MTD NAND Analysis 1
2011年05月06日
　　MTD 驱动程序是专门针对嵌入式Linux的一种驱动程序，相对于常规块设备驱动程序（比如PC中的IDE硬盘）而言，MTD驱动程序能更好的支持和管理闪存设备，因为它本身就是专为闪存设备而设计的。
　　具体地讲，基于MTD的FLASH驱动，承上可以很好地支持cramfs，jffs2和yaffs等文件系统，启下也能对FLASH的擦除，读写，FLASH坏块以及损耗平衡进行很好的管理。所谓损耗平衡，是指对NAND的擦写不能总是集中在某一个或某几个block中，这是由NAND芯片有限的擦写次数的特性决定的。
　　总之，在现阶段，要为FLASH设备开发Linux下的驱动程序，那么基于MTD的开发将几乎是省时又省力的唯一选择！
　　一、NAND和NOR的区别
　　Google "Nand Flash和Nor Flash的区别"。
　　简单点说，主要的区别就是：
　　1、 NAND比NOR便宜；NAND的容量比NOR大（指相同成本）；NAND的擦写次数是NOR的十倍；NAND的擦除和写入速度比NOR快，读取速度比NOR稍慢；
　　2、 NAND和NOR的读都可以以字节为单位，但NAND的写以page为单位，而NOR可以随机写每一个字节。NAND和NOR的擦除都以block为单位，但一般NAND的block比NOR的block小。另外，不管是NAND还是NOR，在写入前，都必须先进行擦除操作，但是NOR在擦除前要先写0；
　　3、 NAND不能在片内运行程序，而NOR可以。但目前很多CPU都可以在上电时，以硬件的方式先将NAND的第一个block中的内容（一般是程序代码，且也许不足一个block，如2KB大小）自动copy到ram中，然后再运行，因此只要CPU支持，NAND也可以当成启动设备；
　　4、 NAND和NOR都可能发生比特位反转（但NAND反转的几率远大于NOR），因此这两者都必须进行ECC操作；NAND可能会有坏块（出厂时厂家会对坏块做标记），在使用过程中也还有可能会出现新的坏块，因此NAND驱动必须对坏块进行管理。
　　二、内核树中基于MTD的NAND驱动代码的布局
　　在Linux内核中，MTD源代码放在linux-2.6.22.10/driver/mtd目录中，该目录中包含chips、devices、maps、nand、onenand和ubi六个子目录。
　　其中只有nand和onenand目录中的代码才与NAND驱动相关，不过nand目录中的代码比较通用，而onenand目录中的代码相对于nand中的代码而言则简化了很多，但顾名思义就可以知道，它仅仅适用于只使用一块NAND芯片的系统。因此，除非你能确定你的系统只使用一块NAND芯片，而且将来永远也不会扩展，否则就不要使用onenand中的代码。
　　因此，若只是开发基于MTD的NAND驱动程序，那么我们需要关注的代码就基本上全在linux-2.6.22.10/drivers/mtd/nand目录中了，而该目录中也不是所有的代码文件都与我们将要开发的NAND驱动有关，除了Makefile和Kconfig之外，其中真正与NAND驱动有关的代码文件只有6个，即：
　　1、 nand_base.c：
　　定义了NAND驱动中对NAND芯片最基本的操作函数和操作流程，如擦除、读写page、读写oob等。当然这些函数都只是进行一些default的操作，若你的系统在对NAND操作时有一些特殊的动作，则需要在你自己的驱动代码中进行定义，然后Replace这些default的函数。
　　2、 nand_bbt.c：
　　定义了NAND驱动中与坏块管理有关的函数和结构体。
　　3、 nand_ids.c：
　　定义了两个全局类型的结构体：struct nand_flash_dev nand_flash_ids[ ]和struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[ ]。其中前者定义了一些NAND芯片的类型，后者定义了NAND芯片的几个厂商。NAND芯片的ID至少包含两项内容：厂商ID和厂商为自己的NAND芯片定义的芯片ID。当NAND驱动被加载的时候，它会去读取具体NAND芯片的ID，然后根据读取的内容到上述定义的nand_manuf_ids[ ]和nand_flash_ids[ ]两个结构体中去查找，以此判断该NAND芯片是那个厂商的产品，以及该NAND芯片的类型。若查找不到，则NAND驱动就会加载失败，因此在开发NAND驱动前必须事先将你的NAND芯片添加到这两个结构体中去（其实这两个结构体中已经定义了市场上绝大多数的NAND芯片，所以除非你的NAND芯片实在比较特殊，否则一般不需要额外添加）。值得一提的是，nand_flash_ids[ ]中有三项属性比较重要，即pagesize、chipsize和erasesize，驱动就是依据这三项属性来决定对NAND芯片进行擦除，读写等操作时的大小的。其中pagesize即NAND芯片的页大小，一般为256、512或2048；chipsize即NAND芯片的容量；erasesize即每次擦除操作的大小，通常就是NAND芯片的block大小。
　　4、 nand_ecc.c：
　　定义了NAND驱动中与softeware ECC有关的函数和结构体，若你的系统支持hardware ECC，且不需要software ECC，则该文件也不需理会。
　　5、 nandsim.c：
　　定义了Nokia开发的模拟NAND设备，默认是Toshiba NAND 8MiB 1,8V 8-bit（根据ManufactureID），开发普通NAND驱动时不用理会。
　　6、 diskonchip.c：
　　定义了片上磁盘(DOC)相关的一些函数，开发普通NAND驱动时不用理会。
　　除了上述六个文件之外，nand目录中其他文件基本都是特定系统的NAND驱动程序例子，但本人看来真正有参考价值的只有cafe_nand.c和s3c2410.c两个，而其中又尤以cafe_nand.c更为详细，另外，nand目录中也似乎只有cafe_nand.c中的驱动程序在读写NAND芯片时用到了DMA操作。
