, startpage,
page - startpage,
oobbuf, oobsel, chipnr, (eccbuf != NULL));//一页写完，检查数据
if (ret) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: verify_pages failed %d\n", ret);
goto out;
}
*retlen = written;
ofs = autoplace ? mtd->oobavail : mtd->oobsize;
if (eccbuf)
eccbuf += (page - startpage) * ofs;
totalpages -= page - startpage;//更新需要写的页数
numpages = min (totalpages, ppblock);//更新可以写的页数
page &= this->pagemask;//更新页码
startpage = page;//更新开始页码
oobbuf = nand_prepare_oobbuf (mtd, eccbuf, oobsel,
autoplace, numpages);
/* Check, if we cross a chip boundary */
if (!page) {
chipnr++;
this->select_chip(mtd, -1);
this->select_chip(mtd, chipnr);
}
}
}
/* Verify the remaining pages */
cmp:
this->data_poi = bufstart;//怀疑nand_verify_pages用到
ret = nand_verify_pages (mtd, this, startpage, totalpages,
oobbuf, oobsel, chipnr, (eccbuf != NULL));
if (!ret)
*retlen = written;
else
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: verify_pages failed %d\n", ret);
out:
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
nand_release_device(mtd);//放弃对设备的控制权
return ret;
}
/**
* nand_write_page - [GENERIC] write one page
* @mtd: MTD device structure
* @this: NAND chip structure
* @page: startpage inside the chip, must be called with (page & this->pagemask)
* @oob_buf: out of band data buffer
* @oobsel: out of band selecttion structre
* @cached: 1 = enable cached programming if supported by chip
*
* Nand_page_program function is used for write and writev !
* This function will always program a full page of data
* If you call it with a non page aligned buffer, you're lost :)
*
* Cached programming is not supported yet.
*/
static int nand_write_page (struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int page,
u_char *oob_buf, struct nand_oobinfo *oobsel, int cached)
{
int i, status;
u_char ecc_code[32];
int eccmode = oobsel->useecc ? this->eccmode : NAND_ECC_NONE;
int *oob_config = oobsel->eccpos;
int datidx = 0, eccidx = 0, eccsteps = this->eccsteps;
int eccbytes = 0;
/* FIXME: Enable cached programming */
cached = 0;//在高版本的内核下找到这样的解释：
/*
* Cached progamming disabled for now, Not sure if its worth the
* trouble. The speed gain is not very impressive. (2.3->2.6Mib/s)
*/
/* Send command to begin auto page programming */
/* 发送页编程指令 */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_SEQIN, 0x00, page);
/* Write out complete page of data, take care of eccmode */
switch (eccmode) {
/* No ecc, write all */
case NAND_ECC_NONE:
printk (KERN_WARNING "Writing data without ECC to NAND-FLASH is not recommended\n");
this->write_buf(mtd, this->data_poi, mtd->oobblock);
break;
/* Software ecc 3/256, write all */
case NAND_ECC_SOFT:
for (; eccsteps; eccsteps--) {
this->calculate_ecc(mtd, &this->data_poi[datidx], ecc_code);//计算出一页的ecc数据
for (i = 0; i < 3; i++, eccidx++)
oob_buf[oob_config[eccidx]] = ecc_code[i];//存放到ecc_code数组中
datidx += this->eccsize;
}
this->write_buf(mtd, this->data_poi, mtd->oobblock);//调用FLASH硬件驱动层进行写操作
break;
default:
eccbytes = this->eccbytes;
for (; eccsteps; eccsteps--) {
/* enable hardware ecc logic for write */
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_WRITE);
this->write_buf(mtd, &this->data_poi[datidx], this->eccsize);
this->calculate_ecc(mtd, &this->data_poi[datidx], ecc_code);
for (i = 0; i < eccbytes; i++, eccidx++)
oob_buf[oob_config[eccidx]] = ecc_code[i];
/* If the hardware ecc provides syndromes then
* the ecc code must be written immidiately after
* the data bytes (words) */
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
this->write_buf(mtd, ecc_code, eccbytes);
datidx += this->eccsize;
}
break;
}
/* Write out OOB data */
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
this->write_buf(mtd, &oob_buf[oobsel->eccbytes], mtd->oobsize - oobsel->eccbytes);
else
this->write_buf(mtd, oob_buf, mtd->oobsize);//写oob data，主要把上面计算的ecc值写进去
/* Send command to actually program the data */
this->cmdfunc (mtd, cached ? NAND_CMD_CACHEDPROG : NAND_CMD_PAGEPROG, -1, -1);
if (!cached) {
/* call wait ready function */
status = this->waitfunc (mtd, this, FL_WRITING);//等待写入完成
/* See if operation failed and additional status checks are available */
if ((status & NAND_STATUS_FAIL) && (this->errstat)) {
status = this->errstat(mtd, this, FL_WRITING, status, page);
}
/* See if device thinks it succeeded */
if (status & NAND_STATUS_FAIL) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "%s: " "Failed write, page 0x%08x, ", __FUNCTION__, page);
return -EIO;
}
} else {
/* FIXME: Implement cached programming ! */
/* wait until cache is ready*/
// status = this->waitfunc (mtd, this, FL_CACHEDRPG);//cached的写操作暂时没用
}
return 0;
}
向作者Sankye致敬
【编写驱动之前要了解的知识】
1. 硬件特性：
【Flash的硬件实现机制】
Flash全名叫做Flash Memory，属于非易失性存储设备(Non-volatile
Memory Device)，与此相对应的是易失性存储设备(Volatile Memory Device)。关于什么是非易失性/易失性，从名字中就可以看出，非易失性就是不容易丢失，数据存储在这类设备中，即使断电了，也不会丢失，这类设备，除了Flash，还有其他比较常见的入硬盘，ROM等，与此相对的，易失性就是断电了，数据就丢失了，比如大家常用的内存，不论是以前的SDRAM，DDR
SDRAM，还是现在的DDR2，DDR3等，都是断电后，数据就没了。
Flash的内部存储是MOSFET，里面有个悬浮门(Floating
Gate)，是真正存储数据的单元。
在Flash之前，紫外线可擦除(uv-erasable)的EPROM，就已经采用用Floating
Gate存储数据这一技术了。
图1.典型的Flash内存单元的物理结构
数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少，取决于图中的外部门（external
gate）所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示。
【SLC和MLC的实现机制】
Nand Flash按照内部存储数据单元的电压的不同层次，也就是单个内存单元中，是存储1位数据，还是多位数据，可以分为SLC和MLC：
1. SLC，Single
Level Cell:
单个存储单元，只存储一位数据，表示成1或0.
就是上面介绍的，对于数据的表示，单个存储单元中内部所存储电荷的电压，和某个特定的阈值电压Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0.
对于nand Flash的数据的写入1，就是控制External
Gate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1了。而对于写入0，就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0了。
关于为何Nand Flash不能从0变成1，我的理解是，物理上来说，是可以实现每一位的，从0变成1的，但是实际上，对于实际的物理实现，出于效率的考虑，如果对于，每一个存储单元都能单独控制，即，0变成1就是，对每一个存储单元单独去充电，所需要的硬件实现就很复杂和昂贵，同时，所进行对块擦除的操作，也就无法实现之前的，一闪而过的速度了，也就失去了Flash的众多特性了。
2. MLC，Multi
Level Cell：
与SLC相对应，就是单个存储单元，可以存储多个位，比如2位，4位等。其实现机制，说起来比较简单，就是，通过控制内部电荷的多少，分成多个阈值，通过控制里面的电荷多少，而达到我们所需要的存储成不同的数据。比如，假设输入电压是Vin＝4V（实际没有这样的电压，此处只是为了举例方便），那么，可以设计出2的2次方＝4个阈值， 1/4的Vin＝1V，2/4的Vin＝2V，3/4的Vin＝3V，Vin＝4V，分别表示2位数据00，01，10，11，对于写入数据，就是充电，通过控制内部的电荷的多少，对应表示不同的数据。
对于读取，则是通过对应的内部的电流（与Vth成反比），然后通过一系列解码电路完成读取，解析出所存储的数据。这些具体的物理实现，都是有足够精确的设备和技术，才能实现精确的数据写入和读出的。
单个存储单元可以存储2位数据的，称作2的2次方＝4
Level Cell，而不是2 Level Cell，这点，之前差点搞晕了。。。，同理，对于新出的单个存储单元可以存储4位数据的，称作 2的4次方＝16
Level Cell。
【关于如何识别SLC还是MLC】
Nand Flash设计中，有个命令叫做Read ID，读取ID，意思是读取芯片的ID，就像大家的身份证一样，这里读取的ID中，是读取好几个字节，一般最少是4个，新的芯片，支持5个甚至更多，从这些字节中，可以解析出很多相关的信息，比如此Nand
Flash内部是几个芯片（chip）所组成的，每个chip包含了几片（Plane），每一片中的页大小，块大小，等等。在这些信息中，其中有一个，就是识别此flash是SLC还是MLC。下面这个就是最常见的Nand
Flash的datasheet中所规定的，第3个字节，3rd
byte，所表示的信息，其中就有SLC/MLC的识别信息：
| Description | I/O7 | I/O6 | I/O5 I/O4 | I/O3 I/O2 | I/O1 I/O0 | |
| Internal Chip Number | 1 2 4 8 | 0 0 0 1 1 0 1 1 | ||||
| Cell Type | 2 Level Cell 4 Level Cell 8 Level Cell 16 Level Cell | 0 0 0 1 1 0 1 1 | ||||
| Number of Simultaneously Programmed Pages | 1 2 4 8 | 0 0 0 1 1 0 1 1 | ||||
| Interleave Program Between multiple chips | Not Support Support | 0 1 | ||||
| Cache Program | Not Support Support | 0 1 |
【Nand Flash的物理存储单元的阵列组织结构】
Nand flash的内部组织结构，此处还是用图来解释，比较容易理解：
图2.Nand Flash物理存储单元的阵列组织结构
上图是K9K8G08U0A的datasheet中的描述。
简单解释就是:
1.一个nand flash由很多个块（Block）组成，块的大小一般是128KB，256KB，512KB，此处是128KB。
2.每个块里面又包含了很多页（page）。每个页的大小，对于现在常见的nand
flash多数是2KB，更新的nand flash是4KB，这类的，页大小大于2KB的nand
flash，被称作big block，对应的发读写命令地址，一共5个周期(cycle)，而老的nand
flash，页大小是256B，512B，这类的nand
flash被称作small block，。地址周期只有4个。
而块，也是Nand Flash的擦除操作的基本/最小单位。
3.每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域（redundant
area），而Linux系统中，一般叫做OOB（Out
Of Band），这个区域，是最初基于Nand Flash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(Error
Detection Code)/ECC（Error Code Correction, 或者 Error
Checking and Correcting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。
页是Nand Flash的写入操作的基本/最小的单位。
【Nand Flash数据存储单元的整体架构】
简单说就是，常见的nand flash，内部只有一个chip，每个chip只有一个plane。
而有些复杂的，容量更大的nand flash，内部有多个chip，每个chip有多个plane。这类的nand
flash，往往也有更加高级的功能，比如下面要介绍的Multi Plane Program和Interleave
Page Program等。
比如，型号为K9K8G08U0A这个芯片（chip），内部有两个K9F4G08U0A，每个K9F4G08U0A包含了2个Plane，每个Plane是1Gb，所以K9F4G08U0A的大小是1Gb×2＝2Gb＝256MB，因此，K9K8G08U0A内部有2个K9F4G08U0A，即4个Plane，总大小是4×256MB＝1GB。
而型号是K9WAG08U1A的nand flash，内部包含了2个K9K8G08U0A，所以，总容量是K9K8G08U0A的两倍＝1GB×2＝2GB，类似地K9NBG08U5A，内部包含了4个K9K8G08U0A，总大小就是4×1GB＝4GB。
【Flash名称的由来】
Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此相对应的是其他很多存储设备，是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送一个擦除命令后，一次性地将一个block，常见的块的大小是128KB/256KB。。，全部擦除为1，也就是里面的内容全部都是0xFF了，由于是一下子就擦除了，相对来说，擦除用的时间很短，可以用一闪而过来形容，所以，叫做Flash
Memory。中文有的翻译为 （快速）闪存。
【Flash相对于普通设备的特殊性】
1. 上面提到过的，Flash最小操作单位，有些特殊。
一般设备，比如硬盘/内存，读取和写入都是以bit位为单位，读取一个bit的值，将某个值写入对应的地址的位，都是可以按位操作的。
但是Flash由于物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0，这点，可以从前面的内部实现机制了解到，只是方便统一充电，不方便单独的存储单元去放电，所以才说，只能从1变成0，也就是释放电荷。
所以，总结一下Flash的特殊性如下：
| 普通设备(硬盘/内存等) | Flash | |
| 读取/写入的叫法 | 读取/写入 | 读取/编程(Program)① |
| 读取/写入的最小单位 | Bit/位 | Page/页 |
| 擦除(Erase)操作的最小单位 | Bit/位 | Block/块 ② |
| 擦除操作的含义 | 将数据删除/全部写入0 | 将整个块都擦除成全是1，也就是里面的数据都是0xFF ③ |
| 对于写操作 | 直接写即可 | 在写数据之前，要先擦除，然后再写 |
注：
① 之所以将写操作叫做编程，是因为，flash 和之前的EPROM，EEPROM继承发展而来，而之前的EEPROM(Electrically
Erasable Programmable Read-Only Memory)，往里面写入数据，就叫做编程Program，之所以这么称呼，是因为其对数据的写入，是需要用电去擦除/写入的，就叫做编程。
② 对于目前常见的页大小是2K/4K的Nand
Flash，其块的大小有128KB/256KB/512KB等。而对于Nor
Flash，常见的块大小有64K/32K等。
③在写数据之前，要先擦除，内部就都变成0xFF了，然后才能写入数据，也就是将对应位由1变成0。
【Nand Flash引脚(Pin)的说明】
图3.Nand Flash引脚功能说明
上图是常见的Nand Flash所拥有的引脚（Pin）所对应的功能，简单翻译如下：
1. I/O0 ~ I/O7：用于输入地址/数据/命令，输出数据
2. CLE：Command
Latch Enable，命令锁存使能，在输入命令之前，要先在模式寄存器中，设置CLE使能
3. ALE：Address
Latch Enable，地址锁存使能，在输入地址之前，要先在模式寄存器中，设置ALE使能
4. CE#：Chip Enable，芯片使能，在操作Nand
Flash之前，要先选中此芯片，才能操作
5. RE#：Read Enable，读使能，在读取数据之前，要先使CE＃有效。
6. WE#：Write Enable，写使能, 在写取数据之前，要先使WE＃有效。
7. WP#：Write Protect，写保护
8. R/B#:Ready/Busy Output,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是否完成,忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成.
