mtd基础介绍（收藏）

MTD，Memory Technology Device即内存技术设备

字符设备和块设备的区别在于前者只能被顺序读写，后者可以随机访问；同时，两者读写数据的基本单元不同。

字符设备，以字节为基本单位，在Linux中，字符设备实现的比较简单，不需要缓冲区即可直接读写，内核例程和用户态API一一对应，用户层的Read函数直接对应了内核中的Read例程，这种映射关系由字符设备的file_operations维护。

块设备，则以块为单位接受输入和返回输出。对这种设备的读写是按块进行的，其接口相对于字符设备复杂，read、write API没有直接到块设备层，而是直接到文件系统层，然后再由文件系统层发起读写请求。
同时，由于块设备的IO性能与CPU相比很差，因此，块设备的数据流往往会引入文件系统的Cache机制。

MTD设备既非块设备也不是字符设备，但可以同时提供字符设备和块设备接口来操作它。

MTD总概述

Linux中MTD的所有源码位于/drivers/mtd子目录下,

MTD设备通常可分为四层
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。

一、Flash硬件驱动层
硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件并建立从具体设备到MTD原始设备映射关系
tip: 映射关系通常包括分区信息、I/O映射及特定函数的映射
drivers/mtd/chips :   CFI/jedec接口通用驱动
drivers/mtd/nand :   nand通用驱动和部分底层驱动程序
drivers/mtd/maps :   nor flash映射关系相关函数
drivers/mtd/devices:   nor flash底层驱动

二、MTD原始设备
用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info，它定义了大量的关于MTD的数据和操作函数。
mtdcore.c : MTD原始设备接口相关实现
mtdpart.c : MTD分区接口相关实现

三、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）。
mtdchar.c : MTD字符设备接口相关实现
mtdblock.c : MTD块设备接口相关实现

四、设备节点
通过mknod在/dev子目录下建立MTD块设备节点（主设备号为31）和MTD字符设备节点（主设备号为90）
通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备
具体参考: working-with-mtd-devices

五、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。

MTD数据结构

重要的数据结构:
1. mtd_info 表示mtd原始设备, 所有mtd_info结构体被存放在mtd_info数组mtd_table中

2. mtd_part 表示MTD分区，其中包含了 mtd_info，每一个分区都是被看成一个MTD 原始设备
在mtd_table中，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
tip: master不作为一个mtd原始设备加入mtd_table

各层之间的交互如下图

mtd_info的主要数据结构

域	作用
type	mtd类型, 包括MTD_NORFLASH,MTD_NANDFLASH等(See mtd-abi.h)
flags	标志位, MTD_WRITEABLE,MTD_NO_ERASE等(See mtd-abi.h)
size	mtd设备的大小
erasesize	主要的擦除大小, 即Flash的块大小 (tip: mtd设备可能有多个erasesize)
writesize	写大小, 对于norFlash是字节,对nandFlash为一页
oobsize	每块oob数据量, eg 16
oobavail
name	命名
index
ecclayout	nand_ecclayout结构体指针, 表示的是ecc布局,可参考硬件手册的OOB中ecc布局
numeraseregions	可变擦除区域的数目, 通常为1
eraseregions	mtd_erase_region_info结构体指针, 可变擦除区域
erase	擦除Flash函数
read/write	读写Flash函数
read_oob/write_oob	带oob读写Flash函数
suspend/resume	Power Management functions
priv	私有数据, cfi接口flash指向map_info结构, 或指向自定义flash相关结构体

mtd_part的主要数据结构

域	作用
mtd	分区信息, 大部分由master决定
master	分区的主分区
offset	分区的偏移地址
index	分区号 (3.0后不存在该字段)
list	将mtd_part链成一个链表mtd_partitons

mtd_partition的主要数据结构

域	作用
name
size
offset
mask_flags
ecclayout
mtdp

map_info的主要数据结构

域	作用
name	名称
size	大小
phys	物理地址
bankwidth	总线宽度(in octets)
virt	虚拟地址,通常通过ioremap将物理地址进行映射得到
read/copy_from/write/copy_to	读写函数
map_priv_1/map_priv_2	驱动可用的私有数据

nand_chip的主要数据结构

域	作用
IO_ADDR_R/IO_ADDR_W	读/写8根io线的地址
read_byte/read_word	从芯片读一个字节/字
read_buf/write_buf	读芯片读取内容至缓冲区/将缓冲区内容写入芯片
verify_buf
select_chip
block_bad	检查是否坏块
block_markbad	标识坏块
cmd_ctrl	硬件相关控制函数
init_size
dev_ready
cmdfunc	命令处理函数
waitfunc
erase_cmd	擦除命令
scan_bbt	扫描坏块
errstat
write_page
options	与具体的NAND 芯片相关的选项, 如NAND_USE_FLASH_BBT等(nand.h)
page_shift

