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20150311 NandFlash驱动分析
2015-03-11 李海沿
一、结构体详解
MTD体系结构：
在linux中提供了MTD（Memory Technology Device，内存技术设备）系统来建立Flash针对linux的统一、抽象的接口
引入MTD后，linux系统中的Flash设备驱动及接口可分为4层:
设备节点
MTD设备层
MTD原始设备层
硬件驱动层
硬件驱动层：Flash硬件驱动层负责底层硬件设备实际的读、写、擦除，Linux MTD设备的NAND型Flash驱动位于driver/mtd/nand子目录下
s3c2410对应的nand Flash驱动为s3c2410.c
MTD原始设备层：MTD原始设备层由两部分构成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定Flash的数据，比如分区
主要构成的文件有：
drivers/mtd/mtdcore.c 支持mtd字符设备
driver/mtd/mtdpart.c 支持mtd块设备
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），构成MTD设备层
简单的说就是：使用一个mtd层来作为具体的硬件设备驱动和上层文件系统的桥梁。mtd给出了系统中所有mtd设备（nand，nor，diskonchip）的统一组织方式。
1. struct mtd_info *
mtd层用一个数组struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系统中所有的设备，mtd设备利用struct mtd_info 这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数，mtd系统的那个机制主要就是围绕这个结构来实现的。结构体在include/linux/mtd/mtd.h中定义：
| struct mtd_info { u_char type; //MTD 设备类型 u_int32_t flags; //MTD设备属性标志 u_int32_t size; //标示了这个mtd设备的大小 u_int32_t erasesize; //MTD设备的擦除单元大小，对于NandFlash来说就是Block的大小 u_int32_t oobblock; //oob区在页内的位置，对于512字节一页的nand来说是512 u_int32_t oobsize; //oob区的大小，对于512字节一页的nand来说是16 u_int32_t ecctype; //ecc校验类型 u_int32_t eccsize; //ecc的大小
char *name; //设备的名字 int index; //设备在MTD列表中的位置
struct nand_oobinfo oobinfo; //oob区的信息，包括是否使用ecc，ecc的大小
//以下是关于mtd的一些读写函数，将在nand_base中的nand_scan中重载 int (*erase) int (*read) int (*write) int (*read_ecc) int (*write_ecc) int (*read_oob) int (*read_oob)
void *priv;//设备私有数据指针，对于NandFlash来说指nand芯片的结构 } |
2. struct nand_chip
下面看nand_chip结构，nand_chip主要是定义了一写操作函数，在include/linux/mtd/nand.h中定义：
| struct nand_chip { void __iomem *IO_ADDR_R; //这是nandflash的读写寄存器 void __iomem *IO_ADDR_W; //以下都是nandflash的操作函数，这些函数将根据相应的配置进行重载 u_char (*read_byte)(struct mtd_info *mtd); void (*write_byte)(struct mtd_info *mtd, u_char byte); u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd); void (*write_word)(struct mtd_info *mtd, u16 word); void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const u_char *buf, int len); void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, u_char *buf, int len); int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const u_char *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 (*hwcontrol)(struct mtd_info *mtd, int cmd); 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, int state); int (*calculate_ecc)(struct mtd_info *mtd, const u_char *dat, u_char *ecc_code); int (*correct_data)(struct mtd_info *mtd, u_char *dat, u_char *read_ecc, u_char *calc_ecc); void (*enable_hwecc)(struct mtd_info *mtd, int mode); void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page); int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd); int eccmode; //ecc的校验模式（软件，硬件） int chip_delay; //芯片时序延迟参数 int page_shift; //页偏移，对于512B/页的，一般是9 u_char *data_buf; //数据缓存区 } |
跟NAND操作相关的函数：
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常规的操作，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。
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加载时会找这两个结构体，读出ID，如果找不到，就会加载失败。
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。
二、驱动程序解析
1. 定义结构体
如图所示，