9. Vcc：Power，电源
10. Vss：Ground，接地
11. N.C：Non-Connection,未定义，未连接。
[小常识]
在数据手册中，你常会看到，对于一个引脚定义，有些字母上面带一横杠的，那是说明此引脚/信号是低电平有效，比如你上面看到的RE头上有个横线，就是说明，此RE是低电平有效，此外，为了书写方便，在字母后面加“＃”，也是表示低电平有效，比如我上面写的CE＃；如果字母头上啥都没有，就是默认的高电平有效，比如上面的CLE，就是高电平有效。
【为何需要ALE和CLE】
突然想明白了，Nand Flash中, 为何设计这么多的命令,把整个系统搞这么复杂的原因了:
比如命令锁存使能(Command Latch Enable,CLE) 和 地址锁存使能(Address
Latch Enable，ALE)，那是因为，Nand Flash就8个I/O，而且是复用的，也就是，可以传数据，也可以传地址，也可以传命令，为了区分你当前传入的到底是啥，所以，先要用发一个CLE（或ALE）命令，告诉nand
Flash的控制器一声，我下面要传的是命令（或地址），这样，里面才能根据传入的内容，进行对应的动作。否则,nand flash内部,怎么知道你传入的是数据,还是地址,还是命令啊,也就无法实现正确的操作了.
【Nand Flash只有8个I/O引脚的好处】
1. 减少外围引脚：相对于并口(Parellel)的Nor
Flash的48或52个引脚来说，的确是大大减小了引脚数目，这样封装后的芯片体积，就小很多。现在芯片在向体积更小，功能更强，功耗更低发展，减小芯片体积，就是很大的优势。同时，减少芯片接口，也意味着使用此芯片的相关的外围电路会更简化，避免了繁琐的硬件连线。
2. 提高系统的可扩展性，因为没有像其他设备一样用物理大小对应的完全数目的addr引脚，在芯片内部换了芯片的大小等的改动，对于用全部的地址addr的引脚，那么就会引起这些引脚数目的增加，比如容量扩大一倍，地址空间/寻址空间扩大一倍，所以，地址线数目/addr引脚数目，就要多加一个，而对于统一用8个I/O的引脚的Nand
Flash，由于对外提供的都是统一的8个引脚，内部的芯片大小的变化或者其他的变化，对于外部使用者(比如编写nand
flash驱动的人)来说，不需要关心，只是保证新的芯片，还是遵循同样的接口，同样的时序，同样的命令，就可以了。这样就提高了系统的扩展性。
【Nand flash的一些典型(typical)特性】
1.页擦除时间是200us，有些慢的有800us。
2.块擦除时间是1.5ms.
3.页数据读取到数据寄存器的时间一般是20us。
4.串行访问（Serial access）读取一个数据的时间是25ns，而一些旧的nand
flash是30ns，甚至是50ns。
5.输入输出端口是地址和数据以及命令一起multiplex复用的。
以前老的Nand Flash，编程/擦除时间比较短，比如K9G8G08U0M，才5K次，而后来很多6.nand
flash的编程/擦除的寿命，最多允许的次数，以前的nand
flash多数是10K次，也就是1万次，而现在很多新的nand
flash，技术提高了，比如，Micron的MT29F1GxxABB，Numonyx的 NAND04G-B2D/NAND08G-BxC，都可以达到100K，也就是10万次的编程/擦除。和之前常见的Nor
Flash达到同样的使用寿命了。
7.48引脚的TSOP1封装 或 52引脚的ULGA封装
【Nand Flash中的特殊硬件结构】
由于nand flash相对其他常见设备来说，比较特殊，所以，特殊的设备，也有特殊的设计，所以，有些特殊的硬件特性，就有比较解释一下：
1. 页寄存器（Page Register）：由于Nand
Flash读取和编程操作来说，一般最小单位是页，所以，nand flash在硬件设计时候，就考虑到这一特性，对于每一片，都有一个对应的区域，专门用于存放，将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的，一页的数据，这个数据缓存区，本质上就是一个buffer，但是只是名字叫法不同，datasheet里面叫做Page
Register，此处翻译为 页寄存器，实际理解为页缓存，更为恰当些。而正是因为有些人不了解此内部结构，才容易产生之前遇到的某人的误解，以为内存里面的数据，通过Nand
Flash的FIFO，写入到Nand Flash里面去，就以为立刻实现了实际数据写入到物理存储单元中了。而实际上，只是写到了这个页缓存中，只有等你发了对应的编程第二阶段的确认命令0x10之后，实际的编程动作才开始，才开始把页缓存中的数据，一点点写到物理存储单元中去。
所以，简单总结一下就是，对于数据的流向，实际是经过了如下步骤：
图4 Nand Flash读写时的数据流向
【Nand Flash中的坏块(Bad
Block)】
Nand Flash中，一个块中含有1个或多个位是坏的，就成为其为坏块。
坏块的稳定性是无法保证的，也就是说，不能保证你写入的数据是对的，或者写入对了，读出来也不一定对的。而正常的块，肯定是写入读出都是正常的。
坏块有两种：
（1）一种是出厂的时候，也就是，你买到的新的，还没用过的Nand
Flash，就可以包含了坏块。此类出厂时就有的坏块，被称作factory (masked)bad block或initial
bad/invalid block，在出厂之前，就会做对应的标记，标为坏块。
具体标记的地方是，对于现在常见的页大小为2K的Nand
Flash，是块中第一个页的oob起始位置（关于什么是页和oob，下面会有详细解释）的第1个字节（旧的小页面，pagesize是512B甚至256B的nand
flash，坏块标记是第6个字节），如果不是0xFF，就说明是坏块。相对应的是，所有正常的块，好的块，里面所有数据都是0xFF的。
（2）第二类叫做在使用过程中产生的，由于使用过程时间长了，在擦块除的时候，出错了，说明此块坏了，也要在程序运行过程中，发现，并且标记成坏块的。具体标记的位置，和上面一样。这类块叫做worn-out
bad block。
对于坏块的管理，在Linux系统中，叫做坏块管理（BBM，Bad
Block Managment），对应的会有一个表去记录好块，坏块的信息，以及坏块是出厂就有的，还是后来使用产生的，这个表叫做坏块表（BBT，Bad
Block Table）。在Linux 内核MTD架构下的Nand
Flash驱动，和Uboot中Nand Flash驱动中，在加载完驱动之后，如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描的话，那么都会去主动扫描坏块，建立必要的BBT的，以备后面坏块管理所使用。
而关于好块和坏块，Nand Flash在出厂的时候，会做出保证：
1.关于好的，可以使用的块的数目达到一定的数目，比如三星的K9G8G08U0M，整个flash一共有4096个块，出厂的时候，保证好的块至少大于3996个，也就是意思是，你新买到这个型号的nand
flash，最坏的可能， 有3096－3996＝100个坏块。不过，事实上，现在出厂时的坏块，比较少，绝大多数，都是使用时间长了，在使用过程中出现的。
2.保证第一个块是好的，并且一般相对来说比较耐用。做此保证的主要原因是，很多Nand
Flash坏块管理方法中，就是将第一个块，用来存储上面提到的BBT，否则，都是出错几率一样的块，那么也就不太好管理了，连放BBT的地方，都不好找了，^_^。
一般来说，不同型号的Nand Flash的数据手册中，也会提到，自己的这个nand
flash，最多允许多少个坏块。就比如上面提到的，三星的K9G8G08U0M，最多有100个坏块。
对于坏块的标记，本质上，也只是对应的flash上的某些字节的数据是非0xFF而已，所以，只要是数据，就是可以读取和写入的。也就意味着，可以写入其他值，也就把这个坏块标记信息破坏了。对于出厂时的坏块，一般是不建议将标记好的信息擦除掉的。
uboot中有个命令是“nand scrub”就可以将块中所有的内容都擦除了，包括坏块标记，不论是出厂时的，还是后来使用过程中出现而新标记的。一般来说，不建议用这个。不过，我倒是经常用，其实也没啥大碍，呵呵。
最好用“nand erase”只擦除好的块，对于已经标记坏块的块，不擦除。
【nand Flash中页的访问顺序】
在一个块内，对每一个页进行编程的话，必须是顺序的，而不能是随机的。比如，一个块中有128个页，那么你只能先对page0编程，再对page1编程，。。。。，而不能随机的，比如先对page3，再page1，page2.，page0，page4，.。。。
【片选无关(CE
don’t-care)技术】
很多Nand flash支持一个叫做CE
don’t-care的技术，字面意思就是，不关心是否片选，
那有人会问了，如果不片选，那还能对其操作吗？答案就是，这个技术，主要用在当时是不需要选中芯片却还可以继续操作的这些情况：在某些应用，比如录音，音频播放等应用，中，外部使用的微秒（us）级的时钟周期，此处假设是比较少的2us，在进行读取一页或者对页编程时，是对Nand
Flash操作，这样的串行（Serial Access）访问的周期都是20/30/50ns，都是纳秒（ns）级的，此处假设是50ns，当你已经发了对应的读或写的命令之后，接下来只是需要Nand
Flash内部去自己操作，将数据读取除了或写入进去到内部的数据寄存器中而已，此处，如果可以把片选取消，CE#是低电平有效，取消片选就是拉高电平，这样会在下一个外部命令发送过来之前，即微秒量级的时间里面，即2us－50ns≈2us，这段时间的取消片选，可以降低很少的系统功耗，但是多次的操作，就可以在很大程度上降低整体的功耗了。
总结起来简单解释就是：由于某些外部应用的频率比较低，而Nand Flash内部操作速度比较快，所以具体读写操作的大部分时间里面，都是在等待外部命令的输入，同时却选中芯片，产生了多余的功耗，此“不关心片选”技术，就是在Nand
Flash的内部的相对快速的操作（读或写）完成之后，就取消片选，以节省系统功耗。待下次外部命令/数据/地址输入来的时候，再选中芯片，即可正常继续操作了。这样，整体上，就可以大大降低系统功耗了。
注:Nand Flash的片选与否，功耗差别会有很大。如果数据没有记错的话，我之前遇到我们系统里面的nand
flash的片选，大概有5个mA的电流输出呢，要知道，整个系统优化之后的待机功耗，也才10个mA左右的。
【带EDC的拷回操作以及Sector的定义（Copy-Back
Operation with EDC & Sector Definition for EDC）】
Copy-Back功能，简单的说就是，将一个页的数据，拷贝到另一个页。
如果没有Copy-Back功能，那么正常的做法就是，先要将那个页的数据拷贝出来放到内存的数据buffer中，读出来之后，再用写命令将这页的数据，写到新的页里面。
而Copy-Back功能的好处在于，不需要用到外部的存储空间，不需要读出来放到外部的buffer里面，而是可以直接读取数据到内部的页寄存器（page
register）然后写到新的页里面去。而且，为了保证数据的正确，要硬件支持EDC（Error
Detection Code）的，否则，在数据的拷贝过程中，可能会出现错误，并且拷贝次数多了，可能会累积更多错误。
而对于错误检测来说，硬件一般支持的是512字节数据，对应有16字节用来存放校验产生的ECC数值，而这512字节一般叫做一个扇区。对于2K＋64字节大小的页来说，按照512字节分，分别叫做A，B，C，D区，而后面的64字节的oob区域，按照16字节一个区，分别叫做E，F，G，H区，对应存放A，B，C，D数据区的ECC的值。
Copy-Back编程的主要作用在于，去掉了数据串行读取出来，再串行写入进去的时间，所以，而这部分操作，是比较耗时的，所以此技术可以提高编程效率，提高系统整体性能。
【多片同时编程(Simultaneously Program Multi Plane)】
对于有些新出的Nand Flash，支持同时对多个片进行编程，比如上面提到的三星的K9K8G08U0A，内部包含4片(Plane)，分别叫做Plane0，Plane1，Plane2，Plane3。.由于硬件上，对于每一个Plane，都有对应的大小是2048+64=2112字节的页寄存器（Page
Register），使得同时支持多个Plane编程成为可能。 K9K8G08U0A支持同时对2个Plane进行编程。不过要注意的是，只能对Plane0和Plane1或者Plane2和Plane3，同时编程，而不支持Plane0和Plane2同时编程。
【交错页编程（Interleave Page Program）】
多片同时编程，是针对一个chip里面的多个Plane来说的，
而此处的交错页编程，是指对多个chip而言的。
可以先对一个chip，假设叫chip1，里面的一页进行编程，然后此时，chip1内部就开始将数据一点点写到页里面，就出于忙的状态了，而此时可以利用这个时间，对出于就绪状态的chip2，也进行页编程，发送对应的命令后，chip2内部也就开始慢慢的写数据到存储单元里面去了，也出于忙的状态了。此时，再去检查chip1，如果编程完成了，就可以开始下一页的编程了，然后发完命令后，就让其内部慢慢的编程吧，再去检查chip2，如果也是编程完了，也就可以进行接下来的其他页的编程了。如此，交互操作chip1和chip2，就可以有效地利用时间，使得整体编程效率提高近2倍，大大提高nand
flash的编程/擦写速度了。
【随机输出页内数据（Random Data Output In a Page）】
在介绍此特性之前，先要说说，与Random Data Output In a Page相对应的是，普通的，正常的，sequential
data output in a page。
正常情况下，我们读取数据，都是先发读命令，然后等待数据从存储单元到内部的页数据寄存器中后，我们通过不断地将RE#(Read Enale，低电平有效)置低，然后从我们开始传入的列的起始地址，一点点读出我们要的数据，直到页的末尾，当然有可能还没到页地址的末尾，就不再读了。所谓的顺序（sequential）读取也就是，根据你之前发送的列地址的起始地址开始，每读一个字节的数据出来，内部的数据指针就加1，移到下个字节的地址，然后你再读下一个字节数据，就可以读出来你要的数据了，直到读取全部的数据出来为止。
而此处的随机（random）读取，就是在你正常的顺序读取的过程中，先发一个随机读取的开始命令0x05命令，再传入你要将内部那个数据指针定位到具体什么地址，也就是2个cycle的列地址，然后再发随机读取结束命令0xE0，然后，内部那个数据地址指针，就会移动到你所制定的位置了，你接下来再读取的数据，就是从那个制定地址开始的数据了。
而nand flash数据手册里面也说了，这样的随机读取，你可以多次操作，没限制的。
请注意，上面你所传入的地址，都是列地址，也就是页内地址，也就是说，对于页大小为2K的nand
flash来说，所传入的地址，应该是小于2048+64＝2112的。
不过，实际在nand flash的使用中，好像这种用法很少的。绝大多数，都是顺序读取数据。
【页编程】
Nand flash的写操作叫做编程Program，编程，一般情况下，是以页为单位的。
有的Nand Flash，比如K9K8G08U0A，支持部分页编程，但是有一些限制：在同一个页内的，连续的部分页的编程，不能超过4此。一般情况下，很少使用到部分页编程，都是以页为单位进行编程操作的。
一个操作，用两个命令去实现，看起来是多余，效率不高，但是实际上，有其特殊考虑，
至少对于块擦除来说，开始的命令0x60是擦除设置命令(erase
setup comman)，然后传入要擦除的块地址，然后再传入擦除确认命令（erase confirm command）0xD0，以开始擦除的操作。
这种，分两步：开始设置，最后确认的命令方式，是为了避免由于外部由于无意的/未预料而产生的噪音，比如，由于某种噪音，而产生了0x60命令，此时，即使被nand
flash误认为是擦除操作，但是没有之后的确认操作0xD0，nand
flash就不会去擦除数据，这样使得数据更安全，不会由于噪音而误操作。
【读（read）操作过程详解】
以最简单的read操作为例，解释如何理解时序图，以及将时序图
中的要求，转化为代码。
解释时序图之前，让我们先要搞清楚，我们要做的事情：那就是，要从nand flash的某个页里面，读取我们要的数据。
要实现此功能，会涉及到几部分的知识，至少很容易想到的就是：需要用到哪些命令，怎么发这些命令，怎么计算所需要的地址，怎么读取我们要的数据等等。
下面，就一步步的解释，需要做什么，以及如何去做：
1.需要使用何种命令
首先，是要了解，对于读取数据，要用什么命令。
下面是datasheet中的命令集合：
图5.Nand Flash K9K8G08U0A的命令集合
很容易看出，我们要读取数据，要用到Read命令，该命令需要2个周期，第一个周期发0x00，第二个周期发0x30。
2.发送命令前的准备工作以及时序图各个信号的具体含义
知道了用何命令后，再去了解如何发送这些命令。
[小常识]
在开始解释前，多罗嗦一下”使能”这个词，以便有些读者和我以前一样，在听这类虽然对于某些专业人士说是属于最基本的词汇了，但是对于初次接触，或者接触不多的人来说，听多了，容易被搞得一头雾水：使能（Enable），是指使其（某个信号）有效，使其生效的意思，“使其”“能够”怎么怎么样。。。。比如，上面图中的CLE线号，是高电平有效，如果此时将其设为高电平，我们就叫做，将CLE使能，也就是使其生效的意思。
图6.Nand Flash数据读取操作的时序图
注：此图来自三星的型号K9K8G08U0A的nand flash的数据手册(datasheet)。
我们来一起看看，我在图6中的特意标注的①边上的黄色竖线。
黄色竖线所处的时刻，是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。
让我们看看，在那一刻，其所穿过好几行都对应什么值，以及进一步理解，为何要那个值。
（1）黄色竖线穿过的第一行，是CLE。还记得前面介绍命令所存使能（CLE）那个引脚吧？CLE，将CLE置1，就说明你将要通过I/O复用端口发送进入Nand