　　综上所述，若要研究基于MTD的NAND驱动，其实所需阅读的代码量也不是很大。
　　另外，在动手写NAND驱动之前，也许需要读一下以下文档：
　　1、 Linux MTD 源代码分析：
　　该文档可以让我们对MTD有一个直观而又相对具体的认识，但它似乎主要是针对NOR FLASH的，对于实际开发NAND驱动的帮助并不是很大。
　　2、 MTD NAND Driver Programming Interface：
　　三、NAND相关原理
　　在我们开始NAND驱动编写之前，至少应该知道：数据在NAND中是怎样存储的，以及以怎样的方式从NAND中读写数据时。
　　1、 NAND的存储结构和操作方式
　　这方面的资料可以从任意一种NAND的datasheet中得到，因为基本上每一种NAND的datasheet都会介绍NAND的组成结构和操作命令，而且事实上，大多数的NAND datasheet都大同小异，所不同的大概只是该NAND芯片的容量大小和读写速度等基本特性。
　　这里以每页512字节的NAND FLASH为例简单说明一下：每一块NAND芯片由n个block组成－>每一个block由m个page组成－>每一个page由256字节大小的column1(也称1st half page)、256字节大小的column2(也称2nd half page)和16字节大小的oob(out-of-band，也称spare area)组成。至于m和n的大小可以查看特定NAND的datasheet。相应的，若给定NAND中的一个字节的地址，我们可以根据这个地址算出block地址(即第几个block)、page地址(即该block中的第几个page)和column地址(即1st half page，或2nd half page，或oob中的第几个字节)。
　　在擦除NAND时，必须每次至少擦除1个block；在写NAND时，必须每次写1个page(有些NAND也支持写不足一个page大小的数据)；在读NAND时，分为三种情况(对应三种不同的NAND命令)，即读column1、读column2和读oob，那么为什么要分这三种情况呢？假如知道NAND怎样根据给定的地址确定它的存储单元，那么自然也就能明白原因了，其实也并不复杂，主要是因为给定地址中的A8并不在NAND的视野范围之内(也许表达并不准确)。
　　事实上，在写基于MTD的NAND驱动时，我们并不需要实现精确到读写某一个byte地址的函数(除了读oob之外)，这是因为：
　　基于MTD的NAND驱动在读写NAND时，可以分两种情况，即：(1)不进行ECC检测时，一次读写一整个page中的MAIN部分(也就是那真实存储数据的512字节)；(2)进行ECC检测时(不管是hardware ECC还是software ECC)，一次读写一整个page(包括16字节的oob部分)。所以部分NAND所支持的写不足一个page大小数据的功能，对MTD来说是用不着的。
　　那么，如果只需要读写不足一个page大小的数据怎么办？这是MTD更上层的部分需要处理的事。也就是说，对于NAND驱动来说，它只会读写整整一个page的数据！
　　最后值得一提的是，NAND驱动有可能只去读oob部分，这是因为除了ECC信息之外，坏块信息也存储在oob之中，NAND驱动需要读取oob中描述坏块的那个字节(通常是每个block的第一个page的oob中的第六个字节)来判断该block是不是一个坏块。所以，我们只有在读oob时，才需要实现精确到读某一个byte地址的函数。
　　由此，我们也可以额外知道一件事，那就是NAND驱动中用到的column地址只在读oob时才有用，而在其他情况下，column地址都为0。
　　2、 ECC相关的结构体
　　struct nand_ecclayout {
　　uint32_t eccbytes;
　　uint32_t eccpos[64];
　　uint32_t oobavail;
　　struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES];
　　};
　　这是用来定义ECC在oob中布局的一个结构体。
　　前面已经提及过，oob中主要存储两种信息：坏块信息和ECC数据。对与small page的NAND芯片来说，其中坏块信息占据1个字节(一般固定在第六个字节)，ECC数据占据三个字节。所以sturct nand_ecclayout这个结构体，也就是用来告诉那些与ECC操作无关的函数，Nand芯片的oob部分中，哪些字节是用来存储ECC的(即不可用作它用的)，哪些字节是空闲的，即可用的。
　　其实之所以有这个结构体，主要是因为硬件ECC的缘故。以写数据为例，在使用硬件ECC的情况下，那三个字节的ECC数据是由硬件计算得到，并且写到NAND芯片的oob中去的，同时也是由硬件决定写到oob的哪三个字节中去。这些都是由硬件做的，而NAND驱动并不知道，所以就需要用这个结构体来告诉驱动了。
　　所以，在写NAND驱动时，就有可能需要对这个结构体进行赋值。这里说"有可能"，是因为MTD对这个结构体有一个默认的赋值，假如这个赋值所定义的ECC位置与你的硬件一致的话，那就不必在你的驱动中手动赋值了。其实对大多数硬件(这里所说的硬件，不是指NAND芯片，而是NAND控制器)来说，是不必手动赋值的，但也有许多例外。
　　值得一提的是，这个结构体不仅仅用来定义ECC布局，也可以用来将你的驱动在oob中需要额外用到的字节位置保护起来。
　　现在对struct nand_ecclayout 这个结构体进行一下说明。
　　uint32_t eccbytes：ECC的字节数，对于512B-per-page的NAND来说，eccbytes = 3，如果你需要额外用到oob中的数据，那么也可以大于3.