①定义了芯片寄存器的一些指针，便于程序中直接使用
②定义了nand_chip结构体，功能是定义了一些读写操作函数，读写寄存器等
③定义了存储设备的基本信息和具体的操作所需要的内核函数
2.在初始化函数中初始化nand_chip结构体
如图所示：
①分配一个nand_chip结构体所需的内存
②映射芯片的寄存器地址到nand_chip结构体
③初始nand_chip结构体中的函数指针
3.定义nand_flash时钟
如图所示：
首先从内核中找到nand的时钟信息，根据芯片手册设置读写时钟脉冲信号。
4.设置nand_mtd结构体
mtd设备利用struct mtd_info 这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数
在130行中，将我们的nand_mtd结构体与nand_chip结构体联系在一起。
5.实现片选函数
6.实现命令控制函数，用于发送地址和数据
7.在exit函数中释放相应的内存
8.总结流程
①：定义nand_chip结构体实现读写等操作函数
②：初始nand_flash相关的时钟，以及初始化nand_flash的数据时钟总脉冲信号
③：初始化nand_mtd结构体，用于保存扫描得到的nandflash的相关信息
实现了以上三步就可以大致实现了nand-flash的简易驱动程序了
初始化后，实现对nand的基本硬件操作就可以了，包括以下函数：
s3c2410_nand_inithw //初始化硬件，在probe中调用
s3c2410_nand_select_chip //片选
s3c2440_nand_hwcontrol //硬件控制，其实就是片选
s3c2440_nand_devready //设备就绪
s3c2440_nand_enable_hwecc //使能硬件ECC校验
s3c2440_nand_calculate_ecc //计算ECC
s3c2440_nand_read_buf s3c2440_nand_write_buf
9.加载
insmod nand_dev.ko
附驱动源程序1
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 14 #include 15 #include 16 #include 17 #include 18 19 #include 20 21 #include 22 #include 23 //nand falsh寄存器列表结构体 24 struct nand_regs { 25 unsigned long nfconf; 26 unsigned long nfcont; 27 unsigned long nfcmmd; 28 unsigned long nfaddr; 29 unsigned long nfdata; 30 unsigned long nfmeccd0; 31 unsigned long nfmeccd1; 32 unsigned long nfseccd; 33 unsigned long nfsblk; 34 unsigned long nfeblk; 35 unsigned long nfstat; 36 unsigned long nfeccerr0; 37 unsigned long nfeccerr1; 38 }; 39 40 static struct nand_regs *nand_regs; //nand flash 结构体，主要是定义了芯片寄存器的地址 41 static struct nand_chip *tiny_nand_chip; //主要定义了一些读写打开等操作函数 42 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd //描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数 43 44 //芯片选择函数 45 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr) 46 { 47 if(chipnr == -1) 48 { 49 /*取消选择 NFCONT[1]设为1*/ 50 nand_regs->nfcont |= (1<<1); 51 } 52 else 53 { 54 /*选中芯片 NFCONT[1]设为0*/ 55 nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); 56 } 57 } 58 59 //命令控制，数据发送函数 60 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, 61 unsigned int ctrl) 62 { 63 64 if (ctrl & NAND_CLE) 65 { 66 /*发命令 NFCMMD = dat*/ 67 nand_regs->nfcmmd = dat; 68 } 69 else 70 { 71 /*发地址 NFADDR = dat*/ 72 nand_regs->nfaddr = dat; 73 } 74 } 75 76 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip) 77 { 78 /*等待命令的操作完成*/ 79 return (nand_regs->nfstat & (1<<0)); 80 } 81 82 static int tiny_nand_init(void) 83 { 84 struct clk *nand_clk; 85 /*1.分配一个nand_chip结构体，主要定义了一些操作函数*/ 86 tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL); //分配nand_chip结构体内存 87 nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs)); //映射nand_chip结构体地址 88 89 /*2.设置*/ 90 /* 91 * 初始化nand_chip结构体中的函数指针,设置nand_chip 是给nand_scan函数使用的， 92 * 如果不知道咋么设置先看nand_scan怎么使用 93 * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作 94 */ 95 tiny_nand_chip->select_chip = tiny_nand_select_chip; //nand片选控制函数 96 tiny_nand_chip->cmd_ctrl = tiny_nand_cmd_ctrl; //命令控制函数，包括数据和地址命令的发送 97 tiny_nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_regs->nfdata; //nandflash的读寄存器 98 tiny_nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_regs->nfdata; //nandflash的写寄存器 99 tiny_nand_chip->dev_ready = tiny_nand_dev_ready; //nand准备完毕，可以开始读写， GPIO_RDY 8100 tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; ecc的校验模式（软件，硬件）101 /*3.