Flash的，是命令，而不是地址或者其他类型的数据。只有这样将CLE置1，使其有效，才能去通知了内部硬件逻辑，你接下来将收到的是命令，内部硬件逻辑，才会将受到的命令，放到命令寄存器中，才能实现后面正确的操作，否则，不去将CLE置1使其有效，硬件会无所适从，不知道你传入的到底是数据还是命令了。
（2）而第二行，是CE#，那一刻的值是0。这个道理很简单，你既然要向Nand
Flash发命令，那么先要选中它，所以，要保证CE#为低电平，使其有效，也就是片选有效。
（3）第三行是WE#，意思是写使能。因为接下来是往nand
Flash里面写命令，所以，要使得WE#有效，所以设为低电平。
（4）第四行，是ALE是低电平，而ALE是高电平有效，此时意思就是使其无效。而对应地，前面介绍的，使CLE有效，因为将要数据的是命令，而不是地址。如果在其他某些场合，比如接下来的要输入地址的时候，就要使其有效，而使CLE无效了。
（5）第五行，RE#，此时是高电平，无效。可以看到，知道后面低6阶段，才变成低电平，才有效，因为那时候，要发生读取命令，去读取数据。
（6）第六行，就是我们重点要介绍的，复用的输入输出I/O端口了，此刻，还没有输入数据，接下来，在不同的阶段，会输入或输出不同的数据/地址。
（7）第七行，R/B#,高电平，表示R（Ready）/就绪，因为到了后面的第5阶段，硬件内部，在第四阶段，接受了外界的读取命令后，把该页的数据一点点送到页寄存器中，这段时间，属于系统在忙着干活，属于忙的阶段，所以，R/B#才变成低，表示Busy忙的状态的。
介绍了时刻①的各个信号的值，以及为何是这个值之后，相信，后面的各个时刻，对应的不同信号的各个值，大家就会自己慢慢分析了，也就容易理解具体的操作顺序和原理了。
3.如何计算出，我们要传入的地址
在介绍具体读取数据的详细流程之前，还要做一件事，那就是，先要搞懂我们要访问的地址，以及这些地址，如何分解后，一点点传入进去，使得硬件能识别才行。
此处还是以K9K8G08U0A为例，此nand flash，一共有8192个块，每个块内有64页，每个页是2K+64
Bytes，假设，我们要访问其中的第7000个块中的第25页中的1208字节处的地址，此时，我们就要先把具体的地址算出来：
物理地址=块大小×块号+页大小×页号+页内地址=7000×128K+64×2K+1208=0x36B204B8,接下来，我们就看看，怎么才能把这个实际的物理地址，转化为nand
Flash所要求的格式。
在解释地址组成之前，先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍：
图7 Nand Flash的地址周期组成
结合图7和图5中的2，3阶段，我们可以看出，此nand
flash地址周期共有5个，2个列(Column)周期，3个行（Row）周期。而对于对应地，我们可以看出，实际上，列地址A0~A10，就是页内地址，地址范围是从0到2047，而对出的A11，理论上可以表示2048～4095，但是实际上，我们最多也只用到了2048～2011，用于表示页内的oob区域，其大小是64字节。
对应地，A12～A30，称作页号，页的号码，可以定位到具体是哪一个页。而其中，A18～A30，表示对应的块号，即属于哪个块。
简单解释完了地址组成，那么就很容易分析上面例子中的地址了：
0x36B204B8 = 0011 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000，分别分配到5个地址周期就是：
1st 周期，A7～A0 ：1011
1000 = 0x B8
2nd周期，A11～A8 ：0000
0100 = 0x04
3rd周期，A19～A12 ：0010
0000 = 0x20
4th周期，A27～A20 ：0110
1011 = 0x6B
5th周期，A30～A28 ：0000
0011 = 0x03
注意，与图7中对应的，*L，意思是地电平，由于未用到那些位，datasheet中强制要求设为0，所以，才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是类似原理，都是0。
因此，接下来要介绍的，我们要访问第7000个块中的第25页中的1208字节处的话，所要传入的地址就是分5个周期，分别传入两个列地址的：0xB8，0x04，然后再传3个行地址的：0x20，0x6B，0x03，这样硬件才能识别。
4.读操作过程的解释
准备工作终于完了，下面就可以开始解释说明，对于读操作的，上面图中标出来的，1-6个阶段，具体是什么含义。
（1） 操作准备阶段：此处是读（Read）操作，所以，先发一个图5中读命令的第一个阶段的0x00,表示，让硬件先准备一下，接下来的操作是读。
（2） 发送两个周期的列地址。也就是页内地址，表示，我要从一个页的什么位置开始读取数据。
（3） 接下来再传入三个行地址。对应的也就是页号。
（4） 然后再发一个读操作的第二个周期的命令0x30。接下来，就是硬件内部自己的事情了。
（5） Nand Flash内部硬件逻辑，负责去按照你的要求，根据传入的地址，找到哪个块中的哪个页，然后把整个这一页的数据，都一点点搬运到页缓存中去。而在此期间，你所能做的事，也就只需要去读取状态寄存器，看看对应的位的值，也就是R/B#那一位，是1还是0，0的话，就表示，系统是busy，仍在”忙“（着读取数据），如果是1，就说系统活干完了，忙清了，已经把整个页的数据都搬运到页缓存里去了，你可以接下来读取你要的数据了。
对于这里。估计有人会问了，这一个页一共2048+64字节，如果我传入的页内地址，就像上面给的1208一类的值，只是想读取1028到2011这部分数据，而不是页开始的0地址整个页的数据，那么内部硬件却读取整个页的数据出来，岂不是很浪费吗？答案是，的确很浪费，效率看起来不高，但是实际就是这么做的，而且本身读取整个页的数据，相对时间并不长，而且读出来之后，内部数据指针会定位到你刚才所制定的1208的那个位置。
（6） 接下来，就是你“窃取“系统忙了半天之后的劳动成果的时候了，呵呵。通过先去Nand
Flash的控制器中的数据寄存器中写入你要读取多少个字节(byte)/字(word)，然后就可以去Nand
Flash的控制器的FIFO中，一点点读取你要的数据了。
至此，整个Nand Flash的读操作就完成了。
对于其他操作，可以根据我上面的分析，一点点自己去看datasheet，根据里面的时序图去分析具体的操作过程，然后对照代码，会更加清楚具体是如何实现的。
【Flash的类型】
Flash的类型主要分两种，nand flash和nor
flash。
除了网上最流行的这个解释之外：
NAND和NOR的比较
再多说几句：
1.nor的成本相对高，具体读写数据时候，不容易出错。总体上，比较适合应用于存储少量的代码。
2.Nand flash相对成本低。使用中数据读写容易出错，所以一般都需要有对应的软件或者硬件的数据校验算法，统称为ECC。由于相对来说，容量大，价格便宜，因此适合用来存储大量的数据。其在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘，用于存储大量数据。
所以，一个常见的应用组合就是，用小容量的Nor Flash存储启动代码，比如uboot，系统启动后,初始化对应的硬件，包括SDRAM等，然后将Nand
Flash上的Linux 内核读取到内存中，做好该做的事情后，就跳转到SDRAM中去执行内核了，然后内核解压（如果是压缩内核的话，否则就直接运行了）后，开始运行，在Linux内核启动最后，去Nand
Flash上，挂载根文件，比如jffs2，yaffs2等，挂载完成，运行初始化脚本，启动consle交互，才运行你通过console和内核交互。至此完成整个系统启动过程。
而Nor Flash就分别存放的是Uboot，Nand
Flash存放的是Linux的内核镜像和根文件系统，以及余下的空间分成一个数据区。
Nor flash，有类似于dram之类的地址总线，因此可以直接和CPU相连，CPU可以直接通过地址总线对nor
flash进行访问，而nand flash没有这类的总线，只有IO接口，只能通过IO接口发送命令和地址，对nand
flash内部数据进行访问。相比之下，nor flash就像是并行访问，nand
flash就是串行访问，所以相对来说，前者的速度更快些。
但是由于物理制程/制造方面的原因，导致nor 和nand在一些具体操作方面的特性不同：
| NOR | NAND | （备注） | |
| 接口 | 总线 | I/O接口 | 这个两者最大的区别 |
| 单个cell大小 | 大 | 小 | |
| 单个Cell成本 | 高 | 低 | |
| 读耗时 | 快 | 慢 | |
| 单字节的编程时间 | 快 | 慢 | |
| 多字节的编程时间 | 慢 | 快 | |
| 擦除时间 | 慢 | 快 | |
| 功耗 | 高 | 低，但是需要额外的RAM | |
| 是否可以执行代码 | 是 | 不行, 但是一些新的芯片，可以在第一页之外执行一些小的loader（1） | 即是否允许，芯片内执行(XIP, eXecute In Place) (2) |
| 位反转(Bit twiddling/bit flip) | 几乎无限制 | 1-4次，也称作 “部分页编程限制” | 也就是数据错误，0->1或1->0 |
| 在芯片出厂时候是否允许坏块 | 不允许 | 允许 |
1. 理论上是可以的，而且也是有人验证过可以的，只不过由于nand flash的物理特性，不能完全保证所读取的数据/代码是正确的，实际上，很少这么用而已。因为，如果真是要用到nand
flash做XIP，那么除了读出速度慢之外，还要保证有数据的校验，以保证读出来的，将要执行的代码/数据，是正确的。否则，系统很容易就跑飞了。。。
2. 芯片内执行(XIP,
eXecute In Place):
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html
【Nand Flash的种类】
具体再分，又可以分为
1)Bare NAND chips：裸片，单独的nand 芯片
2)SmartMediaCards： =裸片+一层薄塑料，常用于数码相机和MP3播放器中。之所以称smart，是由于其软件smart，而不是硬件本身有啥smart之处。^_^
3)DiskOnChip：裸片+glue logic，glue
logic=硬件ECC产生器+用于静态的nand 芯片控制的寄存器+直接访问一小片地址窗口，那块地址中包含了引导代码的stub桩，其可以从nand
flash中拷贝真正的引导代码。
【spare area/oob】
Nand由于最初硬件设计时候考虑到，额外的错误校验等需要空间，专门对应每个页，额外设计了叫做spare area空区域，在其他地方，比如jffs2文件系统中，也叫做oob（out
of band）数据。
其具体用途，总结起来有：
1. 标记是否是坏快
2. 存储ECC数据
3. 存储一些和文件系统相关的数据，如jffs2就会用到这些空间存储一些特定信息，yaffs2文件系统，会在oob中，存放很多和自己文件系统相关的信息。
2. 软件方面
如果想要在Linux下编写Nand Flash驱动，那么就先要搞清楚Linux下，关于此部分的整个框架。弄明白，系统是如何管理你的nand
flash的，以及，系统都帮你做了那些准备工作，而剩下的，驱动底层实现部分，你要去实现哪些功能，才能使得硬件正常工作起来。
【内存技术设备，MTD（Memory Technology Device）】
MTD，是Linux的存储设备中的一个子系统。其设计此系统的目的是，对于内存类的设备，提供一个抽象层，一个接口，使得对于硬件驱动设计者来说，可以尽量少的去关心存储格式，比如FTL，FFS2等，而只需要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就可以了。而对于数据对于上层使用者来说是如何表示的，硬件驱动设计者可以不关心，而MTD存储设备子系统都帮你做好了。
对于MTD字系统的好处，简单解释就是，他帮助你实现了，很多对于以前或者其他系统来说，本来也是你驱动设计者要去实现的很多功能。换句话说，有了MTD，使得你设计Nand
Flash的驱动，所要做的事情，要少很多很多，因为大部分工作，都由MTD帮你做好了。
当然，这个好处的一个“副作用”就是，使得我们不了解的人去理解整个Linux驱动架构，以及MTD，变得更加复杂。但是，总的说，觉得是利远远大于弊，否则，就不仅需要你理解，而且还是做更多的工作，实现更多的功能了。
此外，还有一个重要的原因，那就是，前面提到的nand flash和普通硬盘等设备的特殊性：
有限的通过出复用来实现输入输出命令和地址/数据等的IO接口，最小单位是页而不是常见的bit，写前需擦除等，导致了这类设备，不能像平常对待硬盘等操作一样去操作，只能采取一些特殊方法，这就诞生了MTD设备的统一抽象层。
MTD，将nand flash，nor
flash和其他类型的flash等设备，统一抽象成MTD设备来管理，根据这些设备的特点，上层实现了常见的操作函数封装，底层具体的内部实现，就需要驱动设计者自己来实现了。具体的内部硬件设备的读/写/擦除函数，那就是你必须实现的了。
| HARD drives | MTD device |
| 连续的扇区 | 连续的可擦除块 |
| 扇区都很小(512B,1024B) | 可擦除块比较大 (32KB,128KB) |
| 主要通过两个操作对其维护操作：读扇区，写扇区 | 主要通过三个操作对其维护操作：从擦除块中读，写入擦除块，擦写可擦除块 |
| 坏快被重新映射，并且被硬件隐藏起来了（至少是在如今常见的LBA硬盘设备中是如此） | 坏的可擦除块没有被隐藏，软件中要处理对应的坏块问题。 |
| HDD扇区没有擦写寿命超出的问题。 | 可擦除块是有擦除次数限制的，大概是104-105次. |
多说一句，关于MTD更多的内容，感兴趣的，去附录中的MTD的主页去看。
关于mtd设备驱动，感兴趣的可以去参考
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话-续
那里，算是比较详细地介绍了整个流程，方便大家理解整个mtd框架和nand flash驱动。
【Nand flash驱动工作原理】
在介绍具体如何写Nand Flash驱动之前，我们先要了解，大概的，整个系统，和Nand
Flash相关的部分的驱动工作流程，这样，对于后面的驱动实现，才能更加清楚机制，才更容易实现，否则就是，即使写完了代码，也还是没搞懂系统是如何工作的了。
让我们以最常见的，Linux内核中已经有的三星的Nand Flash驱动，来解释Nand
Flash驱动具体流程和原理。
此处是参考2.6.29版本的Linux源码中的\drivers\mtd\nand\s3c2410.c，以2410为例。
1. 在nand flash驱动加载后，第一步，就是去调用对应的init函数，s3c2410_nand_init,去将在nand
flash驱动注册到Linux驱动框架中。
2. 驱动本身，真正开始，是从probe函数，s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,
在probe过程中，去用clk_enable打开nand
flash控制器的clock时钟，用request_mem_region去申请驱动所需要的一些内存等相关资源。然后，在s3c2410_nand_inithw中，去初始化硬件相关的部分，主要是关于时钟频率的计算，以及启用nand
flash控制器，使得硬件初始化好了，后面才能正常工作。
3. 需要多解释一下的，是这部分代码：
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n", setno, nmtd, info);
/* 调用init chip去挂载你的nand 驱动的底层函数到nand
flash的结构体中，以及设置对应的ecc mode，挂载ecc相关的函数 */
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
/* scan_ident，扫描nand 设备，设置nand
flash的默认函数，获得物理设备的具体型号以及对应各个特性参数，这部分算出来的一些值，对于nand flash来说，是最主要的参数，比如nand
falsh的芯片的大小，块大小，页大小等。 */
nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);
/* scan tail，从名字就可以看出来，是扫描的后一阶段，此时，经过前面的scan_ident，我们已经获得对应nand
flash的硬件的各个参数，然后就可以在scan tail中，根据这些参数，去设置其他一些重要参数，尤其是ecc的layout，即ecc是如何在oob中摆放的，最后，再去进行一些初始化操作，主要是根据你的驱动，如果没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。 */
nand_scan_tail(&nmtd->mtd);
/* add partion，根据你的nand
flash的分区设置，去分区 */
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
4. 等所有的参数都计算好了，函数都挂载完毕，系统就可以正常工作了。
上层访问你的nand falsh中的数据的时候，通过MTD层，一层层调用，最后调用到你所实现的那些底层访问硬件数据/缓存的函数中。
【Linux下nand
flash驱动编写步骤简介】
关于上面提到的，在nand_scan_tail的时候，系统会根据你的驱动，如果没有实现一些函数的话，那么就用系统默认的。如果实现了自己的函数，就用你的。
估计很多人就会问了，那么到底我要实现哪些函数呢，而又有哪些是可以不实现，用系统默认的就可以了呢。
此问题的，就是我们下面要介绍的，也就是，你要实现的，你的驱动最少要做哪些工作，才能使整个nand flash工作起来。
1. 对于驱动框架部分
其实，要了解，关于驱动框架部分，你所要做的事情的话，只要看看三星的整个nand flash驱动中的这个结构体，就差不多了：
static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {
.probe = s3c2410_nand_probe,
