块设备驱动之NAND FLASH驱动程序

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一.框架总结

二.硬件原理

相比于nor flash，我们可以清楚的看出引脚少了很多,主要是输入输出引脚进行了复用。现在我说下各引脚的用途。

           a.LDATA0~LDATA7这8个引脚为输入输出引脚。命令、地址、数据的传输都是由这8个引脚实现的（引脚复用，节约引脚）。

           b.RnB:此引脚用来判忙。因为命令、数据、地址发出去和收到时候不能立刻就完成，需要一个时间。此引脚为高电平时表示就绪，低电平时候表示正忙。

           c.nFCE、nFWE、nFCE分别是芯片使能、写使能、和读使能。举个例子，就是说假如你想读数据、命令、地址时候。必须先使能nFCE、nFCE（就是这两个引脚为低电平）。

           d.CLE、ALE两个引脚是指令锁时能和数据锁使能。用法：当ALE为高电平时传输的是地址，当CLE为高电平时传输的是命令，当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据。

三.驱动程序

/* 参考  * drivers\mtd\nand\s3c2410.c * drivers\mtd\nand\at91_nand.c */#include <linux/module.h>#include <linux/types.h>#include <linux/init.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/string.h>#include <linux/ioport.h>#include <linux/platform_device.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/err.h>#include <linux/slab.h>#include <linux/clk.h> #include <linux/mtd/mtd.h>#include <linux/mtd/nand.h>#include <linux/mtd/nand_ecc.h>#include <linux/mtd/partitions.h> #include <asm/io.h> #include <asm/arch/regs-nand.h>#include <asm/arch/nand.h>/*用到的寄存器*/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;     //nand_chip结构体static struct mtd_info *s3c_mtd;static struct s3c_nand_regs *s3c_nand_regs;static struct mtd_partition s3c_nand_parts[] = {[0] = {        .name   = "bootloader",           //名字        .size   = 0x00040000,             //大小  .offset= 0,              //偏移值},[1] = {        .name   = "params",        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,    //紧跟上面分区        .size   = 0x00020000,},[2] = {        .name   = "kernel",        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,        .size   = 0x00200000,},[3] = {        .name   = "root",        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,        .size   = MTDPART_SIZ_FULL,}};/*判断是否选中*/static void s3c2440_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr){if (chipnr == -1){/* 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);}}/*判断发命令，还是地址*/static void s3c2440_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl){if (ctrl & NAND_CLE){/* 发命令: NFCMMD=dat */s3c_nand_regs->nfcmd = dat;}else{/* 发地址: NFADDR=dat */s3c_nand_regs->nfaddr = dat;}}/*判断状态*/static int s3c2440_dev_ready(struct mtd_info *mtd){return (s3c_nand_regs->nfstat & (1<<0));}static int s3c_nand_init(void)          //入口函数{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)); //映射寄存器/* 2. 设置nand_chip *//* 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,读数据,判断状态的功能 */s3c_nand->select_chip = s3c2440_select_chip;      //判断选中s3c_nand->cmd_ctrl    = s3c2440_cmd_ctrl;         //发命令，还是地址s3c_nand->IO_ADDR_R   = &s3c_nand_regs->nfdata;    //读数据s3c_nand->IO_ADDR_W   = &s3c_nand_regs->nfdata;    //写数据s3c_nand->dev_ready   = s3c2440_dev_ready;         //判断状态s3c_nand->ecc.mode    = NAND_ECC_SOFT;             //设置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CLE/ALE与nWE可以同时发出,所以TACLS=0 * TWRPH0: nWE的脉冲宽度, HCLK x ( TWRPH0 + 1 ), 从NAND手册可知它要>=12ns, 所以TWRPH0>=1 * TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间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 TWRPH0   1#define TWRPH1   0s3c_nand_regs->nfconf = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<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->owner = THIS_MODULE;s3c_mtd->priv  = s3c_nand;        //设置私有数据nand_scan(s3c_mtd, 1);  /* 识别NAND FLASH, 构造mtd_info *//* 5. add_mtd_partitions 添加分区*/add_mtd_partitions(s3c_mtd, s3c_nand_parts, 4);//add_mtd_device(s3c_mtd);  整个flash只有一个分区return 0;}static void s3c_nand_exit(void)                   //出口函数{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");

四.驱动分析

      1.整体分析

             1.1分配一个nand_chip结构体并映射相关寄存器

            1.2设置nand_chip（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,读数据,判断状态的功能）

            1.3硬件相关的设置: 根据NAND FLASH的手册设置时间参数

            1.4使用: nand_scan

            1.5add_mtd_partitions 添加分区（分区在s3c_nand_parts结构体中进行设置）

      2.寄存器介绍

             2.1 NFSTAT（状态寄存器，主要判忙）

s3c_nand->dev_ready   = s3c2440_dev_ready;         //判断状态

             2.2 NFCMMD(命令寄存器)和NFADDR（地址寄存器）

static void s3c2440_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl){if (ctrl & NAND_CLE){/* 发命令: NFCMMD=dat */s3c_nand_regs->nfcmd = dat;}else{/* 发地址: NFADDR=dat */s3c_nand_regs->nfaddr = dat;}}

             2.3 NFCONT(控制寄存器)

/* 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);

             2.4 NFCONF（配置寄存器）

/* 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CLE/ALE与nWE可以同时发出,所以TACLS=0 * TWRPH0: nWE的脉冲宽度, HCLK x ( TWRPH0 + 1 ), 从NAND手册可知它要>=12ns, 所以TWRPH0>=1 * TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间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 TWRPH0   1#define TWRPH1   0s3c_nand_regs->nfconf = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);

左图为2440nand时序，右面为nand手册要求时序。最后一个图为具体数值。下面这三个图计算最小值。

TACLS    =  tCLS-tWP=12-12=0

TWRPH0= tWP        =12

TWRPH1=  tCLH        =5

     3.ECC校验

             由于Nand flash的工艺特性，所以nand flash有一个缺点就是位反转。所以加入了ECC校验。具体怎么实现呢？

             nand flash的存储是以页为单位的，它在每页的后面加入了OOB（16字节），这里面存的就是ECC的值。如何工作？

              a.写每页的时候生成ECC，将ECC写入OBB

              b.当读每页的时候先算出ECC，然后读OBB的ECC，两个ECC进行比较。

具体的算法实现比较复杂，我在这里只是简单的说一下，有兴趣的可以深入研究。

参考：韦东山视频第二期