硬件相关*/102 /*使能时钟*/103 nand_clk = clk_get(NULL, "nand"); //从内核中找到nand的时钟信息，通过名字匹配104 clk_enable(nand_clk); //时能nandflash的时钟105 106 /*107 * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期108 */109 nand_regs->nfconf |= 1<<1; //取消片选110 //HCLK = 100MHz111 //TACLS : 发出CLE/ALE之后多长时间才发出nWE信号，112 // 从NAND手册克制CLE/ALE与nWE可以同时faculty，所以TACLS = 0 113 //TWRPH0：nWE的脉冲宽度，HCLK x（TWRPH0 + 1）,114 // 从NAND手册克制它要>=12ns， 所以TWRPH0 >= 1115 //TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才能变为低电平，116 // 从NAND手册值要>=5ns, 所以TWRPH1 >= 0117 #define TWRPH1 0 //1118 #define TWRPH0 1119 #define TACLS 0 //1120 nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); //设置脉冲信号121 /*122 * MODE[0]:1 = 使能Nand Flash控制器123 * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选124 */125 nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0); //时能nandflash控制器，取消片选126 /*4.使用*/127 tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); //申请mtd_info结构体内存128 tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;129 tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip; //设置设备私有数据指针，绑定前面的nand_chip结构体130 131 nand_scan(tiny_nand_mtd, 1); //扫描识别nand flash ，构造mtd_info结构体132 133 }134 135 static void tiny_nand_exit(void)136 {137 kfree(tiny_nand_mtd); //释放mtd结构体的内存138 iounmap(nand_regs); //取消地址映射139 kfree(tiny_nand_chip); //释放nand-chip结构体的内存140 }141 142 module_init(tiny_nand_init);143 module_exit(tiny_nand_exit);144 145 MODULE_LICENSE("GPL");
nand1.c
三、【高级】增加块设备分区结构体
andFlash还有一个分区表结构体，mtd_partition，这个是在arch/arm/plat-s3c24XX/common-smdk.c中定义的。
| static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = SZ_4M, .offset = 0, }, [1] = { .name = "kernel", .size = SZ_8M, .offset = MTDPART_OFS_APPEND, }, [2] = { .name = "root", .size = MTDPART_SIZ_FULL, .offset = MTDPART_OFS_APPEND, }, }; |
记录了当前的nand flash有几个分区，每个分区的名字，大小，偏移量是多少
系统就是依靠这些分区表找到各个文件系统的
这些分区表nand中的文件系统没有必然关系，分区表只是把flash分成不同的部分
如果自己编写一个nandflash驱动，只需要填充这三个结构体：
Mtd_info nand_chip mtd_partition
并实现对物理设备的控制，上层的驱动控制已由mtd做好了，不需要关心
然后使用
add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);
添加分区信息。
自然在exit函数中就要del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd); //删除分区
附驱动源程序2见后
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 14 #include 15 #include 16 #include 17 #include 18 19 #include 20 21 #include 22 #include 23 24 static unsigned long *clk_gate_ip1; 25 static unsigned long *clk_gate_block; 26 static unsigned long *mp0_3con; 27 28 static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = { 29 [0] = { 30 .name = "bootloader", 31 .size = SZ_4M, 32 .offset = 0, 33 }, 34 [1] = { 35 .name = "kernel", 36 .size = SZ_8M, 37 .offset = MTDPART_OFS_APPEND, 38 }, 39 [2] = { 40 .name = "root", 41 .size = MTDPART_SIZ_FULL, 42 .offset = MTDPART_OFS_APPEND, 43 }, 44 }; 45 46 struct nand_regs { 47 unsigned long nfconf; 48 unsigned long nfcont; 49 unsigned long nfcmmd; 50 unsigned long nfaddr; 51 unsigned long nfdata; 52 unsigned long nfmeccd0; 53 unsigned long nfmeccd1; 54 unsigned long