2023年6月26日发(作者：)

NANDFLASH驱动框架以及程序实现1、NAND FLASH的硬件连接：实验⽤的NAND FLASH芯⽚为K9F2G08U0C，它是三星公司的存储芯⽚，它的⼤⼩为256M。它的接线图如下所⽰：它的每个引脚的分别为LDATA0-LDATA7为数据引脚、CLE为发送命令使能引脚、ALE为发送地址使能引脚、CE为芯⽚使能引脚、WE为写使能引脚、WP为写保护引脚、R/B为芯⽚是否繁忙的状态指⽰引脚，如下图所⽰：

2、NAND FLASH的操作：根据NAND FLASH的芯⽚⼿册可以知道需要操作NAND FLASH⼀般的流程是发出命令、发出地址、发出数据/读数据，下⾯依次分析。a、发命令，对于NAND FLASH芯⽚来说需要1、选中芯⽚（CE为低电平）；2、CLE设为⾼电平、ALE设为低电平；3、在DATA0-DATA7上输出命令数据；4、在WE上发出⼀个上升沿的信号。这样命令数据就会被写⼊命令的命令寄存器。⽽对于S3C2440来说，只要简单的令NFCMD寄存器为命令值S3C2440的NAND控制器就可以完成1-4的操作。 b、发地址，对于NAND FLASH芯⽚来说需要1、选中芯⽚（CE为低电平）；2、ALE设为⾼电平、CLE设为低电平；3、在DATA0-DATA7上输出地址数据；4、在WE上发出⼀个上升沿的信号。这样地址数据就会被写⼊地址寄存器。分析图中可知需要5个字节的地址。⽽对于S3C2440来说，只要简单的令NFADDR寄存器为地址值S3C2440的NAND控制器就可以完成1-4的操作。

c、发数据/读数据，对于NAND FLASH芯⽚来说需要1、选中芯⽚（CE为低电平）；2、ALE设为低电平、CLE设为低电平；3、在DATA0-DATA7上输出数据或读⼊数据；4、在WE上发出⼀个上升沿的信号，这样数据就会被写⼊、在RE上发出⼀个上升沿信号，这样数据就会被读出。⽽对于S3C2440来说，只要简单的令NFDATA寄存器为数据值或读NFDATA寄存器，S3C2440的NAND控制器就可以完成1-4的操作。 3、读NAND FLASH数据：从图中可以看出要读FLASH某个地址的数据需要先发出0x00命令、在发出5字节地址、接着发出0x30命令，过⼀会等R/B信号不忙之后就可以连续的在RE信号的上升沿时读出数据了。4、读芯⽚的ID读芯⽚的ID很简单，只要先写⼊0x90命令，再接着写⼊0x00地址。接着就可以读出连续的5个字节的芯⽚ID了，对于K9F2G08U0C，它的芯⽚ID是EC DA 10 15 44，如下图： 5、NAND FLASH的驱动框架，对与NAND FLASH这个设备，LINUX已经给我们分好了框架，它将稳定的协议层等都做在⼀个层⾥⾯，⽽将与硬件相关的做在另外⼀个层⾥⾯，⽽我们写驱动只要更改与硬件相关的⽅⾯就可以了。框架如下：下⾯从LINUX的启动信息可以得到“S3C24XX NAND Driver”字样，在内核源码中搜索它，可以在driversmtdnands3c2410.c⽂件中得到以下的⼀些调⽤层次关系：s3c2410_nand_init s3c2440_nand_probe s3c2410_nand_inithw s3c2410_nand_init_chip nand_scan // driversmtdnandnand_base.c 根据nand_chip的底层操作函数构造mtd_info nand_scan_ident nand_set_defaults if (!chip->select_chip) chip->select_chip = nand_select_chip;/* 默认值不适⽤ */ if (chip->cmdfunc == NULL) chip->cmdfunc = nand_command; if (chip->waitfunc == NULL) chip->waitfunc = nand_wait; nand_get_flash_type chip->select_chip(mtd, 0); chip->cmdfunc(mtd, NAND_CMD_READID, 0x00, -1); *maf_id = chip->read_byte(mtd) dev_id = chip->read_byte(mtd); nand_scan_tail mtd->erase = nand_erase mtd->read = nand_read; mtd->write = nand_write;