.remove = s3c2410_nand_remove,
.suspend = s3c24xx_nand_suspend,
.resume = s3c24xx_nand_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
};
对于上面这个结构体，没多少要解释的。从名字，就能看出来：
（1）probe就是系统“探测”，就是前面解释的整个过程，这个过程中的多数步骤，都是和你自己的nand
flash相关的，尤其是那些硬件初始化部分，是你必须要自己实现的。
（2）remove，就是和probe对应的，“反初始化”相关的动作。主要是释放系统相关资源和关闭硬件的时钟等常见操作了。
(3)suspend和resume，对于很多没用到电源管理的情况下，至少对于我们刚开始写基本的驱动的时候，可以不用关心，放个空函数即可。
2. 对于nand
flash底层操作实现部分
而对于底层硬件操作的有些函数，总体上说，都可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到：
static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
void __iomem *regs = info->regs;
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
/* nand flash控制器中，一般都有对应的数据寄存器，用于给你往里面写数据，表示将要读取或写入多少个字节(byte,u8)/字(word,u32) ，所以，此处，你要给出地址，以便后面的操作所使用 */
chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;
info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;
info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;
chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;
break;
。。。。。。
}
chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;
/* 此处，多数情况下，你所用的Nand Flash的控制器，都是支持硬件ECC的，所以，此处设置硬件ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，而如果此处不用硬件去做的ECC的话，那么下面也会去设置成NAND_ECC_SOFT，系统会用默认的软件去做ECC校验，相比之下，比硬件ECC的效率就低很多，而你的nand
flash的读写，也会相应地要慢不少*/
chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
break;
。。。。。
}
} else {
chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;
}
if (set->ecc_layout != NULL)
chip->ecc.layout = set->ecc_layout;
if (set->disable_ecc)
chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;
}
而我们要实现的底层函数，也就是上面蓝色标出来的一些函数而已：
（1）s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf：这是两个最基本的操作函数，其功能，就是往你的nand
flash的控制器中的FIFO读写数据。一般情况下，是MTD上层的操作，比如要读取一页的数据，那么在发送完相关的读命令和等待时间之后，就会调用到你底层的read_buf，去nand
Flash的FIFO中，一点点把我们要的数据，读取出来，放到我们制定的内存的缓存中去。写操作也是类似，将我们内存中的数据，写到Nand
Flash的FIFO中去。具体的数据流向，参考上面的图4。
（2）s3c2410_nand_select_chip ： 实现Nand
Flash的片选。
（3）s3c2410_nand_hwcontrol：给底层发送命令或地址，或者设置具体操作的模式，都是通过此函数。
（4）s3c2410_nand_devready：Nand
Flash的一些操作，比如读一页数据，写入（编程）一页数据，擦除一个块，都是需要一定时间的，在命发送完成后，就是硬件开始忙着工作的时候了，而硬件什么时候完成这些操作，什么时候不忙了，变就绪了，就是通过这个函数去检查状态的。一般具体实现都是去读硬件的一个状态寄存器，其中某一位是否是1，对应着是出于“就绪/不忙”还是“忙”的状态。这个寄存器，也就是我们前面分析时序图中的R/B#。
（5）s3c2410_nand_enable_hwecc： 在硬件支持的前提下，前面设置了硬件ECC的话，要实现这个函数，用于每次在读写操作前，通过设置对应的硬件寄存器的某些位，使得启用硬件ECC，这样在读写操作完成后，就可以去读取硬件校验产生出来的ECC数值了。
（6）s3c2410_nand_calculate_ecc：如果是上面提到的硬件ECC的话，就不用我们用软件去实现校验算法了，而是直接去读取硬件产生的ECC数值就可以了。
（7）s3c2410_nand_correct_data：当实际操作过程中，读取出来的数据所对应的硬件或软件计算出来的ECC，和从oob中读出来的ECC不一样的时候，就是说明数据有误了，就需要调用此函数去纠正错误。对于现在SLC常见的ECC算法来说，可以发现2位，纠正1位。如果错误大于1位，那么就无法纠正回来了。一般情况下，出错超过1位的，好像几率不大。至少我看到的不是很大。更复杂的情况和更加注重数据安全的情况下，一般是需要另外实现更高效和检错和纠错能力更强的ECC算法的。
当然，除了这些你必须实现的函数之外，在你更加熟悉整个框架之后，你可以根据你自己的nand flash的特点，去实现其他一些原先用系统默认但是效率不高的函数，而用自己的更高效率的函数替代他们，以提升你的nand
flash的整体性能和效率。
【引用文章】
1.Brief
Intro of Nand Flash
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/3f1635d1dc041cd7562c84a1.html
2. Samsung的型号为K9G8G08U0M的Nand
Flash的数据手册
要下载数据手册，可以去这里介绍的网站下载：
samsung 4K pagesize SLC Nand Flash K9F8G08U0M datasheet + 推荐一个datasheet搜索的网站
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/7f25a03def1de309bba167c8.html
3.Nand
Falsh Read Operation
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/f06db3546eced11a3b29356c.html
4. Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux.
http://www.linux-mtd.infradead.org/index.html
看了<<Linux MTD源代码分析>>后对以MTD的分层结构以及各层的分工情况有了大致的了解，然而各层之间是如何进行对话的呢，对于这个问题，<<Linux MTD源代码分析>>上没有详细的去说明。
小弟抽空研究了一下，打算从下到上，在从上到下，分两条主线来研究一下MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话(MTD原始设备与更上层的对话留待以后再研究)。
以下是第一部分，从下到上的介绍FLASH硬件驱动与MTD原始设备是如何建立联系的。
1、首先从入口函数开始：
static int s3c24xx_nand_probe(struct
device *dev, int is_s3c2440)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
struct s3c2410_platform_nand *plat = to_nand_plat(dev);
//获取nand
flash配置用结构体数据(dev.c中定义，详细见附录部分)
struct s3c2410_nand_info *info;
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd;
struct s3c2410_nand_set *sets;
struct resource *res;
int err = 0;
int size;
int nr_sets;
int setno;
pr_debug("s3c2410_nand_probe(%p)\n", dev);
info = kmalloc(sizeof(*info), GFP_KERNEL);
if (info == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "no memory for flash info\n");
err = -ENOMEM;
goto exit_error;
}
memzero(info, sizeof(*info));
dev_set_drvdata(dev, info); //以后有用
spin_lock_init(&info->controller.lock); //初始化自旋锁
init_waitqueue_head(&info->controller.wq); //初始化等待队列
/* get the clock source and enable it */
info->clk = clk_get(dev, "nand");
if (IS_ERR(info->clk)) {
printk(KERN_ERR PFX "failed to get clock");
err = -ENOENT;
goto exit_error;
}
clk_use(info->clk);
clk_enable(info->clk);
/* allocate and map the resource */
/* currently we assume we have the one resource */
res = pdev->resource; //提取dev.c中定义的与设备相关的资源
size = res->end - res->start + 1;
info->area = request_mem_region(res->start, size, pdev->name);
if (info->area == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "cannot reserve register region\n");
err = -ENOENT;
goto exit_error;
}
info->device = dev;
info->platform = plat; //保存好struct
s3c2410_platform_nand结构数据
info->regs = ioremap(res->start, size);//映射nand
flash用到的寄存器
info->is_s3c2440 = is_s3c2440;
if (info->regs == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "cannot reserve register region\n");
err = -EIO;
goto exit_error;
}
printk(KERN_INFO PFX "mapped registers at %p\n", info->regs);
/* initialise the hardware */
err = s3c2410_nand_inithw(info, dev);
//初始化s3c2410
nand flash控制，主要是配置S3C2410_NFCONF寄存器
if (err != 0)
goto exit_error;
sets = (plat != NULL) ? plat->sets : NULL;
nr_sets = (plat != NULL) ? plat->nr_sets : 1;
info->mtd_count = nr_sets;
//我的板上只有一块nand flash，配置信息见plat-sets，数目为1。
/* allocate our information */
size = nr_sets * sizeof(*info->mtds);
info->mtds = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
if (info->mtds == NULL) {
printk(KERN_ERR PFX "failed to allocate mtd storage\n");
err = -ENOMEM;
goto exit_error;
}
memzero(info->mtds, size);
/* initialise all possible chips */
nmtd = info->mtds;
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n",
setno, nmtd, info);
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
nmtd->scan_res = nand_scan(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);//为什么使用set->nr_chips(还没配置的东西)？
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
pr_debug("initialised ok\n");
return 0;
exit_error:
s3c2410_nand_remove(dev);
if (err == 0)
err = -EINVAL;
return err;
}
//初始化代表一片flash的struct nand_chip结构
static void s3c2410_nand_init_chip(struct
s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
chip->IO_ADDR_R = info->regs + S3C2410_NFDATA; //读地址
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFDATA; //写地址
chip->hwcontrol = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready; //ready状态查询
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf; //写函数
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf; //读函数
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip; //片选函数
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
if (info->is_s3c2440) {
chip->IO_ADDR_R = info->regs + S3C2440_NFDATA;
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2440_NFDATA;
chip->hwcontrol = s3c2440_nand_hwcontrol;
}
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
//nand_scan函数中会调用struct
nand_chip *this = mtd->priv取出该struct nand_chip结构
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->correct_data = s3c2410_nand_correct_data;
chip->enable_hwecc = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->calculate_ecc = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->eccmode = NAND_ECC_HW3_512;
chip->autooob = &nand_hw_eccoob;
if (info->is_s3c2440) {
chip->enable_hwecc = s3c2440_nand_enable_hwecc;
chip->calculate_ecc = s3c2440_nand_calculate_ecc;
}
} else {
chip->eccmode = NAND_ECC_SOFT; //ECC的类型
}
}
/* command and control functions
*
* Note, these all use tglx's method of changing the IO_ADDR_W field
* to make the code simpler, and use the nand layer's code to issue the
* command and address sequences via the proper IO ports.