　　uint32_t eccpos[64]：ECC数据在oob中的位置，这里之所以是个64字节的数组，是因为对于2048-per-page的NAND来说，它的oob有64个字节。而对于512B-per-page的NAND来说，可以而且只可以定义它的前16个字节。
　　uint32_t oobavail：oob中可用的字节数，这个值不用赋值，MTD会根据其它三个变量自动计算得到。
　　struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES]：显示定义空闲的oob字节。
　　四、基于MTD的NAND 驱动架构
　　1 、platform_device 和platform_driver 的定义和注册
　　对于我们的NAND driver ，以下是一个典型的例子：
　　static struct platform_driver caorr_nand_driver = {
　　. driver = {
　　. name = " caorr-nand" ,
　　. owner = THIS_MODULE,
　　} ,
　　. probe = caorr_nand_probe,
　　. remove = caorr_nand_remove,
　　} ;
　　static int __init caorr_nand_init( void )
　　{
　　printk( "CAORR NAND Driver, (c) 2008-2009. " ) ;
　　return platform_driver_register( & caorr_nand_driver) ;
　　}
　　static void __exit caorr_nand_exit( void )
　　{
　　platform_driver_unregister( & caorr_nand_driver) ;
　　}
　　module_init( caorr_nand_init) ;
　　module_exit( caorr_nand_exit) ;
　　与大多数嵌入式Linux 驱动一样，NAND 驱动也是从module_init 宏开始。 caorr_nand_init 是驱动初始化函数，在此函数中注册platform driver 结构体，platform driver 结构体中自然需要定义probe 和remove 函数。其实在大多数嵌入式Linux 驱动中，这样的套路基本已经成了一个定式
　　至于module_init 有什么作用，caorr_nand_probe 又是何时调用的，以及这个driver 是怎么和NAND 设备联系起来的，就不再多说了，这里只提三点：
　　A、 以上代码只是向内核注册了NAND 的platform_driver ，即caorr_nand_driver ，我们当然还需要一个NAND 的platform_device ，要不然caorr_nand_driver 的probe 函数就永远不会被执行，因为没有device 需要这个driver 。
　　B、 向Linux 内核注册NAND 的platform_device 有两种方式：
　　其一是直接定义一个NAND 的platform_device 结构体，然后调用platform_device_register 函数注册。作为例子，我们可以这样定义NAND 的platform_device 结构体：
　　struct platform_device caorr_nand_device = {
　　. name = "caorr-nand" ,
　　. id = - 1,
　　. num_resources = 0,
　　. resource = NULL ,
　　. dev = {
　　. platform_data = & caorr_platform_default_nand,
　　}
　　} ;
　　platform_device_register( & caorr_nand_device) ; 其中num_resources 和resource 与具体的硬件相关，主要包括一些寄存器地址范围和中断的定义。caorr_platform_default_nand 待会儿再说。需要注意的是，这个platform_device 中name 的值必须与platform_driver->driver->name 的值完全一致，因为platform_bus_type 的match 函数是根据这两者的name 值来进行匹配的。 其二是用platform_device_alloc 函数动态分配一个platform_device ，然后再用platform_device_add 函数把这个platform_device 加入到内核中去。具体不再细说，Linux 内核中有很多例子可以参考。
　　相对来说，第一种方式更加方便和直观一点，而第二种方式则更加灵活一点。
　　C、 在加载NAND 驱动时，我们还需要向MTD Core 提供一个信息，那就是NAND 的分区信息，caorr_platform_default_nand 主要就是起这个作用，更加详细的容后再说。
　　2 、MTD 架构的简单描述
　　MTD(memory technology device 存储技术设备) 是用于访问memory 设备（ROM 、flash ）的Linux 的子系统。MTD 的主要目的是为了使新的memory 设备的驱动更加简单，为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD 的所有源代码在/drivers/mtd 子目录下。MTD 设备可分为四层（从设备节点直到底层硬件驱动），这四层从上到下依次是：设备节点、MTD 设备层、MTD 原始设备层和硬件驱动层。
　　
　　A、Flash硬件驱动层：硬件驱动层负责驱动Flash硬件。
　　B、MTD原始设备：原始设备层有两部分组成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定的Flash的数据，例如分区。
　　用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info，这其中定义了大量的关 于MTD的数据和操作函数。mtd_table（mtdcore.c）则是所有MTD原始设备的列表，mtd_part（mtd_part.c）是用于表 示MTD原始设备分区的结构，其中包含了mtd_info，因为每一个分区都是被看成一个MTD原始设备加在mtd_table中 的，mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part->master中获得。
　　在drivers/mtd/maps/子目录下存放的是特定的flash的数 据，每一个文件都描述了一块板子上的flash。其中调用add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/删除 mtd_info结构并将其加入/删除mtd_table（或者调用add_mtd_partition()、del_mtd_partition() （mtdpart.c）建立/删除mtd_part结构并将mtd_part.mtd_info加入/删除mtd_table 中）。
　　C、MTD设备层：基于MTD原始设备，linux系统可以定义出MTD的块 设备（主设备号31）和字符设备（设备号90）。MTD字符设备的定义在mtdchar.c中实现，通过注册一系列file operation函数（lseek、open、close、read、write）。MTD块设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构 mtdblk_dev，并声明了一个名为mtdblks的指针数组，这数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个 mtd_info一一对应。