s3c2410_nand_add_partition add_mtd_device list_for_each(this, &mtd_notifiers) { // 问. mtd_notifiers在哪⾥设置 // 答. drivers/mtd/mtd_blkdevs.c,mtdchar.c调⽤register_mtd_user struct mtd_notifier *not = list_entry(this, struct mtd_notifier, list); not->add(mtd); // mtd_notify_add 和 blktrans_notify_add 先看字符设备mtd_notify_add class_device_create class_device_create 再看块设备blktrans_notify_add list_for_each(this, &blktrans_majors) { // 问. blktrans_majors在哪设置 // 答. driversmtdmdblock.c或mdblock_ro.c调⽤register_mtd_blktrans //注册队列

struct mtd_blktrans_ops *tr = list_entry(this, struct mtd_blktrans_ops, list); tr->add_mtd(tr, mtd); mtdblock_add_mtd add_mtd_blktrans_dev alloc_disk set_capacity gd->queue = tr->blkcore_priv->rq;//blk_init_queue(mtd_blktrans_request, &tr->blkcore_priv->queue add_disk } }接着搜索“end_request”这个块设备驱动程序的通⽤函数来找到NAND FLASH块设备的请求函数，在driversmtdmtd_blkdevs.c ⽂件中搜多到了它。通过这个⽂件可以看到块设备的通⽤框架的流程：mtd_blktrans_ops->blkcore_priv-rqgd->queue = tr->blkcore_priv->rq; struct mtd_blktrans_ops *tr = new->tr; int add_mtd_blktrans_dev(struct mtd_blktrans_dev *new) add_mtd_blktrans_dev(dev); mtdblock_add_mtd(struct mtd_blktrans_ops *tr, struct mtd_info *mtd) static void blktrans_notify_add(struct mtd_info *mtd) static void blktrans_notify_add(struct mtd_info *mtd) { struct list_head *this; if (mtd->type == MTD_ABSENT) return; list_for_each(this, &blktrans_majors) { struct mtd_blktrans_ops *tr = list_entry(this, struct mtd_blktrans_ops, list); tr->add_mtd(tr, mtd); } list_for_each(this, &mtd_notifiers) {//从头到尾访问mtd_notifiers链表 struct mtd_notifier *not = list_entry(this, struct mtd_notifier, list); not->add(mtd);//调⽤mtd_notifier结构体的add函数 } add_mtd_device(struct mtd_info *mtd)

add_mtd_partitions(s3c_mtd, s3c_nand_parts, 4);

读函数mtd_blktrans_ops->readsect写函数mtd_blktrans_ops->writesect⾸先NAND FLASH驱动框架也是采⽤驱动分层分离的⽅法最终分析下来，NAND FLASH驱动框架涉及到的⽂件有：driversmtdmtdcore.c 、driversmtdmtd_blkdevs.c、driversmtdmdblock.c、driversmtdnandnand_base.c、driversmtdnands3c2410.c等最终分析出读函数为mtd_blktrans_ops->readsect；写函数为mtd_blktrans_ops->writesect。最终定位到mtd->read与mtd->write，⽽这两个函数⼜可以定位到nand_read、nand_write；接着向下定位可以定位到nand_chip->select_chip、nand_chip->cmd_ctrl、nand_chip->IO_ADDR_R、nand_chip->IO_ADDR_W、nand_chip->dev_ready等等。

6、NAND FLASH的驱动程序的编写、测试 在第5部分最后已经分析到了需要我们提供的⼏个函数和参数，下⾯直接贴出代码：/* 参考 * S3c2410.c (driversmtdnand)

* At91_nand.c (driversmtdnand) */#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include struct s3c_nand_regs{ unsigned long nfconf ; unsigned long nfcont ; unsigned long nfcmd ; unsigned long nfaddr ; unsigned long nfdata ; unsigned long nfeccd0 ; unsigned long nfeccd1 ; unsigned long nfeccd ; unsigned long nfstat ; unsigned long nfestat0; unsigned long nfestat1; unsigned long nfmecc0 ; unsigned long nfmecc1 ; unsigned long nfsecc ; unsigned long nfsblk ; unsigned long nfeblk ;};

static struct nand_chip *s3c_nand;static struct mtd_info *s3c_mtd;static struct s3c_nand_regs *s3c_nand_regs;static struct mtd_partition s3c_nand_parts[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00020000, }, [2] = { .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = 0x00200000, }, [3] = { .name = "root", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, }};static void s3c2440_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr){ if(-1 == chipnr) { /* 取消选中：NFCONT[1]设为1 */

s3c_nand_regs->nfcont |= (1<<1);