*
*/
static void s3c2410_nand_hwcontrol(struct
mtd_info *mtd, int cmd)
{
struct s3c2410_nand_info *info = s3c2410_nand_mtd_toinfo(mtd);
struct nand_chip *chip = mtd->priv;
switch (cmd) {
case NAND_CTL_SETNCE:
case NAND_CTL_CLRNCE:
printk(KERN_ERR "%s: called for NCE\n", __FUNCTION__);
break;
case NAND_CTL_SETCLE:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFCMD;//写命令
break;
case NAND_CTL_SETALE:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFADDR;//写地址
break;
/* NAND_CTL_CLRCLE: */
/* NAND_CTL_CLRALE: */
default:
chip->IO_ADDR_W = info->regs + S3C2410_NFDATA;//写数据
break;
}
}
/* s3c2410_nand_devready()
*
* returns 0 if the nand is busy, 1 if it is ready
*/
static int s3c2410_nand_devready(struct
mtd_info *mtd)
{
struct s3c2410_nand_info *info = s3c2410_nand_mtd_toinfo(mtd);
if (info->is_s3c2440)
return readb(info->regs + S3C2440_NFSTAT) & S3C2440_NFSTAT_READY;
return readb(info->regs + S3C2410_NFSTAT) & S3C2410_NFSTAT_BUSY;//返回nand
flash都忙标志
}
static void s3c2410_nand_write_buf(struct
mtd_info *mtd,
const u_char *buf, int len)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
writesb(this->IO_ADDR_W, buf, len);//写操作
}
static void s3c2410_nand_read_buf(struct
mtd_info *mtd, u_char *buf, int len)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
readsb(this->IO_ADDR_R, buf, len);//读操作
}
/* select chip */
/*
* 根据chip都值设置nand
flash都片选信号:
* chip = -1 -- 禁用nand flash
* chip !=-1 -- 选择对应的nand flash
*/
static void s3c2410_nand_select_chip(struct
mtd_info *mtd, int chip)
{
struct s3c2410_nand_info *info;
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
void __iomem *reg;
unsigned long cur;
unsigned long bit;
nmtd = this->priv;
info = nmtd->info;
bit = (info->is_s3c2440) ? S3C2440_NFCONT_nFCE : S3C2410_NFCONF_nFCE;
reg = info->regs+((info->is_s3c2440) ? S3C2440_NFCONT:S3C2410_NFCONF);
cur = readl(reg);
if (chip == -1) {
cur |= bit;
} else {
if (nmtd->set != NULL && chip > nmtd->set->nr_chips) {
printk(KERN_ERR PFX "chip %d out of range\n", chip);
return;
}
if (info->platform != NULL) {
if (info->platform->select_chip != NULL)
(info->platform->select_chip)(nmtd->set, chip);
}
cur &= ~bit;
}
writel(cur, reg);
}
注：
s3c2410_nand_init_chip填充struct nand_chip的一部分成员，nand_scan以通用nand flash的标准进行检测，并填充struct nand_chip的其它成员，必要时根据检测结果进行取舍。
int nand_scan (struct
mtd_info *mtd, int maxchips)
{
int i, nand_maf_id, nand_dev_id, busw, maf_id;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
//取出struct nand_chip结构
/* Get buswidth to select the correct functions*/
busw = this->options & NAND_BUSWIDTH_16; //nand
flash的位宽
/* check for proper chip_delay setup, set 20us if not */
if (!this->chip_delay)
this->chip_delay = 20;
/* check, if a user supplied command function given */
if (this->cmdfunc == NULL) //填充命令函数
this->cmdfunc = nand_command;
/* check, if a user supplied wait function given */
if (this->waitfunc == NULL) //填充等待函数
this->waitfunc = nand_wait;
if (!this->select_chip) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->select_chip = nand_select_chip;
if (!this->write_byte) //使用默认的
this->write_byte = busw ? nand_write_byte16 : nand_write_byte;
if (!this->read_byte) //使用默认的
this->read_byte = busw ? nand_read_byte16 : nand_read_byte;
if (!this->write_word) //使用默认的
this->write_word = nand_write_word;
if (!this->read_word) //使用默认的
this->read_word = nand_read_word;
if (!this->block_bad) //使用默认的
this->block_bad = nand_block_bad;
if (!this->block_markbad) //使用默认的
this->block_markbad = nand_default_block_markbad;
if (!this->write_buf) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->write_buf = busw ? nand_write_buf16 : nand_write_buf;
if (!this->read_buf) //s3c2410_nand_init_chip中已定义
this->read_buf = busw ? nand_read_buf16 : nand_read_buf;
if (!this->verify_buf) //使用默认的
this->verify_buf = busw ? nand_verify_buf16 : nand_verify_buf;
if (!this->scan_bbt) //使用默认的
this->scan_bbt = nand_default_bbt;
/* Select the device */
this->select_chip(mtd, 0); //片选，可惜在s3c2410 nand flash控制器中此操作为空
/* Send the command for reading device ID */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READID, 0x00, -1);//发送读ID命令
/* Read manufacturer and device IDs */
nand_maf_id = this->read_byte(mtd); //读取生产商ID
nand_dev_id = this->read_byte(mtd); //读取设备ID
/* Print and store flash device information */
for (i = 0; nand_flash_ids[i].name != NULL; i++) {
//保存着nand flash资料的nand_flash_ids表在include/linux/mtd/nand_ids.c文件中，详细见附录
if (nand_dev_id != nand_flash_ids[i].id) //比较设备ID
continue;
if (!mtd->name) mtd->name = nand_flash_ids[i].name; //填充设备名
this->chipsize = nand_flash_ids[i].chipsize << 20; //填充设备大小
/* New devices have all the information in additional id bytes */
if (!nand_flash_ids[i].pagesize) {
int extid;
/* The 3rd id byte contains non relevant data ATM */
extid = this->read_byte(mtd);
/* The 4th id byte is the important one */
extid = this->read_byte(mtd);
/* Calc pagesize */
mtd->oobblock = 1024 << (extid & 0x3);
extid >>= 2;
/* Calc oobsize */
mtd->oobsize = (8 << (extid & 0x03)) * (mtd->oobblock / 512);
extid >>= 2;
/* Calc blocksize. Blocksize is multiples of 64KiB */
mtd->erasesize = (64 * 1024) << (extid & 0x03);
extid >>= 2;
/* Get buswidth information */
busw = (extid & 0x01) ? NAND_BUSWIDTH_16 : 0;
} else {
/* Old devices have this data hardcoded in the
* device id table */
mtd->erasesize = nand_flash_ids[i].erasesize; //填充檫除单元大小(16k)
mtd->oobblock = nand_flash_ids[i].pagesize; //填充页大小(512)
mtd->oobsize = mtd->oobblock / 32; //oob大小(512/32=16)
busw = nand_flash_ids[i].options & NAND_BUSWIDTH_16;//获取nand
flash表中定义的位宽
}
/* Try to identify manufacturer */ //比较生产商ID
for (maf_id = 0; nand_manuf_ids[maf_id].id != 0x0; maf_id++) {
if (nand_manuf_ids[maf_id].id == nand_maf_id)
break;
}
/* Check, if buswidth is correct. Hardware drivers should set
* this correct ! */
/用户定义的位宽与芯片实际的位宽不一致，取消nand
flash的片选
if (busw != (this->options & NAND_BUSWIDTH_16)) {
printk (KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
" 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", nand_maf_id, nand_dev_id,
nand_manuf_ids[maf_id].name , mtd->name);
printk (KERN_WARNING
"NAND bus width %d instead %d bit\n",
(this->options & NAND_BUSWIDTH_16) ? 16 : 8,
busw ? 16 : 8);
this->select_chip(mtd, -1);//在s3c2410
nand flash控制器驱动中，此操作为空操作
return 1;
}
/* Calculate the address shift from the page size */
//计算页、可檫除单元、nand
flash大小的偏移值
this->page_shift = ffs(mtd->oobblock) - 1;
this->bbt_erase_shift = this->phys_erase_shift = ffs(mtd->erasesize) - 1;
this->chip_shift = ffs(this->chipsize) - 1;
/* Set the bad block position */
//标注此nand
flash为大页还是小页？
this->badblockpos = mtd->oobblock > 512 ?
NAND_LARGE_BADBLOCK_POS : NAND_SMALL_BADBLOCK_POS;
/* Get chip options, preserve non chip based options */
//用户没指定的选项从nand
flash表中获取补上
this->options &= ~NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
this->options |= nand_flash_ids[i].options & NAND_CHIPOPTIONS_MSK;
/* Set this as a default. Board drivers can override it, if neccecary */
this->options |= NAND_NO_AUTOINCR;
/* Check if this is a not a samsung device. Do not clear the options
* for chips which are not having an extended id.
*/
if (nand_maf_id != NAND_MFR_SAMSUNG && !nand_flash_ids[i].pagesize)
this->options &= ~NAND_SAMSUNG_LP_OPTIONS;
/* Check for AND chips with 4 page planes */
if (this->options & NAND_4PAGE_ARRAY)
this->erase_cmd = multi_erase_cmd;
else
this->erase_cmd = single_erase_cmd;
/* Do not replace user supplied command function ! */
if (mtd->oobblock > 512 && this->cmdfunc == nand_command)
this->cmdfunc = nand_command_lp;
printk (KERN_INFO "NAND device: Manufacturer ID:"
" 0x%02x, Chip ID: 0x%02x (%s %s)\n", nand_maf_id, nand_dev_id,
nand_manuf_ids[maf_id].name , nand_flash_ids[i].name);
break;
}//好的，检测结束^_^
if (!nand_flash_ids[i].name) {
printk (KERN_WARNING "No NAND device found!!!\n");
this->select_chip(mtd, -1);
return 1;
}
//统计一下同种类型的nand
flash有多少块(我板上只有一块)
for (i=1; i < maxchips; i++) {
this->select_chip(mtd, i);
/* Send the command for reading device ID */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READID, 0x00, -1);
/* Read manufacturer and device IDs */
if (nand_maf_id != this->read_byte(mtd) ||
nand_dev_id != this->read_byte(mtd))
break;
}
if (i > 1)
printk(KERN_INFO "%d NAND chips detected\n", i);
/* Allocate buffers, if neccecary */
if (!this->oob_buf) {
size_t len;
//求出一个檫除单元64K中oob所占用的总空间
len = mtd->oobsize << (this->phys_erase_shift - this->page_shift);
this->oob_buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->oob_buf) {
printk (KERN_ERR "nand_scan(): Cannot allocate oob_buf\n");
return -ENOMEM;
}
this->options |= NAND_OOBBUF_ALLOC;//oob空间已分配，置相应的标志位
}
if (!this->data_buf) {
size_t len;
len = mtd->oobblock + mtd->oobsize;//512+16=128
this->data_buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->data_buf) {
if (this->options & NAND_OOBBUF_ALLOC)
kfree (this->oob_buf);
printk (KERN_ERR "nand_scan(): Cannot allocate data_buf\n");
return -ENOMEM;
}
this->options |= NAND_DATABUF_ALLOC;//数据空间已分配，置相应的标志位
}
/* Store the number of chips and calc total size for mtd */
this->numchips = i;//记录nand
flash片数
mtd->size = i * this->chipsize;//计算出nand
flash总大小
/* Convert chipsize to number of pages per chip -1. */
this->pagemask = (this->chipsize >> this->page_shift) - 1;//(64M>>9)-1=128k-1=0x1ffff
/* Preset the internal oob buffer */
//oob_buf全部置为0xff
memset(this->oob_buf, 0xff, mtd->oobsize << (this->phys_erase_shift - this->page_shift));
/* If no default placement scheme is given, select an
* appropriate one */
if (!this->autooob) { //我们选用的是NAND_ECC_SOFT，autooob未设置
/* Select the appropriate default oob placement scheme for
* placement agnostic filesystems */
switch (mtd->oobsize) {
case 8:
this->autooob = &nand_oob_8;
break;
case 16:
this->autooob = &nand_oob_16;//我们的nand
flash属于这一类
break;
case 64:
this->autooob = &nand_oob_64;
break;
default:
printk (KERN_WARNING "No oob scheme defined for oobsize %d\n",
mtd->oobsize);
BUG();
}
}
注：
ECC的东西不是很懂，先跳过^_^
/* The number of bytes available for the filesystem to place fs dependend
* oob data */
mtd->oobavail = 0;
for (i = 0; this->autooob->oobfree[i][1]; i++)
mtd->oobavail += this->autooob->oobfree[i][1];
/*
* check ECC mode, default to software
* if 3byte/512byte hardware ECC is selected and we have 256 byte pagesize
* fallback to software ECC
*/
this->eccsize = 256; /* set default eccsize */
this->eccbytes = 3;
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
if (mtd->oobblock < 2048) {
printk(KERN_WARNING "2048 byte HW ECC not possible on %d byte page size, fallback to SW ECC\n",
mtd->oobblock);
this->eccmode = NAND_ECC_SOFT;
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
} else
this->eccsize = 2048;
break;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW6_512:
case NAND_ECC_HW8_512:
if (mtd->oobblock == 256) {
printk (KERN_WARNING "512 byte HW ECC not possible on 256 Byte pagesize, fallback to SW ECC \n");
this->eccmode = NAND_ECC_SOFT;
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
} else
this->eccsize = 512; /* set eccsize to 512 */
break;
case NAND_ECC_HW3_256:
break;
case NAND_ECC_NONE:
printk (KERN_WARNING "NAND_ECC_NONE selected by board driver. This is not recommended !!\n");
this->eccmode = NAND_ECC_NONE;
break;
case NAND_ECC_SOFT:
this->calculate_ecc = nand_calculate_ecc;
this->correct_data = nand_correct_data;
break;
default:
printk (KERN_WARNING "Invalid NAND_ECC_MODE %d\n", this->eccmode);
BUG();
}
/* Check hardware ecc function availability and adjust number of ecc bytes per
* calculation step
*/
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
this->eccbytes += 4;
case NAND_ECC_HW8_512:
this->eccbytes += 2;
case NAND_ECC_HW6_512:
this->eccbytes += 3;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW3_256:
if (this->calculate_ecc && this->correct_data && this->enable_hwecc)
break;
printk (KERN_WARNING "No ECC functions supplied, Hardware ECC not possible\n");
BUG();
}
mtd->eccsize = this->eccsize;
/* Set the number of read / write steps for one page to ensure ECC generation */
switch (this->eccmode) {
case NAND_ECC_HW12_2048:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 2048;
break;
case NAND_ECC_HW3_512:
case NAND_ECC_HW6_512:
case NAND_ECC_HW8_512:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 512;
break;
case NAND_ECC_HW3_256:
case NAND_ECC_SOFT:
this->eccsteps = mtd->oobblock / 256;
break;
case NAND_ECC_NONE:
this->eccsteps = 1;
break;
}
/* Initialize state, waitqueue and spinlock */
this->state = FL_READY;
init_waitqueue_head (&this->wq);
spin_lock_init (&this->chip_lock);
/* De-select the device */
this->select_chip(mtd, -1);
/* Invalidate the pagebuffer reference */
this->pagebuf = -1;
/* Fill in remaining MTD driver data */
//填充mtd结构的其它部分
mtd->type = MTD_NANDFLASH;
mtd->flags = MTD_CAP_NANDFLASH | MTD_ECC;
mtd->ecctype = MTD_ECC_SW;
mtd->erase = nand_erase;
mtd->point = NULL;
mtd->unpoint = NULL;
mtd->read = nand_read;
/* nand_read->nand_do_read_ecc->read_buf->s3c2410_nand_read_buf */
mtd->write = nand_write;
/* nand_write->nand_write_ecc->nand_write_page->write_buf->s3c2410_nand_write_buf */
mtd->read_ecc = nand_read_ecc;
mtd->write_ecc = nand_write_ecc;
mtd->read_oob = nand_read_oob;
mtd->write_oob = nand_write_oob;
mtd->readv = NULL;
mtd->writev = nand_writev;
mtd->writev_ecc = nand_writev_ecc;
mtd->sync = nand_sync;
mtd->lock = NULL;
mtd->unlock = NULL;
mtd->suspend = NULL;
mtd->resume = NULL;
mtd->block_isbad = nand_block_isbad;
mtd->block_markbad = nand_block_markbad;
/* and make the autooob the default one */
memcpy(&mtd->oobinfo, this->autooob, sizeof(mtd->oobinfo));
mtd->owner = THIS_MODULE;
/* Check, if we should skip the bad block table scan */
if (this->options & NAND_SKIP_BBTSCAN)
return 0;
/* Build bad block table */
return this->scan_bbt (mtd);
}
/**
* nand_command - [DEFAULT] Send command to NAND device
* @mtd: MTD device structure
* @command: the command to be sent
* @column: the column address for this command, -1 if none
* @page_addr: the page address for this command, -1 if none
*
* Send command to NAND device. This function is used for small page
* devices (256/512 Bytes per page)
*/
static void nand_command (struct
mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr)
{
register struct nand_chip *this = mtd->priv;
/* Begin command latch cycle */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETCLE);
//选择写入S3C2410_NFCMD寄存器
/*
* Write out the command to the device.