nfseccd; 55 unsigned long nfsblk; 56 unsigned long nfeblk; 57 unsigned long nfstat; 58 unsigned long nfeccerr0; 59 unsigned long nfeccerr1; 60 }; 61 62 static struct nand_regs *nand_regs; 63 static struct nand_chip *tiny_nand_chip; 64 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd; 65 66 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr) 67 { 68 if(chipnr == -1) 69 { 70 /*取消选择*/ 71 nand_regs->nfcont |= (1<<1); 72 } 73 else 74 { 75 /*选中芯片*/ 76 nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); 77 } 78 } 79 80 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, 81 unsigned int ctrl) 82 { 83 84 if (ctrl & NAND_CLE) 85 { 86 /*发命令*/ 87 nand_regs->nfcmmd = dat; 88 } 89 else 90 { 91 /*发地址*/ 92 nand_regs->nfaddr = dat; 93 } 94 } 95 96 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd) 97 { 98 /*等待命令的操作完成*/ 99 return (nand_regs->nfstat & (1<<0));100 }101 102 static int tiny_nand_init(void)103 {104 /*1.分配一个nand_chip结构体*/105 tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);106 nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));107 mp0_3con = ioremap(0xE0200320,4);108 clk_gate_ip1 = ioremap(0xE0100464,4);109 clk_gate_block = ioremap(0xE0100480,4);110 111 /*2.设置*/112 /*113 * 初始化nand_chip结构体中的函数指针114 * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作115 */116 tiny_nand_chip->select_chip = tiny_nand_select_chip;117 tiny_nand_chip->cmd_ctrl = tiny_nand_cmd_ctrl;118 tiny_nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_regs->nfdata;119 tiny_nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_regs->nfdata;120 tiny_nand_chip->dev_ready = tiny_nand_dev_ready;121 tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;122 //tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;123 124 /*3.硬件相关*/125 /*使能时钟*/126 *clk_gate_ip1 = 0xffffffff;127 *clk_gate_block = 0xffffffff;128 129 /* 设置相应GPIO管脚用于Nand */130 *mp0_3con = 0x22222222;131 132 /* 设置时序 */133 #define TWRPH1 1134 #define TWRPH0 1135 #define TACLS 1136 nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);137 138 /*139 * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期140 */141 nand_regs->nfconf |= 1<<1;142 143 /*144 * MODE[0]:1 = 使能Nand Flash控制器145 * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选146 */147 nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);148 149 /*4.使用*/150 tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL);151 tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;152 tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;153 154 nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);155 156 /*5.添加分区*/157 add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);158 159 return 0;160 }161 162 static void tiny_nand_exit(void)163 {164 del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd);165 kfree(tiny_nand_mtd);166 iounmap(nand_regs);167 kfree(tiny_nand_chip);168 }169 170 module_init(tiny_nand_init);171 module_exit(tiny_nand_exit);172 173 MODULE_LICENSE("GPL");
nand2.c
四、NandFlash控制器
1.管脚配置
D[7:0]: DATA0-7 数据/命令/地址/的输入/输出口（与数据总线共享）
CLE : GPA17 命令锁存使能 (输出)
ALE : GPA18 地址锁存使能（输出）
nFCE : GPA22 NAND Flash 片选使能（输出）
nFRE : GPA20 NAND Flash 读使能 (输出)