　　D、设备节点：通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点（主设备号为90）和MTD块设备节点（主设备号为31），通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。
　　E、根文件系统：在Bootloader中将JFFS（或JFFS2）的文件 系统映像jffs.image（或jffs2.img）烧到flash的某一个分区中，在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的 your_fixup函数中将该分区作为根文件系统挂载。
　　F、文件系统：内核启动后，通过mount 命令可以将flash中的其余分区作为文件系统挂载到mountpoint上。
　　以上是从网上找到的一些资料，我只是断断续续地看过一些code，没有系统地研究过，所以这里只能讲一下MTD原始设备层与FLASH硬件驱动之间的交互。
　　一个MTD原始设备可以通过mtd_part分割成数个MTD原 始设备注册进mtd_table，mtd_table中的每个MTD原始设备都可以被注册成一个MTD设备，有两个函数可以完成这个工作，即 add_mtd_device函数和add_mtd_partitions函数。
　　其中add_mtd_device函数是把整个NAND FLASH注册进MTD Core，而add_mtd_partitions函数则是把NAND FLASH的各个分区分别注册进MTD Core。
　　add_mtd_partitions函数的原型是：
　　其中master就是这个MTD原始设备，parts即NAND的分区信息，nbparts指有几个分区。那么parts和nbparts怎么来？caorr_platform_default_nand 就是起这个作用了。
　　static struct mtd_partition caorr_platform_default_nand[ ] = {
　　[ 0] = {
　　. name = "Boot Strap" ,
　　. offset = 0,
　　. size = 0x40000,
　　} ,
　　[ 1] = {
　　. name = "Bootloader" ,
　　. offset = MTDPART_OFS_APPEND,
　　. size = 0x40000,
　　} ,
　　[ 2] = {
　　. name = "Partition Table" ,
　　. offset = MTDPART_OFS_APPEND,
　　. size = 0x40000,
　　} ,
　　[ 3] = {
　　. name = "Linux Kernel" ,
　　. offset = MTDPART_OFS_APPEND,
　　. size = 0x500000,
　　} ,
　　[ 4] = {
　　. name = "Rootfs" ,
　　. offset = MTDPART_OFS_APPEND,
　　. size = MTDPART_SIZ_FULL,
　　} ,
　　} ;
　　其中offset是分区开始的偏移地址，在后4个分区我们设为 MTDPART_OFS_APPEND，表示紧接着上一个分区，MTD Core会自动计算和处理分区地址；size是分区的大小，在最后一个分区我们设为MTDPART_SIZ_FULL，表示这个NADN剩下的所有部分。
　　这样配置NAND的分区并不是唯一的，需要视具体的系统而定，我们可以在kernel中这样显式的指定，也可以使用bootloader传给内核的参数进行配置。
　　另外，MTD对NAND芯片的读写主要分三部分：
　　A、struct mtd_info中的读写函数，如read，write_oob等，这是MTD原始设备层与FLASH硬件层之间的接口；
　　B、struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，如read_page_raw，write_page等，主要用来做一些与ecc有关的操作；
　　C、struct nand_chip中的读写函数，如read_buf，cmdfunc等，与具体的NAND controller相关，就是这部分函数与硬件交互，通常需要我们自己来实现。(注：这里提到的read，write_oob，cmdfunc等，其实 都是些函数指针，所以这里所说的函数，是指这些函数指针所指向的函数，以后本文将不再另做说明。)
　　值得一提的是，struct nand_chip中的读写函数虽然与具体的NAND controller相关，但是MTD也为我们提供了default的读写函数，如果你的NAND controller比较通用(使用PIO模式)，对NAND芯片的读写与MTD提供的这些函数一致，就不必自己实现这些函数了。
　　这三部分读写函数是相互配合着完成对NAND芯片的读写的。首 先，MTD上层需要读写NAND芯片时，会调用struct mtd_info中的读写函数，接着struct mtd_info中的读写函数就会调用struct nand_chip或struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，最后，若调用的是struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，那么它又会接着调用struct nand_chip中的读写函数。如下图所示：
　　
　　以读NAND芯片为例，讲解一下这三部分读写函数的工作过程。
　　首先，MTD上层会调用struct mtd_info中的读page函数，即nand_read函数。
　　接着nand_read函数会调用struct nand_chip中cmdfunc函数，这个cmdfunc函数与具体的NAND controller相关，它的作用是使NAND controller向NAND 芯片发出读命令，NAND芯片收到命令后，就会做好准备等待NAND controller下一步的读取。
　　接着nand_read函数又会调用struct nand_ecc_ctrl中的read_page函数，而read_page函数又会调用struct nand_chip中read_buf函数，从而真正把NAND芯片中的数据读取到buffer中(所以这个read_buf的意思其实应该是read into buffer，另外，这个buffer是struct mtd_info中的nand_read函数传下来的)。
　　read_buf函数返回后，read_page函数就会对buffer中的数据做一些处理，比如校验ecc，以及若数据有错，就根据ecc对数据修正之类的，最后read_page函数返回到nand_read函数中。
　　对NAND芯片的其它操作，如写，擦除等，都与读操作类似
　　五、NAND 驱动中的probe 函数 对于很多嵌入式Linux 的外设driver 来说，probe 函数将是我们遇到的第一个与具体硬件打交道，同时也相对复杂的函数。而且根据我的经验，对于很多外设的driver 来说，只要能成功实现probe 函数，那基本上完成这个外设的driver 也就成功了一多半，基于MTD 的NAND driver 就是一个典型的例子。稍后就可以看到，在NAND driver 的probe 函数中，就已经涉及到了对NAND 芯片的读写。