*/
if (command == NAND_CMD_SEQIN) {
int readcmd;
if (column >= mtd->oobblock) {
//读/写位置超出512，读oob_data
/* OOB area */
column -= mtd->oobblock;
readcmd = NAND_CMD_READOOB;
} else if (column < 256) { //读/写位置在前512，使用read0命令
/* First 256 bytes --> READ0 */
readcmd = NAND_CMD_READ0;
} else { //读/写位置在后512，使用read1命令
column -= 256;
readcmd = NAND_CMD_READ1;
}
this->write_byte(mtd, readcmd); //写入具体命令
}
this->write_byte(mtd, command);
/* Set ALE and clear CLE to start address cycle */
/*
清楚CLE，锁存命令；置位ALE，开始传输地址 */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRCLE); //锁存命令
if (column != -1 || page_addr != -1) {
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETALE); //选择写入S3C2410_NFADDR寄存器
/* Serially input address */
if (column != -1) {
/* Adjust columns for 16 bit buswidth */
if (this->options & NAND_BUSWIDTH_16)
column >>= 1;
this->write_byte(mtd, column); //写入列地址
}
if (page_addr != -1) { //写入页地址(分三个字节写入)
this->write_byte(mtd, (unsigned char) (page_addr & 0xff));
this->write_byte(mtd, (unsigned char) ((page_addr >> 8) & 0xff));
/* One more address cycle for devices > 32MiB */
if (this->chipsize > (32 << 20))
this->write_byte(mtd, (unsigned char) ((page_addr >> 16) & 0x0f));
}
/* Latch in address */
/*
锁存地址 */
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRALE);
}
/*
* program and erase have their own busy handlers
* status and sequential in needs no delay
*/
switch (command) {
case NAND_CMD_PAGEPROG:
case NAND_CMD_ERASE1:
case NAND_CMD_ERASE2:
case NAND_CMD_SEQIN:
case NAND_CMD_STATUS:
return;
case NAND_CMD_RESET: //复位操作
// 等待nand flash become ready
if (this->dev_ready) //判断nand
flash 是否busy(1:ready 0:busy)
break;
udelay(this->chip_delay);
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_SETCLE);
this->write_byte(mtd, NAND_CMD_STATUS);
this->hwcontrol(mtd, NAND_CTL_CLRCLE);
while ( !(this->read_byte(mtd) & NAND_STATUS_READY));
return;
/* This applies to read commands */
default:
/*
* If we don't have access to the busy pin, we apply the given
* command delay
*/
if (!this->dev_ready) {
udelay (this->chip_delay);//稍作延迟
return;
}
}
/* Apply this short delay always to ensure that we do wait tWB in
* any case on any machine. */
ndelay (100);
nand_wait_ready(mtd);
}
/*
* Wait for the ready pin, after a command
* The timeout is catched later.
*/
static void nand_wait_ready(struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
unsigned long timeo = jiffies + 2;
/* wait until command is processed or timeout occures */
do {
if (this->dev_ready(mtd)) //简单调用this->dev_ready(s3c2410_nand_devready)函数
等待nand flash become ready
return;
touch_softlockup_watchdog();
} while (time_before(jiffies, timeo));
}
/**
* nand_wait - [DEFAULT] wait until the command is done
* @mtd: MTD device structure
* @this: NAND chip structure
* @state: state to select the max. timeout value
*
* Wait for command done. This applies to erase and program only
* Erase can take up to 400ms and program up to 20ms according to
* general NAND and SmartMedia specs
*
*/
/* 等待知道命令传输完成，适用于檫除和写入命令 */
static int nand_wait(struct
mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state)
{
unsigned long timeo = jiffies;
int status;
if (state == FL_ERASING)
timeo += (HZ * 400) / 1000;//檫除操作的话，时间相对要长一些
else
timeo += (HZ * 20) / 1000;
/* Apply this short delay always to ensure that we do wait tWB in
* any case on any machine. */
ndelay (100);
if ((state == FL_ERASING) && (this->options & NAND_IS_AND))
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_STATUS_MULTI, -1, -1);
else
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_STATUS, -1, -1);
while (time_before(jiffies, timeo)) {
/* Check, if we were interrupted */
if (this->state != state)
return 0;
/*
等待nand flash become ready */
if (this->dev_ready) {
if (this->dev_ready(mtd))
break;
} else {
if (this->read_byte(mtd) & NAND_STATUS_READY)
break;
}
cond_resched();
}
status = (int) this->read_byte(mtd);
return status;
}
/**
* nand_block_bad - [DEFAULT] Read bad block marker from the chip
* 检查nand
flash中某一页是否为坏块
* @mtd: MTD device structure
* @ofs: offset from device start
* @getchip: 0, if the chip is already selected
*
* Check, if the block is bad.
*/
static int nand_block_bad(struct
mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip)
{
int page, chipnr, res = 0;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u16 bad;
if (getchip) {
page = (int)(ofs >> this->page_shift);
chipnr = (int)(ofs >> this->chip_shift);
/* Grab the lock and see if the device is available */
nand_get_device (this, mtd, FL_READING);
/* Select the NAND device */
this->select_chip(mtd, chipnr);
} else
page = (int) ofs;
if (this->options & NAND_BUSWIDTH_16) {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, this->badblockpos & 0xFE, page & this->pagemask);
bad = cpu_to_le16(this->read_word(mtd));
if (this->badblockpos & 0x1)
bad >>= 1;
if ((bad & 0xFF) != 0xff)
res = 1;
} else {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, this->badblockpos, page & this->pagemask);
/*
发送读oob_data命令(oob_data的badblockpos (第6)位记录着坏块标志) */
if (this->read_byte(mtd) != 0xff)//坏块
res = 1;
}
if (getchip) {
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
nand_release_device(mtd);
}
return res;
}
/**
* nand_default_block_markbad - [DEFAULT] mark a block bad
* 标志坏块
* @mtd: MTD device structure
* @ofs: offset from device start
*
* This is the default implementation, which can be overridden by
* a hardware specific driver.
*/
static int nand_default_block_markbad(struct
mtd_info *mtd, loff_t ofs)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char buf[2] = {0, 0};
size_t retlen;
int block;
/* Get block number */
block = ((int) ofs) >> this->bbt_erase_shift;
if (this->bbt)
this->bbt[block >> 2] |= 0x01 << ((block & 0x03) << 1);
/*
这个暂时不是很好说：内核维护一个标志bad block表，使用2bit来表示1block。
这个表在开机的时候通过扫描nand flash每个block的头两页的oob数据来生成，
发现坏块后至相应的block标志位为非零(有时候至3，但有时候至1，还没搞明白有什么不同)
*/
/* Do we have a flash based bad block table ? */
if (this->options & NAND_USE_FLASH_BBT)//samsun
nand flash不属于这种，暂时不去研究，以后同
return nand_update_bbt (mtd, ofs);
/* We write two bytes, so we dont have to mess with 16 bit access */
ofs += mtd->oobsize + (this->badblockpos & ~0x01);//???????????????
return nand_write_oob (mtd, ofs , 2, &retlen, buf);
}
/**
* nand_verify_buf - [DEFAULT] Verify chip data against buffer
* 检验nand
flash与buffer的数据是否一致
* @mtd: MTD device structure
* @buf: buffer containing the data to compare
* @len: number of bytes to compare
*
* Default verify function for 8bit buswith
*/
static int nand_verify_buf(struct
mtd_info *mtd, const u_char *buf, int len)
{
int i;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
for (i=0; i<len; i++)
if (buf[i] != readb(this->IO_ADDR_R))
return -EFAULT;
return 0;
}
/**
* nand_default_bbt - [NAND Interface] Select a default bad block table for the device
* @mtd: MTD device structure
*
* This function selects the default bad block table
* support for the device and calls the nand_scan_bbt function
*
*/
int nand_default_bbt (struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
/* Default for AG-AND. We must use a flash based
* bad block table as the devices have factory marked
* _good_ blocks. Erasing those blocks leads to loss
* of the good / bad information, so we _must_ store
* this information in a good / bad table during
* startup
*/
if (this->options & NAND_IS_AND) {
/* Use the default pattern descriptors */
if (!this->bbt_td) {
this->bbt_td = &bbt_main_descr;
this->bbt_md = &bbt_mirror_descr;
}
this->options |= NAND_USE_FLASH_BBT;
return nand_scan_bbt (mtd, &agand_flashbased);
}
/* Is a flash based bad block table requested ? */
if (this->options & NAND_USE_FLASH_BBT) {
/* Use the default pattern descriptors */
if (!this->bbt_td) {
this->bbt_td = &bbt_main_descr;
this->bbt_md = &bbt_mirror_descr;
}
if (!this->badblock_pattern) {
this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ?
&largepage_flashbased : &smallpage_flashbased;
}
} else { //samsun
nand flash的坏块表不存在与nand flash里面，需要扫描来生成。
this->bbt_td = NULL;
this->bbt_md = NULL;
if (!this->badblock_pattern) {
this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ?
&largepage_memorybased : &smallpage_memorybased;
}
}
return nand_scan_bbt (mtd, this->badblock_pattern);
}
/**
* nand_scan_bbt - [NAND Interface] scan, find, read and maybe create bad block table(s)
* @mtd: MTD device structure
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
*
* The function checks, if a bad block table(s) is/are already
* available. If not it scans the device for manufacturer
* marked good / bad blocks and writes the bad block table(s) to
* the selected place.
*
* The bad block table memory is allocated here. It must be freed
* by calling the nand_free_bbt function.
*
*/
int nand_scan_bbt (struct
mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
int len, res = 0;
uint8_t *buf;
struct nand_bbt_descr *td = this->bbt_td;
struct nand_bbt_descr *md = this->bbt_md;
len = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift + 2);
/* Allocate memory (2bit per block) */
/*
2bit per block=(2/8)byte per block，所以上面要多右移2位 */
this->bbt = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!this->bbt) {
printk (KERN_ERR "nand_scan_bbt: Out of memory\n");
return -ENOMEM;
}
/* Clear the memory bad block table */
memset (this->bbt, 0x00, len);
/* If no primary table decriptor is given, scan the device
* to build a memory based bad block table
*/
if (!td) {
if ((res = nand_memory_bbt(mtd, bd))) {
printk (KERN_ERR "nand_bbt: Can't scan flash and build the RAM-based BBT\n");
kfree (this->bbt);
this->bbt = NULL;
}
return res;
}
/* Allocate a temporary buffer for one eraseblock incl. oob */
/*
分配1 block所需要的oob data空间 */
len = (1 << this->bbt_erase_shift);
len += (len >> this->page_shift) * mtd->oobsize;
buf = kmalloc (len, GFP_KERNEL);
if (!buf) {
printk (KERN_ERR "nand_bbt: Out of memory\n");
kfree (this->bbt);
this->bbt = NULL;
return -ENOMEM;
}
//由于td、md均为NULL，一下函数基本不起作用，先不去研究它
/* Is the bbt at a given page ? */
if (td->options & NAND_BBT_ABSPAGE) {
res = read_abs_bbts (mtd, buf, td, md);
} else {
/* Search the bad block table using a pattern in oob */
res = search_read_bbts (mtd, buf, td, md);
}
if (res)
res = check_create (mtd, buf, bd);
/* Prevent the bbt regions from erasing / writing */
mark_bbt_region (mtd, td);
if (md)
mark_bbt_region (mtd, md);
kfree (buf);
return res;
}
/**
* nand_memory_bbt - [GENERIC] create a memory based bad block table
* @mtd: MTD device structure
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
*
* The function creates a memory based bbt by scanning the device
* for manufacturer / software marked good / bad blocks
*/
static inline int nand_memory_bbt (struct
mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
bd->options &= ~NAND_BBT_SCANEMPTY;
//我们只需要扫描oob
data，不需要扫描全部(512+16bytes的数据)
return create_bbt (mtd, this->data_buf, bd, -1);
}
/**
* create_bbt - [GENERIC] Create a bad block table by scanning the device
* @mtd: MTD device structure
* @buf: temporary buffer
* @bd: descriptor for the good/bad block search pattern
* @chip: create the table for a specific chip, -1 read all chips.