ecclayout	nand_ecclayout类型结构体, ECC布局信息
ecc	nand_ecc_ctrl类型结构体, ECC控制结构

nand_ecclayout的主要数据结构

域	作用
eccbytes	ecc的字节数(For 512B-per-page, eccbytes is 3)
eccpos	ecc数据在oob中的位置
oobavail	oob中可用的字节数, MTD 会根据其它三个变量自动计算得到
oobfree	nand_oobfree类型结构体, 显示定义空闲的oob 字节

MTD相关层实现

MTD设备层

mtd字符设备接口:
mtdchar.c 实现了字符设备接口，通过它，用户可以直接操作Flash 设备。
Ø 通过read()、write()系统调用可以读写Flash。
Ø 通过一系列IOCTL 命令可以获取Flash 设备信息、擦除Flash、读写NAND 的OOB、获取OOB layout 及检查NAND 坏块等(MEMGETINFO、MEMERASE、MEMREADOOB、MEMWRITEOOB、MEMGETBADBLOCK IOCRL)
tip: mtd_read和mtd_write直接直接调用mtd_info的read 函数，因此，字符设备接口跳过patition这一层

mtd块设备接口:
主要原理是将Flash的erase block 中的数据在内存中建立映射，然后对其进行修改，最后擦除Flash 上的block，将内存中的映射块写入Flash 块。整个过程被称为read/modify/erase/rewrite 周期。
但是，这样做是不安全的，当下列操作序列发生时，read/modify/erase/poweroff，就会丢失这个block 块的数据。
块设备模拟驱动按照block 号和偏移量来定位文件，因此在Flash 上除了文件数据，基本没有额外的控制数据。

MTD原始设备层

MTD硬件驱动层

1. NOR Flash驱动结构

Linux系统实现了针对cfi,jedec等接口的通用NOR Flash驱动
在上述接口驱动基础上，芯片级驱动较简单
定义具体内存映射结构体map_info，然后通过接口类型后调用do_map_probe()
以h720x-flash.c为例(位于drivers/mtd/maps)
- 定义map_info结构体, 初始化成员name, size, phys, bankwidth
- 通过ioremap映射成员virt(虚拟内存地址)
- 通过函数simple_map_init初始化map_info成员函数read,write,copy_from,copy_to
- 调用do_map_probe进行cfi接口探测, 返回mtd_info结构体
- 通过parse_mtd_partitions, add_mtd_partitions注册mtd原始设备

2. NAND Flash驱动结构

Linux实现了通用NAND驱动(drivers/mtd/nand/nand_base.c)
tip: For more, check 内核中的NAND代码布局
芯片级驱动需要实现nand_chip结构体
MTD使用nand_chip来表示一个NAND FLASH芯片, 该结构体包含了关于Nand Flash的地址信息,读写方法,ECC模式,硬件控制等一系列底层机制。
Ø NAND芯片级初始化
主要有以下几个步骤:
- 分配nand_chip内存，根据目标板及NAND控制器初始化nand_chip中成员函数(若未初始化则使用nand_base.c中的默认函数)，将mtd_info中的priv指向nand_chip(或板相关私有结构)，设置ecc模式及处理函数
- 以mtd_info为参数调用nand_scan()探测NAND FLash。
nand_scan()会读取nand芯片ID，并根据mtd->priv即nand_chip中成员初始化mtd_info
- 若有分区，则以mtd_info和mtd_partition为参数调用add_mtd_partitions()添加分区信息
-

Ø 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。
tip: nand_chip中的读写函数虽然与具体的NAND controller相关，但是MTD也为我们提供了默认的读写函数，如果NAND controller比较通用(使用PIO模式)，那么对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。

上面三部分读写函数相互配合完成对NAND芯片的读写
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。
eg: 以读为例
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

http://www.cnblogs.com/hzl6255/archive/2012/12/18/2824043.html

MTD(memory technology device内存技术设备)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。我将CFI接口的MTD设备分为四层（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。

　　一、Flash硬件驱动层：硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件，Linux MTD设备的NOR　Flash芯片驱动遵循CFI接口标准，其驱动程序位于drivers/mtd/chips子目录下。NAND型Flash的驱动程序则位于/drivers/mtd/nand子目录下。

　　二、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）。

　　三、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。

　　四、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。

　　五、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。

　　六、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。