　　在基于MTD 的NAND driver 的probe 函数中，主要可以分为两部分内容，其一是与很多外设driver 类似的一些工作，如申请地址，中断，DMA 等资源，kzalloc 及初始化一些结构体，分配DMA 用的内存等等；其二就是与MTD 相关的一
　　些特定的工作，在这里我们将只描述第二部分内容。
　　1 、probe 函数中与MTD 相关的结构体
　　在probe 函数中，我们需要为三个与MTD 相关的结构体分配内存以及初始化，它们是struct mtd_info 、struct mtd_partition 和struct nand_chip 。其中前两者已经在前面做过说明，在此略过，这里只对struct nand_chip 做一些介绍。
　　struct nand_chip 是一个与NAND 芯片密切相关的结构体，主要包含三方面内容：
　　A. 指向一些操作NAND 芯片的函数的指针，稍后将对这些函数指针作一些说明；
　　B. 表示NAND 芯片特性的成员变量，主要有：
　　unsigned int options ：与具体的NAND 芯片相关的一些选项，如NAND_NO_AUTOINCR ，NAND_BUSWIDTH_16 等，至于这些选项具体表示什么含义，可以参考 ，那里有较为详细的说明；
　　int page_shift ：用位表示的NAND 芯片的page 大小，如某片NAND 芯片的一个page 有512 个字节，那么page_shift 就是9 ；
　　int phys_erase_shift ：用位表示的NAND 芯片的每次可擦除的大小，如某片NAND 芯片每次可擦除16K 字节( 通常就是一个block 的大小) ，那么phys_erase_shift 就是14 ；
　　int bbt_erase_shift ：用位表示的bad block table 的大小，通常一个bbt 占用一个block ，所以bbt_erase_shift 通常与phys_erase_shift 相等；
　　int chip_shift ：用位表示的NAND 芯片的容量；
　　int numchips ：表示系统中有多少片NAND 芯片；
　　unsigned long chipsize ：NAND 芯片的大小；
　　int pagemask ：计算page number 时的掩码，总是等于chipsize/page 大小 － 1 ；
　　int pagebuf ：用来保存当前读取的NAND 芯片的page number ，这样一来，下次读取的数据若还是属于同一个page ，就不必再从NAND 芯片读取了，而是从data_buf 中直接得到；
　　int badblockpos ：表示坏块信息保存在oob 中的第几个字节。在每个block 的第一个page 的oob 中，通常用1 或2 个字节来表示这是否为一个坏块。对于绝大多数的NAND 芯片，若page size > 512 ，那么坏块信息从Byte 0 开始存储，否则就存储在Byte 5 ，即第六个字节。
　　C. 与ecc ，oob 和bbt (bad block table) 相关的一些结构体，对于坏块及坏块管理，将在稍后做专门介绍。
　　2 、对NAND 芯片进行实际操作的函数
　　前面已经说过，MTD 为我们提供了许多default 的操作NAND 的函数，这些函数与具体的硬件( 即NAND controller) 相关，而现有的NAND controller 都有各自的特性和配置方式，MTD 当然不可能为所有的NAND controller 都提供一套这样的函数，所以在MTD 中定义的这些函数只适用于通用的NAND controller( 使用PIO 模式) 。
　　如果你的NAND controller 在操作或者说读写NAND 时有自己独特的方式，那就必须自己定义适用于你的NAND controller 的函数。一般来说，这些与硬件相关的函数都在struct nand_chip 结构体中定义，或者应该说是给此结构体中的函数指针赋值。为了更好的理解，我想有必要对struct nand_chip 中几个重要的函数指针做一些说明。
　　struct nand_chip {
　　void __iomem * IO_ADDR_R;
　　void __iomem * IO_ADDR_W;
　　uint8_t ( * read_byte) ( struct mtd_info * mtd) ;
　　u16 ( * read_word) ( struct mtd_info * mtd) ;
　　void ( * write_buf) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * buf, int len) ;
　　void ( * read_buf) ( struct mtd_info * mtd, uint8_t * buf, int len) ;
　　int ( * verify_buf) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * buf, int len) ;
　　void ( * select_chip) ( struct mtd_info * mtd, int chip) ;
　　int ( * block_bad) ( struct mtd_info * mtd, loff_t ofs, int getchip) ;
　　int ( * block_markbad) ( struct mtd_info * mtd, loff_t ofs) ;
　　void ( * cmd_ctrl) ( struct mtd_info * mtd, int dat, unsigned int ctrl) ;
　　int ( * dev_ready) ( struct mtd_info * mtd) ;
　　void ( * cmdfunc) ( struct mtd_info * mtd, unsigned command, int column, int page_addr) ;
　　int ( * waitfunc) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * this ) ;
　　void ( * erase_cmd) ( struct mtd_info * mtd, int page) ;
　　int ( * scan_bbt) ( struct mtd_info * mtd) ;
　　int ( * errstat) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * this , int state, int status, int page) ;
　　int ( * write_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf, int page, intcached, int raw) ;
　　……
　　struct nand_ecc_ctrl ecc;
　　……
　　} IO_ADDR_R 和IO_ADDR_W ：8 位NAND 芯片的读写地址，如果你的NAND controller 是用PIO 模式与NAND 芯片交互，那么只要把这两个值赋上合适的地址，就完全可以使用MTD 提供的default 的读写函数来操作NAND 芯片了。所以这两个变量视具体的NAND controller 而定，不一定用得着；
　　read_byte 和read_word ：从NAND 芯片读一个字节或一个字，通常MTD 会在读取NAND 芯片的ID ，STATUS 和OOB 中的坏块信息时调用这两个函数，具体是这样的流程，首先MTD 调用cmdfunc 函数，发起相应的命令，NAND 芯片收到命令后就会做好准备，最后MTD 就会调用read_byte 或read_word 函数从NAND 芯片中读取芯片的ID ，STATUS 或者OOB ；