* Applies only if NAND_BBT_PERCHIP option is set
*
* Create a bad block table by scanning the device
* for the given good/bad block identify pattern
*/
static int create_bbt (struct
mtd_info *mtd, uint8_t *buf, struct nand_bbt_descr *bd, int chip)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
int i, j, numblocks, len, scanlen;
int startblock;
loff_t from;
size_t readlen, ooblen;
printk (KERN_INFO "Scanning device for bad blocks\n");
if (bd->options & NAND_BBT_SCANALLPAGES)//扫描所有都页
len = 1 << (this->bbt_erase_shift - this->page_shift);//求出每block所含的page数
else {
if (bd->options & NAND_BBT_SCAN2NDPAGE)//只检查2
page
len = 2;
else
len = 1;//只检查1
page
}
if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) {
/* We need only read few bytes from the OOB area */
/*
我们只需要检查OOB的某些数据 */
scanlen = ooblen = 0;
readlen = bd->len;
} else {
/* Full page content should be read */
/*
读取整页内容 */
scanlen = mtd->oobblock + mtd->oobsize;
readlen = len * mtd->oobblock;
ooblen = len * mtd->oobsize;
}
if (chip == -1) {
/* Note that numblocks is 2 * (real numblocks) here, see i+=2 below as it
* makes shifting and masking less painful */
/*
计算出nand flash所包含都block数目(注意这里总数目经过林乘2操作)*/
numblocks = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift - 1);
startblock = 0;
from = 0;
} else {
if (chip >= this->numchips) {
printk (KERN_WARNING "create_bbt(): chipnr (%d) > available chips (%d)\n",
chip + 1, this->numchips);
return -EINVAL;
}
numblocks = this->chipsize >> (this->bbt_erase_shift - 1);
startblock = chip * numblocks;
numblocks += startblock;
from = startblock << (this->bbt_erase_shift - 1);
}
for (i = startblock; i < numblocks;) {
int ret;
if (bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY) //整页数据读取
if ((ret = nand_read_raw (mtd, buf, from, readlen, ooblen)))
return ret;
for (j = 0; j < len; j++) {
if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) {
size_t retlen;
/* Read the full oob until read_oob is fixed to
* handle single byte reads for 16 bit buswidth */
/*
读取当前页的oob区的所有数据 */
ret = mtd->read_oob(mtd, from + j * mtd->oobblock,
mtd->oobsize, &retlen, buf);
if (ret)
return ret;
/*
检查oob data的bad block标志位，判断是否是坏块 */
if (check_short_pattern (buf, bd)) {
this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6);
/*
注意：这里i=实际值*2。由于一个block的状态用2bit来表示，那么一个字节可以存放4个block的状态。
这里i>>3刚好是实际block/4，4个block的状态刚好存放在this->bbt所指向的一个字节里面
*/
printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x\n",
i >> 1, (unsigned int) from);
break;
}
} else {
if (check_pattern (&buf[j * scanlen], scanlen, mtd->oobblock, bd)) {
this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6);
printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x\n",
i >> 1, (unsigned int) from);
break;
}
}
}
i += 2;//更新block的序号
from += (1 << this->bbt_erase_shift);//更新nand
flash的地址
}
return 0;
}
/**
* nand_release - [NAND Interface] Free resources held by the NAND device
* @mtd: MTD device structure
*/
void nand_release (struct
mtd_info *mtd)
{
struct nand_chip *this = mtd->priv;
#ifdef CONFIG_MTD_PARTITIONS
/* Deregister partitions */
del_mtd_partitions (mtd);
#endif
/* Deregister the device */
del_mtd_device (mtd);
/* Free bad block table memory, if allocated */
if (this->bbt)
kfree (this->bbt);
/* Buffer allocated by nand_scan ? */
if (this->options & NAND_OOBBUF_ALLOC)
kfree (this->oob_buf);
/* Buffer allocated by nand_scan ? */
if (this->options & NAND_DATABUF_ALLOC)
kfree (this->data_buf);
}
附录：
/arch/arm/mach-s3c2410/dev.c文件：
static struct mtd_partition partition_info[]={
[0]={
name :"vivi",
size :0x20000,
offset :0,
},[1]={
name :"param",
size :0x10000,
offset :0x20000,
},[2]={
name :"kernel",
size :0x1d0000,
offset :0x30000,
},[3]={
name :"root",
size :0x3c00000,
offset :0x200000,
}
};
struct s3c2410_nand_set nandset={
nr_partitions :4,
partitions :partition_info,
};
struct s3c2410_platform_nand superlpplatform={
tacls :0,
twrph0 :30,
twrph1 :0,
sets :&nandset,
nr_sets :1,
};
struct platform_device s3c_device_nand = {
.name = "s3c2410-nand",
.id = -1,
.num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_nand_resource),
.resource = s3c_nand_resource,
.dev={
.platform_data=&superlpplatform
}
};
nand_flash_ids表
/driver/mtd/nand/nand_ids.c文件：
struct nand_flash_dev nand_flash_ids[] = {
................................................................................
{"NAND 64MiB 3,3V 8-bit", 0x76, 512, 64, 0x4000, 0},
................................................................................
};
注：
这里只列出常用的samsun 64M Nand Flash的资料，对应的信息请看该结构体的定义：
struct nand_flash_dev {
char *name;
int id;
unsigned long pagesize;
unsigned long chipsize;
unsigned long erasesize;
unsigned long options;
};
可知该nand flash 设备ID号为0x76，页大小为512，大小为64(M)，檫除单元大小为16(K)。
现在再由上到下的研究一下是如何通过MTD原始设备来访问FLASH硬件驱动的。
首先分析一下如何通过MTD原始设备进而通过FLASH硬件驱动来读取FLASH存储器的数据。
引用自<<Linux系统移植>>一文：
"读Nand Flash：
当对nand flash的设备文件(nand flash在/dev下对应的文件)执行系统调用read(),或在某个文件系统中对该
设备进行读操作时. 会调用struct mtd_info中的read方法,他们缺省调用函数为nand_read(),在
drivers/mtd/nand/nand_base.c中定义.nand_read()调用nand_do_read_ecc(),执行读操作. 在
nand_do_read_ecc()函数中,主要完成如下几项工作：
1. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的select_chip方法,即
s3c2410_nand_select_chip()选择要操作的MTD芯片.
2. 会调用在struct nand_chip中系统缺省的方法cmdfunc发送读命令到nand flash.
3. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的read_buf(),即s3c2410_nand_read_buf()
从Nand Flash的控制器的数据寄存器中读出数据.
4. 如果有必要的话,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的
enable_hwecc,correct_data以及calculate_ecc方法,进行数据ECC校验。"
下面研究一下其中的细节：
/**
* nand_read - [MTD Interface] MTD compability function for nand_do_read_ecc
* @mtd: MTD device structure
* @from: offset to read from
* @len: number of bytes to read
* @retlen: pointer to variable to store the number of read bytes
* @buf: the databuffer to put data
*
* This function simply calls nand_do_read_ecc with oob buffer and oobsel = NULL
* and flags = 0xff
*/
static int nand_read (struct
mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t * retlen, u_char * buf)
{
return nand_do_read_ecc (mtd, from, len, retlen, buf, NULL, &mtd->oobinfo, 0xff);
}
注：
以参数oob_buf为NULL，flags为0xff调用nand_do_read_ecc函数。
/**
* nand_do_read_ecc - [MTD Interface] Read data with ECC
* @mtd: MTD device structure
* @from: offset to read from
* @len: number of bytes to read
* @retlen: pointer to variable to store the number of read bytes
* @buf: the databuffer to put data
* @oob_buf: filesystem supplied oob data buffer (can be NULL)
* @oobsel: oob selection structure
* @flags: flag to indicate if nand_get_device/nand_release_device should be preformed
* and how many corrected error bits are acceptable:
* bits 0..7 - number of tolerable errors
* bit 8 - 0 == do not get/release chip, 1 == get/release chip
*
* NAND read with ECC
*/
int nand_do_read_ecc (struct
mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,
size_t * retlen, u_char * buf, u_char * oob_buf,
struct nand_oobinfo *oobsel, int flags)
{
int i, j, col, realpage, page, end, ecc, chipnr, sndcmd = 1;
int read = 0, oob = 0, ecc_status = 0, ecc_failed = 0;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char *data_poi, *oob_data = oob_buf;//目前oob_data指针为空，以后会去修改它。
u_char ecc_calc[32];//该数组用于存放计算出来的ecc结果
u_char ecc_code[32];//该数组用于存放oob中ecc部分的数据
int eccmode, eccsteps;//eccmode存放ecc的类型(ECC_SOFT)；
eccsteps用于记录一个page所需的ecc校验次数(2)。
int *oob_config, datidx;
int blockcheck = (1 << (this->phys_erase_shift - this->page_shift)) - 1;
int eccbytes;
int compareecc = 1;//是否需要ecc标志(如果设置成ECC_NONE，这个标志将被清0)
int oobreadlen;
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL3, "nand_read_ecc: from = 0x%08x, len = %i\n", (unsigned int) from, (int) len);
/* Do not allow reads past end of device */
/*
不允许超越设备容量的读操作 */
if ((from + len) > mtd->size) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: Attempt read beyond end of device\n");
*retlen = 0;
return -EINVAL;
}
/* Grab the lock and see if the device is available */
/*
获取自旋锁，等待设备可用并获取其控制权 */
if (flags & NAND_GET_DEVICE)
nand_get_device (this, mtd, FL_READING);
/* Autoplace of oob data ? Use the default placement scheme */
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE)
oobsel = this->autooob;
/*
* 感觉这一步有点多余，因为nand_scan中已经调用了以下代码：
* memcpy(&mtd->oobinfo, this->autooob, sizeof(mtd->oobinfo));
* 把this->autooob的内容拷贝到mtd->oobinfo中了
*/
eccmode = oobsel->useecc ? this->eccmode : NAND_ECC_NONE;
oob_config = oobsel->eccpos;//记录ecc在oob数据中的位置
/* Select the NAND device */
chipnr = (int)(from >> this->chip_shift);
this->select_chip(mtd, chipnr);//选择nand
flash芯片(在s3c2410 nand flash控制器中为空操作)
/* First we calculate the starting page */
/*
首先，我们计算出开始页码 */
realpage = (int) (from >> this->page_shift);
page = realpage & this->pagemask;
/* Get raw starting column */
/*
其次，我们计算页内偏址 */
col = from & (mtd->oobblock - 1);
end = mtd->oobblock;//页大小(512)
ecc = this->eccsize;//ecc保护下的数据大小(256)
eccbytes = this->eccbytes;//ecc所占的字节数(3)
if ((eccmode == NAND_ECC_NONE) || (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME))
compareecc = 0;//如果设置为关闭ECC或写操作才需要ECC，那把ecc给禁用(现在可是读操作^_^)
oobreadlen = mtd->oobsize;//16
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
oobreadlen -= oobsel->eccbytes;
/* Loop until all data read */
while (read < len) {
int aligned = (!col && (len - read) >= end);
/*
* If the read is not page aligned, we have to read into data buffer
* due to ecc, else we read into return buffer direct
*
如果要读的位置不是页对齐都话，那么只要先把整页读出来，
* 取出所需要读取的数据，然后修改读位置，那么以后的读操作都是页对齐的了。
*/
if (aligned)
data_poi = &buf[read];
else
data_poi = this->data_buf;
/* Check, if we have this page in the buffer
*
* FIXME: Make it work when we must provide oob data too,
* check the usage of data_buf oob field
*
如果我们所需要的数据还存在于缓冲中都话：
* 1 如果读位置页对齐，我们只要把缓冲中的数据直接拷贝到data_poi(buf[read])中即可(因为数据存在与缓存中，所以也无需要考虑ecc问题)
* 2 如果读位置不是页对齐，什么读不要作，让其继续留在缓存(data_buf)中，以后会从data_poi(指向缓存data_buf)中提取所需要的数据。
*/
if (realpage == this->pagebuf && !oob_buf) {
/* aligned read ? */
if (aligned)
memcpy (data_poi, this->data_buf, end);
goto readdata;
}
/* Check, if we must send the read command */
/*
发送读命令，页地址为page，列地址为0x00 */
if (sndcmd) {
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READ0, 0x00, page);
sndcmd = 0;
}
/* get oob area, if we have no oob buffer from fs-driver */
if (!oob_buf || oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE ||
oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPL_USR)
oob_data = &this->data_buf[end];//以上情况，oob_data暂存在data_buf缓存中
eccsteps = this->eccsteps;//2
switch (eccmode) {
case NAND_ECC_NONE: { /* No ECC, Read in a page */
static unsigned long lastwhinge = 0;
if ((lastwhinge / HZ) != (jiffies / HZ)) {
printk (KERN_WARNING "Reading data from NAND FLASH without ECC is not recommended\n");
lastwhinge = jiffies;
}
this->read_buf(mtd, data_poi, end);
break;
}
case NAND_ECC_SOFT: /* Software ECC 3/256: Read in a page + oob data */
this->read_buf(mtd, data_poi, end);//读取数据到data_poi
for (i = 0, datidx = 0; eccsteps; eccsteps--, i+=3, datidx += ecc)
this->calculate_ecc(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_calc[i]);
/*
计算出读取到data_poi的数据的ecc值，并存放到ecc_calc数组中。
* 因为读都数据有一页大小(512)，需要分别对其上半部和下半部分计算一次ecc值，并分开存放到ecc_calc数组相应都位置中。
*/
break;
default:
for (i = 0, datidx = 0; eccsteps; eccsteps--, i+=eccbytes, datidx += ecc) {
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_READ);
this->read_buf(mtd, &data_poi[datidx], ecc);
/* HW ecc with syndrome calculation must read the
* syndrome from flash immidiately after the data */
if (!compareecc) {
/* Some hw ecc generators need to know when the
* syndrome is read from flash */
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_READSYN);
this->read_buf(mtd, &oob_data[i], eccbytes);
/* We calc error correction directly, it checks the hw
* generator for an error, reads back the syndrome and
* does the error correction on the fly */
ecc_status = this->correct_data(mtd, &data_poi[datidx], &oob_data[i], &ecc_code[i]);
if ((ecc_status == -1) || (ecc_status > (flags && 0xff))) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: "
"Failed ECC read, page 0x%08x on chip %d\n", page, chipnr);
ecc_failed++;
}
} else {
this->calculate_ecc(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_calc[i]);
}
}
break;
}
/* read oobdata */
this->read_buf(mtd, &oob_data[mtd->oobsize - oobreadlen], oobreadlen);
//读取oob_data存放到oob_data[mtd->oobsize
- oobreadlen]，在这里是data_buf[end]中
/* Skip ECC check, if not requested (ECC_NONE or HW_ECC with syndromes) */
/*
跳过ecc检测 */
if (!compareecc)
goto readoob;
/* Pick the ECC bytes out of the oob data */
/*
从刚读出来都oob_data中取出ecc数据(在这里是前三个字节) */
for (j = 0; j < oobsel->eccbytes; j++)
ecc_code[j] = oob_data[oob_config[j]];
/* correct data, if neccecary */
for (i = 0, j = 0, datidx = 0; i < this->eccsteps; i++, datidx += ecc) {
ecc_status = this->correct_data(mtd, &data_poi[datidx], &ecc_code[j], &ecc_calc[j]);
/*
拿前面计算出来都ecc_cal数组都数据与读出来的ecc数据作比较，并尝试修正错误(但不保证能修复，具体看返回值) */
/* Get next chunk of ecc bytes */
j += eccbytes;
/* Check, if we have a fs supplied oob-buffer,
* This is the legacy mode. Used by YAFFS1
* Should go away some day
*/
if (oob_buf && oobsel->useecc == MTD_NANDECC_PLACE) {
int *p = (int *)(&oob_data[mtd->oobsize]);
p[i] = ecc_status;
}
/*
很不幸，ecc检测发现错误且未能修复，报告错误 */
if ((ecc_status == -1) || (ecc_status > (flags && 0xff))) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_ecc: " "Failed ECC read, page 0x%08x\n", page);
ecc_failed++;
}
}
readoob:
/* check, if we have a fs supplied oob-buffer */
if (oob_buf) {
/* without autoplace. Legacy mode used by YAFFS1 */
switch(oobsel->useecc) {
case MTD_NANDECC_AUTOPLACE:
case MTD_NANDECC_AUTOPL_USR:
/* Walk through the autoplace chunks */
for (i = 0; oobsel->oobfree[i][1]; i++) {
int from = oobsel->oobfree[i][0];
int num = oobsel->oobfree[i][1];
memcpy(&oob_buf[oob], &oob_data[from], num);
oob += num;
}
break;
case MTD_NANDECC_PLACE:
/* YAFFS1 legacy mode */
oob_data += this->eccsteps * sizeof (int);
default:
oob_data += mtd->oobsize;
}
}
readdata:
/* Partial page read, transfer data into fs buffer
*
读位置不是页对齐，从data_poi(data_buf中)提取所需要都数据
*/
if (!aligned) {
for (j = col; j < end && read < len; j++)
buf[read++] = data_poi[j];//read自增
this->pagebuf = realpage;
} else
read += mtd->oobblock;//整页读取，计数值加上整页的数目(512)
/* Apply delay or wait for ready/busy pin
* Do this before the AUTOINCR check, so no problems
* arise if a chip which does auto increment
* is marked as NOAUTOINCR by the board driver.