} else { /* 选中：NFCONT[1]设为0 */ s3c_nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); }}static void s3c_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl){ if (ctrl & NAND_CLE) { /* 发命令：NFCMD = dat */ s3c_nand_regs->nfcmd = dat; } else { /* 发地址: NFADDR = dat */ s3c_nand_regs->nfaddr = dat; }}static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd){ return (s3c_nand_regs->nfstat & (1<<0));}static int s3c_nand_init(void){ struct clk *clk; /* 1.分配⼀个nand_chip结构体 */ s3c_nand = kzalloc(sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL);

s3c_nand_regs = ioremap(0x4e000000,sizeof(struct s3c_nand_regs));

/* 2.设置 */ /* 设置nand_chip是给nand_scan函数使⽤的，如果不知道怎么设置，先看nand_scan怎么使⽤

* 它应该提供：选中、发命令、发地址、发数据、判断状态的功能

*/ s3c_nand->select_chip = s3c2440_select_chip; s3c_nand->cmd_ctrl = s3c_cmd_ctrl; s3c_nand->IO_ADDR_R = &s3c_nand_regs->nfdata; s3c_nand->IO_ADDR_W = &s3c_nand_regs->nfdata; s3c_nand->dev_ready = s3c2440_dev_ready; s3c_nand-> = NAND_ECC_SOFT; /* enable ECC */

/* 3.硬件相关的设置: 根据NAND FLash的⼿册设置时间参数*/ /* 使能NAND FLASH控制器的时钟 */ clk = clk_get(NULL, "nand"); clk_enable(clk); /* CLKCON bit[4] */

/* HCLK=100MHZ

* TACLS:发出CLE/ALE之后多长时间才发出nWE信号，从NAND⼿册可知可以同时发出，所以TACLS=0 * TWPRH0:nWE的脉冲宽度，HCLK*(TWPRHO+1),从NAND⼿册可知，需要>=12ns，所以TWPRHO>=1 * TWRPH1:nWE为⾼电平之后多长时间CLE/ALE才能变为低电平，从NAND⼿册可知它要>=5ns，所以TWRPH1>=0 */#define TACLS 0#define TWPRH0 1#define TWRPH1 0 s3c_nand_regs->nfconf = (TACLS << 12) | (TWPRH0 << 8) | (TWRPH1<<4);

/* NFCONT: * BIT1设为1，取消⽚选 * BIT0设为1，使能NAND FLASH控制器 */ s3c_nand_regs->nfcont = (1<<1) | (1<<0);

/* 4.使⽤:nand_scan */ s3c_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); s3c_mtd->priv = s3c_nand; s3c_mtd->owner = THIS_MODULE;

nand_scan(s3c_mtd,1);/* 识别NAND FLASH，构造mtd_info */

/* _mtd_partitions */ add_mtd_partitions(s3c_mtd, s3c_nand_parts, 4);

return 0;}static void s3c_nand_exit(void){ del_mtd_partitions(s3c_mtd); kfree(s3c_mtd); iounmap(s3c_nand_regs); kfree(s3c_nand);}module_init(s3c_nand_init);module_exit(s3c_nand_exit);MODULE_LICENSE("GPL");另外介绍下NAND FLASH的缺点就是存在位反转，⽽这也可以有⽅法解决：解决：1、写PAGE2、⽣成ECC码3、把ECC写⼊OOB读1、读PAGE2、读OOB⾥的ECC3、重新计算ECC4、⽐较计算的ECC与读出的ECC。计算出哪⼀位发⽣了位反转。采⽤软件的⽅法计算ECC，只要让s3c_nand-> = NAND_ECC_SOFT;就可以实现。下⾯进⾏代码的测试：测试：1、make menuconfig去掉内核⾃带的nand flash驱动2、make uImage使⽤新内核启动，并且使⽤NFS作为根⽂件系统3、insmod insmod S3c_后产⽣12个设备：8个字符设备、4个块设备4、mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mnt5、格式化 （参考下⾯编译⼯具）6、挂接编译⼯具：1、tar xjf 22、cd mtd-utils-05.07.23/util3、修改Makefile#CROSS=arm-linux-改为CROSS=arm-linux-4、make5、cp flash_erase flash_eraseall /work/nfs_andy/first_fs/bin/6、flash_eraseall /dev/mtd37、mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mnt可以看到mnt下⾯有之前的⽂件系统，到这⾥NAND FLASH驱动测试成功。