　　read_buf 、write_buf 和verify_buf ：分别是从NAND 芯片读取数据到buffer ，把buffer 中的数据写入到NAND 芯片，和从NAND 芯片中读取数据并验证。调用read_buf 时的流程与read_byte 和read_word 类似，MTD 也是先调用cmdfunc 函数发起读命令( 如NAND_CMD_READ0 命令) ，接着NAND 芯片收到命令后做好准备，最后MTD 再调用read_buf 函数把NAND 芯片中的数据读取到buffer 中。调用write_buf 函数的流程与read_buf 相似；
　　select_chip ：因为系统中可能有不止一片NAND 芯片，所以在对NAND 芯片进行操作前，需要这个函数来指定一片NAND 芯片；
　　cmdfunc ：向NAND 芯片发起命令；
　　waitfunc ：NAND 芯片在接收到命令后，并不一定能立即响应NAND controller 的下一步动作，对有些命令，比如erase ，program 等命令，NAND 芯片需要一定的时间来完成，所以就需要这个waitfunc 来等待NAND 芯片完成命令，并再次进入准备好状态；
　　write_page ：把一个page 的数据写入NAND 芯片，这个函数一般不需我们实现，因为它会调用struct nand_ecc_ctrl 中的write_page_raw或者write_page 函数，关于这两个函数将在稍后介绍。
　　以上提到的这些函数指针，都是REPLACEABLE 的，也就是说都是可以被替换的，根据你的NAND controller ，如果你需要自己实现相应的函数，那么只需要把你的函数赋值给这些函数指针就可以了，如果你没有赋值，那么MTD 会把它自己定义的default 的函数赋值给它们。
　　顺便提一下，以上所说的读写NAND 芯片的流程并不是唯一的，如果你的NAND controller 在读写NAND 芯片时有自己独特的方式，那么完全可以按照自己的方式来做。就比如我们公司芯片的NAND controller ，因为它使用DMA 的方式从NAND 芯片中读写数据，所以在我的NAND driver 中，读数据的流程是这样的：首先在cmdfunc 函数中初始化DMA 专用的buffer ，配置NAND 地址，发起命令等，在cmdfunc 中我几乎做了所有需要与NAND 芯片交互的事情，总之等cmdfunc 函数返回后，NAND 芯片中的数据就已经在DMA 专用的buffer 中了，之后MTD 会再调用read_buf 函数，所以我的read_buf 函数其实只是把数据从DMA 专用的buffer 中，拷贝到MTD 提供的buffer 中罢了。
　　最后，struct nand_chip 结构体中还包含了一个很重要的结构体，即struct struct nand_ecc_ctrl ，该结构体中也定义了几个很重要的函数指针。它的定义如下：
　　struct nand_ecc_ctrl {
　　……
　　void ( * hwctl) ( struct mtd_info * mtd, int mode) ;
　　int ( * calculate) ( struct mtd_info * mtd, const uint8_t * dat, uint8_t * ecc_code) ;
　　int ( * correct) ( struct mtd_info * mtd, uint8_t * dat, uint8_t * read_ecc, uint8_t * calc_ecc) ;
　　int ( * read_page_raw) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, uint8_t * buf) ;
　　void ( * write_page_raw) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf) ;
　　int ( * read_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, uint8_t * buf) ;
　　void ( * write_page) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, const uint8_t * buf) ;
　　int ( * read_oob) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, int page, int sndcmd) ;
　　int ( * write_oob) ( struct mtd_info * mtd, struct nand_chip * chip, int page) ;
　　} ;
　　hwctl ：这个函数用来控制硬件产生ecc ，其实它主要的工作就是控制NAND controller 向NAND 芯片发出NAND_ECC_READ 、NAND_ECC_WRITE 和NAND_ECC_READSYN 等命令，与struct nand_chip 结构体中的cmdfunc 类似，只不过发起的命令是ECC 相关的罢了；
　　calculate ：根据data 计算ecc 值；
　　correct ：根据ecc 值，判断读写数据时是否有错误发生，若有错，则立即试着纠正，纠正失败则返回错误；
　　read_page_raw 和write_page_raw ：从NAND 芯片中读取一个page 的原始数据和向NAND 芯片写入一个page 的原始数据，所谓的原始数据，即不对读写的数据做ecc 处理，该读写什么值就读写什么值。另外，这两个函数会读写整个page 中的所有内容，即不但会读写一个page 中MAIN 部分，还会读写OOB 部分。
　　read_page 和write_page ：与read_page_raw 和write_page_raw 类似，但不同的是，read_page 和write_page 在读写过程中会加入ecc 的计算，校验，和纠正等处理。
　　read_oob 和write_oob ：读写oob 中的内容，不包括MAIN 部分。
　　其实，以上提到的这几个read_xxx 和write_xxx 函数，最终都会调用struct nand_chip 中的read_buf 和write_buf 这两个函数，所以如果没有特殊需求的话，我认为不必自己实现，使用MTD 提供的default 的函数即可。
　　为进一步理解各函数之间的调用关系，这里提供一张从网上找到的write NAND 芯片的流程图，仅供参考：
　　
　　3 、probe 函数的工作流程
　　由前面的说明可知，我们在要对NAND 芯片进行实际操作前已经为struct mtd_info 、struct mtd_partition 和struct nand_chip 这三个结构体分配好了内存，接下来就要为它们做一些初始化工作。
　　其中，我们需要为struct mtd_info 所做的初始化工作并不多，因为MTD Core 会在稍后为它做很多初始化工作，但是有一点必须由我们来做，那就是把指向struct nand_chip 结构体的指针赋给struct mtd_info 的priv 成员变量，因为MTD Core 中很多函数之间的调用都只传递struct mtd_info ，它需要通过priv 成员变量得到struct nand_chip 。
　　对于struct mtd_partition 的赋值，前面已经做过介绍，这里不再赘述。