*/
if (!this->dev_ready)
udelay (this->chip_delay);
else
nand_wait_ready(mtd);
if (read == len)//所需数据读完都情况，退出读循环。
break;
/* For subsequent reads align to page boundary. */
col = 0;//对于读位置不是页对齐都情况，前面已对其进行林相应都处理，现在读位置变得页对齐了。
/* Increment page address */
realpage++;//页地址加1,读取下一页。
page = realpage & this->pagemask;
/* Check, if we cross a chip boundary */
if (!page) {
chipnr++;
this->select_chip(mtd, -1);
this->select_chip(mtd, chipnr);
}
/* Check, if the chip supports auto page increment
* or if we have hit a block boundary.
*
如果芯片支持页自增操作,且未到block boundary(15)的话，不用再发送读命令
*/
if (!NAND_CANAUTOINCR(this) || !(page & blockcheck))
sndcmd = 1;
}
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
if (flags & NAND_GET_DEVICE)
nand_release_device(mtd);//放弃对设备都控制权，好让其它进程获取并占有它
/*
* Return success, if no ECC failures, else -EBADMSG
* fs driver will take care of that, because
* retlen == desired len and result == -EBADMSG
*/
*retlen = read;
return ecc_failed ? -EBADMSG : 0;
}
好的，接着研究一下如何通过MTD原始设备进而通过FLASH硬件驱动向FLASH存储器写数据。
引用自<<Linux系统移植>>一文：
写Nand Flash
当对nand flash的设备文件(nand flash在/dev下对应的文件)执行系统调用write(),或在某个文件系统中对该设备
进行读操作时, 会调用struct mtd_info中write方法,他们缺省调用函数为nand_write(),这两个函数在
drivers/mtd/nand/nand_base.c中定义. nand_write()调用nand_write_ecc(),执行写操作.在
nand_do_write_ecc()函数中,主要完成如下几项工作：
1. 会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的select_chip方法,即
s3c2410_nand_select_chip()选择要操作的MTD芯片.
2. 调用nand_write_page()写一个页.
3. 在nand_write_page()中,会调用在struct nand_chip中系统缺省的方法cmdfunc发送写命令
到nand flash.
4. 在nand_write_page()中,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载的
write_buf(),即s3c2410_nand_write_buf()从Nand Flash的控制器的数据寄存器中写入数据.
5. 在nand_write_page()中,会调用在nand flash驱动中对struct nand_chip重载waitfunc方法,
该方法调用系统缺省函数nand_wait(),该方法获取操作状态,并等待nand flash操作完成.等
待操作完成,是调用nand flash驱动中对struct nand_chip中重载的dev_ready方法,即
s3c2410_nand_devready()函数.
下面研究一下其中的细节：
/**
* nand_write - [MTD Interface] compability function for nand_write_ecc
* @mtd: MTD device structure
* @to: offset to write to
* @len: number of bytes to write
* @retlen: pointer to variable to store the number of written bytes
* @buf: the data to write
*
* This function simply calls nand_write_ecc with oob buffer and oobsel = NULL
*
*/
static int nand_write (struct
mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t * retlen, const u_char * buf)
{
return (nand_write_ecc (mtd, to, len, retlen, buf, NULL, NULL));
}
注：
以参数eccbuf、oobsel为NULL，调用nand_write_ecc函数。
/**
* nand_write_ecc - [MTD Interface] NAND write with ECC
* @mtd: MTD device structure
* @to: offset to write to
* @len: number of bytes to write
* @retlen: pointer to variable to store the number of written bytes
* @buf: the data to write
* @eccbuf: filesystem supplied oob data buffer
* @oobsel: oob selection structure
*
* NAND write with ECC
*/
static int nand_write_ecc (struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len,
size_t * retlen, const u_char * buf, u_char * eccbuf, struct nand_oobinfo *oobsel)
{
int startpage, page, ret = -EIO, oob = 0, written = 0, chipnr;
int autoplace = 0, numpages, totalpages;
struct nand_chip *this = mtd->priv;
u_char *oobbuf, *bufstart;
int ppblock = (1 << (this->phys_erase_shift - this->page_shift));//page/block
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL3, "nand_write_ecc: to = 0x%08x, len = %i\n", (unsigned int) to, (int) len);
/* Initialize retlen, in case of early exit */
*retlen = 0;
/* Do not allow write past end of device */
/* 超越nand flash容量的写操作是不允许的 */
if ((to + len) > mtd->size) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: Attempt to write past end of page\n");
return -EINVAL;
}
/* reject writes, which are not page aligned */
/* 不按页对齐的写操作同样是不允许的 */
if (NOTALIGNED (to) || NOTALIGNED(len)) {
printk (KERN_NOTICE "nand_write_ecc: Attempt to write not page aligned data\n");
return -EINVAL;
}
/* Grab the lock and see if the device is available */
/* 获取设备的控制权 */
nand_get_device (this, mtd, FL_WRITING);
/* Calculate chipnr */
/*
* 存在多片flash的情况下，计算出所要写的是哪片flash？
* (当然，像我的板，只用一片nand flash，所以这个操作是不必要的)
*/
chipnr = (int)(to >> this->chip_shift);
/* Select the NAND device */
/* 片选操作 */
this->select_chip(mtd, chipnr);
/* Check, if it is write protected */
/* 如果nand flash写保护，当然不能再写了 */
if (nand_check_wp(mtd))
goto out;
/* if oobsel is NULL, use chip defaults */
if (oobsel == NULL)
oobsel = &mtd->oobinfo;
/* Autoplace of oob data ? Use the default placement scheme */
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPLACE) {
oobsel = this->autooob;
autoplace = 1;
}
if (oobsel->useecc == MTD_NANDECC_AUTOPL_USR)
autoplace = 1;
/* Setup variables and oob buffer */
totalpages = len >> this->page_shift;//计算所要读取的数据长度共有多少页
page = (int) (to >> this->page_shift);//计算数据所要写到的开始页码
/* Invalidate the page cache, if we write to the cached page */
/* 如果缓存保存的数据在我们要写数据的范围内，把缓存里的数据设置为不可用???? */
if (page <= this->pagebuf && this->pagebuf < (page + totalpages))
this->pagebuf = -1;
/* Set it relative to chip */
page &= this->pagemask;
startpage = page;
/* Calc number of pages we can write in one go */
numpages = min (ppblock - (startpage & (ppblock - 1)), totalpages);//计算出本block中允许被写的页数
oobbuf = nand_prepare_oobbuf (mtd, eccbuf, oobsel, autoplace, numpages);//先不深入研究~_~
bufstart = (u_char *)buf;//获取所要写数据的地址
/* Loop until all data is written */
/* 循环进行写操作 */
while (written < len) {
this->data_poi = (u_char*) &buf[written];//先把所要写的数据缓冲到data_poi下
/* Write one page. If this is the last page to write
* or the last page in this block, then use the
* real pageprogram command, else select cached programming
* if supported by the chip.
* 如果这是所写数据的最后一个页或许这是所写block的最后一个页，调用nand flash的
* pageprogram指令，真正把数据写入nand flash中(nand flash的最小擦除单元为block)
*/
ret = nand_write_page (mtd, this, page, &oobbuf[oob], oobsel, (--numpages > 0));
if (ret) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: write_page failed %d\n", ret);
goto out;
}
/* Next oob page */
oob += mtd->oobsize;
/* Update written bytes count */
/* 更新写入计数值 */
written += mtd->oobblock;
if (written == len)//写入完毕，退出
goto cmp;
/* Increment page address */
page++;//下一页
/* Have we hit a block boundary ? Then we have to verify and
* if verify is ok, we have to setup the oob buffer for
* the next pages.
* 暂时不是很明白，需要先搞明白nand_prepare_oobbuf函数的作用
*/
if (!(page & (ppblock - 1))){
int ofs;
this->data_poi = bufstart;//怀疑nand_verify_pages用到
ret = nand_verify_pages (mtd, this, startpage,
page - startpage,
oobbuf, oobsel, chipnr, (eccbuf != NULL));//一页写完，检查数据
if (ret) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: verify_pages failed %d\n", ret);
goto out;
}
*retlen = written;
ofs = autoplace ? mtd->oobavail : mtd->oobsize;
if (eccbuf)
eccbuf += (page - startpage) * ofs;
totalpages -= page - startpage;//更新需要写的页数
numpages = min (totalpages, ppblock);//更新可以写的页数
page &= this->pagemask;//更新页码
startpage = page;//更新开始页码
oobbuf = nand_prepare_oobbuf (mtd, eccbuf, oobsel,
autoplace, numpages);
/* Check, if we cross a chip boundary */
if (!page) {
chipnr++;
this->select_chip(mtd, -1);
this->select_chip(mtd, chipnr);
}
}
}
/* Verify the remaining pages */
cmp:
this->data_poi = bufstart;//怀疑nand_verify_pages用到
ret = nand_verify_pages (mtd, this, startpage, totalpages,
oobbuf, oobsel, chipnr, (eccbuf != NULL));
if (!ret)
*retlen = written;
else
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_write_ecc: verify_pages failed %d\n", ret);
out:
/* Deselect and wake up anyone waiting on the device */
nand_release_device(mtd);//放弃对设备的控制权
return ret;
}
/**
* nand_write_page - [GENERIC] write one page
* @mtd: MTD device structure
* @this: NAND chip structure
* @page: startpage inside the chip, must be called with (page & this->pagemask)
* @oob_buf: out of band data buffer
* @oobsel: out of band selecttion structre
* @cached: 1 = enable cached programming if supported by chip
*
* Nand_page_program function is used for write and writev !
* This function will always program a full page of data
* If you call it with a non page aligned buffer, you're lost :)
*
* Cached programming is not supported yet.
*/
static int nand_write_page (struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int page,
u_char *oob_buf, struct nand_oobinfo *oobsel, int cached)
{
int i, status;
u_char ecc_code[32];
int eccmode = oobsel->useecc ? this->eccmode : NAND_ECC_NONE;
int *oob_config = oobsel->eccpos;
int datidx = 0, eccidx = 0, eccsteps = this->eccsteps;
int eccbytes = 0;
/* FIXME: Enable cached programming */
cached = 0;//在高版本的内核下找到这样的解释：
/*
* Cached progamming disabled for now, Not sure if its worth the
* trouble. The speed gain is not very impressive. (2.3->2.6Mib/s)
*/
/* Send command to begin auto page programming */
/* 发送页编程指令 */
this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_SEQIN, 0x00, page);
/* Write out complete page of data, take care of eccmode */
switch (eccmode) {
/* No ecc, write all */
case NAND_ECC_NONE:
printk (KERN_WARNING "Writing data without ECC to NAND-FLASH is not recommended\n");
this->write_buf(mtd, this->data_poi, mtd->oobblock);
break;
/* Software ecc 3/256, write all */
case NAND_ECC_SOFT:
for (; eccsteps; eccsteps--) {
this->calculate_ecc(mtd, &this->data_poi[datidx], ecc_code);//计算出一页的ecc数据
for (i = 0; i < 3; i++, eccidx++)
oob_buf[oob_config[eccidx]] = ecc_code[i];//存放到ecc_code数组中
datidx += this->eccsize;
}
this->write_buf(mtd, this->data_poi, mtd->oobblock);//调用FLASH硬件驱动层进行写操作
break;
default:
eccbytes = this->eccbytes;
for (; eccsteps; eccsteps--) {
/* enable hardware ecc logic for write */
this->enable_hwecc(mtd, NAND_ECC_WRITE);
this->write_buf(mtd, &this->data_poi[datidx], this->eccsize);
this->calculate_ecc(mtd, &this->data_poi[datidx], ecc_code);
for (i = 0; i < eccbytes; i++, eccidx++)
oob_buf[oob_config[eccidx]] = ecc_code[i];
/* If the hardware ecc provides syndromes then
* the ecc code must be written immidiately after
* the data bytes (words) */
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
this->write_buf(mtd, ecc_code, eccbytes);
datidx += this->eccsize;
}
break;
}
/* Write out OOB data */
if (this->options & NAND_HWECC_SYNDROME)
this->write_buf(mtd, &oob_buf[oobsel->eccbytes], mtd->oobsize - oobsel->eccbytes);
else
this->write_buf(mtd, oob_buf, mtd->oobsize);//写oob data，主要把上面计算的ecc值写进去
/* Send command to actually program the data */
this->cmdfunc (mtd, cached ? NAND_CMD_CACHEDPROG : NAND_CMD_PAGEPROG, -1, -1);
if (!cached) {
/* call wait ready function */
status = this->waitfunc (mtd, this, FL_WRITING);//等待写入完成
/* See if operation failed and additional status checks are available */
if ((status & NAND_STATUS_FAIL) && (this->errstat)) {
status = this->errstat(mtd, this, FL_WRITING, status, page);
}
/* See if device thinks it succeeded */
if (status & NAND_STATUS_FAIL) {
DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "%s: " "Failed write, page 0x%08x, ", __FUNCTION__, page);
return -EIO;
}
} else {
/* FIXME: Implement cached programming ! */
/* wait until cache is ready*/
// status = this->waitfunc (mtd, this, FL_CACHEDRPG);//cached的写操作暂时没用
}
return 0;
}
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