　　所以，为struct nand_chip 的初始化，才是我们在probe 函数中的主要工作。其实这里所谓的初始化，主要就是为struct nand_chip 结构体中的众多函数指针赋值。
　　前面已经为struct nand_chip 结构体中的函数指针做过说明，想必你已经知道这些函数指针所指向的函数具体实现什么样的功能，负责做什么事情。那么如何让这些函数实现既定的功能呢？这就与具体的NAND controller 有关了，实在没办法多说。根据你的NAND controller ，也许你需要做很多工作，为struct nand_chip 中的每一个函数指针实现特定的函数，也或许你只需要为IO_ADDR_R 和IO_ADDR_W赋上地址，其它则什么都不做，利用MTD 提供的函数即可。
　　现在假定你定义好了所有需要的与NAND 芯片交互的函数，并已经把它们赋给了struct nand_chip 结构体中的函数指针。当然，此时你还不能保证这些函数一定能正确工作，但是没有关系，probe 函数在接下来的工作中会调用到几乎所有的这些函数，你可以依次来验证和调试。当你的probe 函数能顺利通过后，那么这些函数也就基本没什么问题了，你的NAND 驱动也就已经完成了80 ％了。
　　接下来，probe 函数就会开始与NAND 芯片进行交互了，它要做的事情主要包括这几个方面：读取NAND 芯片的ID ，然后查表得到这片NAND 芯片的如厂商，page size ，erase size 以及chip size 等信息，接着，根据struct nand_chip 中options 的值的不同，或者在NAND芯片中的特定位置查找bad block table ，或者scan 整个NAND 芯片，并在内存中建立bad block table 。说起来复杂，但其实所有的这些动作，都可以在MTD 提供的一个叫做nand_scan 的函数中完成。
　　我虽然研读过nand_scan 函数中的代码，但不会在这里做情景分析式的详细说明，若你对这部分代码的实现感兴趣，可以参考以下两篇文章：
　　关于nand_scan 函数，在使用时我想有一个地方值得一提。
　　nand_scan 函数主要有两个两个函数组成，即nand_scan_ident 函数和nand_scan_tail 函数。其中nand_scan_ident 函数会读取NAND 芯片的ID ，而nand_scan_tail 函数则会查找或者建立bbt (bad block table) 。
　　在一般情况下，我们可以直接调用nand_scan 函数来完成所要做的工作，然而却并不总是如此，在有些情况下，我们必须分别调用nand_scan_ident 函数和nand_scan_tail 函数，因为在这两者之间，我们还需要做一些额外的工作。那么这里所谓的额外的工作，具体是做什么呢？
　　在《基于MTD 的NAND 驱动开发( 一) 》中介绍过一个叫做struct nand_ecclayout 的结构体，它用来定义ecc 在oob 中的布局。对于small page( 每页512 Byte) 和big page( 每页2048 Byte) 的两种NAND 芯片，它们的ecc 在oob 中的布局不尽相同。
　　如果你的driver 中对这两种芯片的ecc 布局与MTD 中定义的default 的布局一致，那么就很方便，直接调用nand_scan 函数即可。但如果不是，那你就需要为这两种不同的NAND 芯片分别定义你的ecc 布局。于是问题来了，因为我们在调用nand_scan_ident 函数之前，是不知道系统中的NAND 芯片是small page 类型的，还是big page 类型，然而在调用nand_scan_tail 函数之前，却必须确定NAND 芯片的oob 布局( 包括ecc 布局和坏块信息pattern) ，因为nand_scan_tail 函数在读取oob 以及处理ecc 时需要这个信息。
　　所以在这种情况下，我们就需要首先调用nand_scan_ident 函数，它会调用一个叫做nand_get_flash_type 的函数，MTD 就是在这个函数中读取NAND 芯片的ID ，然后就能查表( 即全局变量nand_flash_ids) 知道这片NAND 芯片的类型( 即writesize 的大小) 了。
　　接下来，你就可以在你的NAND 驱动中，根据writesize 的大小来区分ecc 的布局了。最后，我们就可以顺利地调用nand_scan_tail 函数了。 六、NAND驱动中的坏块管理 由于NAND Flash的现有工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠，因此在NAND芯片出厂的时候，厂家只能保证block 0不是坏块，对于其它block，则均有可能存在坏块，而且NAND芯片在使用的过程中也很容易产生坏块。因此，我们在读写NAND FLASH 的时候，需要检测坏块，同时还需在NAND驱动中加入坏块管理的功能。
　　NAND驱动在加载的时候，会调用nand_scan函数，对bad block table的搜寻，建立等操作就是在这个函数的第二部分，即nand_scan_tail函数中完成的。
　　在nand_scan_tail函数中，会首先检查struct nand_chip结构体中的options成员变量是否被赋上了NAND_SKIP_BBTSCAN，这个宏表示跳过扫描bbt。所以，只有当你的 driver中没有为options定义NAND_SKIP_BBTSCAN时，MTD才会继续与bbt相关工作，即调用struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数，在MTD中，这个函数指针指向nand_default_bbt函数。
　　bbt有两种存储方式，一种是把bbt存储在NAND芯片中，另一种是把bbt存储在内存中。对于前者，好处是驱动加载更快，因为它只 会在第一次加载NAND驱动时扫描整个NAND芯片，然后在NAND芯片的某个block中建立bbt，坏处是需要至少消耗NAND芯片一个block的 存储容量；而对于后者，好处是不会耗用NAND芯片的容量，坏处是驱动加载稍慢，因为存储在内存中的bbt每次断电后都不会保存，所以在每次加载NAND 驱动时，都会扫描整个NAND芯片，以便建立bbt。
　　如果你系统中的NAND芯片容量不是太大的话，我建议还是把bbt存储在内存中比较好，因为根据本人的使用经验，对一块容量为2G bits的NAND芯片，分别采用这两种存储方式的驱动的加载速度相差不大，甚至几乎感觉不出来。
　　建立bbt后，以后在做擦除等操作时，就不用每次都去验证当前block是否是个坏块了，因为从bbt中就可以得到这个信息。另外，若在读写等操作时，发现产生了新的坏块，那么除了标志这个block是个坏块外，也还需更新bbt。
　　接下来，介绍一下MTD是如何查找或者建立bbt的。
　　struct nand_chip中的scan_bbt函数指针所指向的函数，即nand_default_bbt函数会首先检查struct nand_chip中options成员变量，如果当前NAND芯片是AG-AND类型的，会强制把bbt存储在NAND芯片中，因为这种类型的NAND 芯片中含有厂家标注的"好块"信息，擦除这些block时会导致丢失坏块信息。
　　接着nand_default_bbt函数会再次检查struct nand_chip中options成员变量，根据它是否定义了NAND_USE_FLASH_BBT，而为struct nand_chip中3个与bbt相关的结构体附上不同的值，然后再统一调用nand_scan_bbt函数，nand_scan_bbt函数会那3个结 构体的不同的值做不同的动作，或者把bbt存储在NAND芯片中，或者把bbt存储在内存中。
　　bbt指向一块在 nand_default_bbt函数中分配的内存，若options中没有定义NAND_USE_FLASH_BBT，MTD就直接在bbt指向的内存 中建立bbt，否则就会先从NAND芯片中查找bbt是否存在，若存在，就把bbt的内容读出来并保存到bbt指向的内存中，若不存在，则在bbt指向的 内存中建立bbt，最后把它写入到NAND芯片中去。
　　bbt_td、bbt_md和badblock_pattern就是在nand_default_bbt函数中赋值的3个结构体。它们虽然是相同的结构体类型，但却有不同的作用和含义。
　　其 中bbt_td和bbt_md是主bbt和镜像bbt的描述符(镜像bbt主要用来对bbt的update和备份)，它们只在把bbt存储在NAND芯片 的情况下使用，用来从NAND芯片中查找bbt。若bbt存储在内存中，bbt_td和bbt_md将会被赋值为NULL。
　　badblock_pattern就是坏块信息的pattern，其中定义了坏块信息在oob中的存储位置，以及内容(即用什么值表示这个block是个坏块)。
　　通常用1或2个字节来标志一个block是否为坏块，这1或2个字节就是坏块信息，如果这1或2个字节的内容是0xff，那就说明这个 block是好的，否则就是坏块。对于坏块信息在NAND芯片中的存储位置，small page(每页512 Byte)和big page(每页2048 Byte)的两种NAND芯片不尽相同。一般来说，small page的NAND芯片，坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第六个字节中，而big page的NAND芯片，坏块信息存储在每个block的第一个page的oob的第1和第2个字节中。
　　我不能确定是否所有的NAND芯片都是如此布局，但应该绝大多数NAND芯片是这样的，不过，即使某种NAND芯片的坏块信息不是这样 的存储方式也没关系，因为我们可以在badblock_pattern中自己指定坏块信息的存储位置，以及用什么值来标志坏块(其实这个值表示的应该是 "好块"，因为MTD会把从oob中坏块信息存储位置读出的内容与这个值做比较，若相等，则表示是个"好块"，否则就是坏块)。
　　options：bad block table或者bad block的选项，可用的选择以及各选项具体表示什么含义，可以参考。
　　pages：bbt专用。在查找bbt的时候，若找到了bbt，就把bbt所在的page号保存在这个成员变量中。若没找到bbt，就 会把新建立的bbt的保存位置赋值给它。因为系统中可能会有多个NAND芯片，我们可以为每一片NAND芯片建立一个bbt，也可以只在其中一片NAND 芯片中建立唯一的一个bbt，所以这里的pages是个维数为NAND_MAX_CHIPS的数值，用来保存每一片NAND芯片的bbt位置。当然，若只 建立了一个bbt，那么就只使用pages[0]。
　　offs、len和pattern：MTD会从oob的offs中读出len长度的内容，然后与pattern指针指向的内容做比较，若相等，则表示找到了bbt，或者表示这个block是好的。
　　veroffs和version：bbt专用。MTD会从oob的veroffs中读出一个字节的内容，作为bbt的版本值保存在version中。
　　maxblocks：bbt专用。MTD在查找bbt的时候，不会查找NAND芯片中所有的block，而是最多查找maxblocks个block。
　　前文说过，不管bbt是存储在NAND芯片中，还是存储在内存中，nand_default_bbt函数都会调用nand_scan_bbt函数。
　　nand_scan_bbt函数会判断bbt_td的值，若是NULL，则表示bbt存储在内存中，它就在调用nand_memory_bbt函数后返回。nand_memory_bbt函数的主要工作就是在内存中建立bbt，其实就是调用了create_bbt函数。
　　create_bbt函数的工作方式很简单，就是扫描NAND芯片所有的block，读取每个block中第一个page的oob内 容，然后根据oob中的坏块信息建立起bbt，可以参见上节关于struct nand_bbt_descr中的offs、len和pattern成员变量的解释。
　　相对于把bbt存储在内存中，这种方式的工作流程稍显复杂一点。
　　其一是调用read_abs_bbts函数直接从给定的page地址读取，那么这个page地址在什么时候指定呢？就是在你的NAND driver中指定。前文说过，在struct nand_chip结构体中有两个成员变量，分别是bbt_td和bbt_md，MTD为它们附上了default的值，但是你也可以根据你的需要为它们 附上你自己定义的值。假如你为bbt_td和bbt_md的options成员变量定义了NAND_BBT_ABSPAGE，同时又把你的bbt所在的 page地址保存在bbt_td和bbt_md的pages成员变量中，MTD就可以直接在这个page地址中读取bbt了。值得一提的是，在实际使用时 一般不这么干，因为你不能保证你保存bbt的那个block就永远不会坏，而且这样也不灵活；
　　其二是调用那个search_read_bbts函数试着在NAND芯片的maxblocks(请见上文关于struct nand_bbt_descr中maxblocks的说明)个block中查找bbt是否存在，若找到，就可以读取bbt了。
　　MTD查找bbt的过程为：如果你在bbt_td和bbt_md的options 成员变量中定义了 NAND_BBT_LASTBLOCK，那么MTD就会从NAND芯片的最后一个block开始查找(在default情况下，MTD就是这么干的)，否 则就从第一个block开始查找。
　　与查找oob中的坏块信息时类似，MTD会从所查找block的第一个page的oob中读取内容，然后与bbt_td或bbt_md 中patter指向的内容做比较，若相等，则表示找到了bbt，否则就继续查找下一个block。顺利的情况下，只需查找一个block中就可以找到 bbt，否则MTD最多会查找maxblocks个block。
　　若找到了bbt，就把该bbt所在的page地址保存到bbt_td或bbt_md的pages成员变量中，否则pages的值为-1。
　　如果系统中有多片NAND芯片，并且为每一片NAND芯片都建立一个bbt，那么就会在每片NAND芯片上重复以上过程。
　　接着，nand_scan_bbt函数会调用check_create函数，该函数会判断是否找到了bbt，其实就是判断bbt_td 或者bbt_md中pages成员变量的值是否有效。若找到了bbt，就会把bbt从NAND芯片中读取出来，并保存到struct nand_chip中bbt指针指向的内存中；若没找到，就会调用create_bbt函数建立bbt(与bbt存储在内存中时情况一样)，同时把bbt 写入到NAND芯片中去。
　　自从写了《基于MTD的NAND驱动开发(一)》后，好久没有动笔，时隔一年才把这篇文章写完，真是惭愧！不过，不管怎么样，总算是写完了，除了还有一些ECC相关的内容外，也基本把我想表达的内容都表达出来了。
　　本文没有纠缠于MTD中每一句code怎么实现这种细节，因为一来本文主要是写给我自己的，二来我觉得对于开发一个基于NAND的驱动 来说，并不需要对MTD中的每一条代码都彻底细致的研究，只要能在总体或者大局上有所把握，能了解MTD中主要函数的工作流程，也就可以了。而且，我觉得 对于太细节的东西，只依靠讲解是不起什么作用的，还得自己去研读代码才能明白和掌握。