nFWE : GPA19 NAND Flash 写使能 (输出)
R/nB : GPA21 NAND Flash 准备好/繁忙（输入）
2.相关寄存器：
NFCONF NandFlash控制寄存器
［15］NandFlash控制器使能/禁止 0 = 禁止 1 = 使能
［14：13］保留
［12］初始化ECC解码器/编码器 0 = 不初始化 1 = 初始化
［11］芯片使能 nFCE控制 0 = 使能 1 = 禁止
［10：8］TACLS 持续时间 = HCLK*（TACLS+1）
［6：4］ TWRPH0
［2：0］ TWRPH1
NFCMD 命令设置寄存器 ［7：0］ 命令值
NFADDR 地址设置寄存器 ［7：0］ 存储器地址
NFDATA 数据寄存器 ［7：0］ 存放数据
NFSTAT 状态寄存器 ［0］ 0 = 存储器忙 1 = 存储器准备好
NFECC ECC寄存器
［23：16］ECC校验码2
［15：8］ ECC校验码1
［8：0］ ECC校验码0
3.写操作：
写入操作以页为单位。写入必须在擦除之后，否则写入将出错。
页写入周期中包括以下步骤：
写入串行数据输入指令（80h）。然后写入4个字节的地址，最后串行写入数据（528Byte）。串行写入的数据最多为528byte。
串行数据写入完成后，需要写入"页写入确认"指令10h，这条指令将初始化器件内部写入操作。
10h写入之后，nand flash的内部写控制器将自动执行内部写入和校验中必要的算法和时序，
系统可以通过检测R/B的输出，或读状态寄存器的状态位（I/O 6）来判断内部写入是否结束
4.擦除操作：
擦除操作时以块(16K Byte)为单位进行的
擦除的启动指令为60h,随后的3个时钟周期是块地址。其中只有A14到A25是有效的，而A9到A13是可以忽略的。
块地址之后是擦除确认指令D0h，用来开始内部的擦除操作。
器件检测到擦除确认命令后，在/WE的上升沿启动内部写控制器，开始执行擦除和擦除校验。内部擦除操作完成后，应该检测写状态位（I/O 0），从而了解擦除操作是否成功完成。
5.读操作有两种读模式：
读方式1用于读正常数据；
读方式2用于读附加数据
在初始上电时，器件进入缺省的"读方式1模式"。在这一模式下，页读取操作通过将00h指令写入指令寄存器，接着写入3个地址（一个列地址和2个行地址）来启动。一旦页读指令被器件锁存，下面的页操作就不需要再重复写入指令了。
写入指令和地址后，处理器可以通过对信号线R//B的分析来判断该才作是否完成。
外部控制器可以再以50ns为周期的连续/RE脉冲信号的控制下，从I/O口依次读出数据
备用区域的从512到527地址的数据，可以通过读方式2指令进行指令进行读取（命令为50h）。地址A0～A3设置了备用区域的起始地址，A4～A7被忽略掉
时序要求：
写地址、数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存信号ALE用来区分I/O引脚上传输的是命令还是地址。
寻址方式：
NAND Flash的寻址方式和NAND Flash的memory组织方式紧密相关。NAND Flash的数据以bit的方式保存在memory cell，一个cell中只能存储一个bit。这些cell以8个或者16个为单位，连成bit line，形成byte(x8)/word(x16)，这就是NAND的数据宽度。
这些Line会再组成Page，典型情况下：通常是528Byte/page或者264Word/page。然后，每32个page形成一个Block，Sizeof(block)=16.5kByte。其中528Byte = 512Byte+16Byte，前512Byte为数据区，后16Byte存放数据校验码等，因此习惯上人们称1page有512个字节，每个Block有16Kbytes；
现在在一些大容量的FLASH存贮设备中也采用以下配置：2112 Byte /page 或 1056 Word/page；64page/Block；Sizeof(block) = 132kByte；同上：2112 = 2048 +64，人们习惯称一页含2k个字节，一个Block含有64个页，容量为128KB；
Block是NAND Flash中最大的操作单元，擦除可以按照block或page为单位完成，而编程/读取是按照page为单位完成的
。
所以，按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：
-Block Address 块地址
-Page Address 页地址
-Column Address 列地址
首先，必须清楚一点，对于NAND Flash来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度可以是8位或者16位，但是，对于x16的NAND Device，I/O[15:8]只用于传递数据。
清楚了这一点，我们就可以开始分析NAND Flash的寻址方式了。
以528Byte/page 总容量64M Byte+512kbyte的NAND器件为例：
因为
1page=528byte=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)
1block=32page = 16kbyte
64Mbyte = 4096 Block
用户数据保存在main area中。
512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的NAND，这512byte被分成1st half和2nd half,各自的访问由所谓的pointer operation命令来选择，也就是选择了bit8的高低。因此A8就是halfpage pointer，A[7:0]就是所谓的column address。
32个page需要5bit来表示，占用A[13:9]，即该page在块内的相对地址。
Block的地址是由A14以上的bit来表示，例如64MB的NAND，共4096block，因此，需要12个bit来表示，即A[25:14]，如果是1Gbit的528byte/page的NAND Flash，共8192个block，则block address用A[30:14]表示。
NAND Flash的地址表示为：
Block Address | Page Address in block | half page pointer | Column Address
地址传送顺序是Column Address , Page Address , Block Address。
例如一个地址：0x00aa55aa
0000 0000 1010 1010 0101 0101 1010 1010
由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。
例如，对于64MBx8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。
以NAND_ADDR为例：
第1步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上， 而halfpage pointer即bit8是由操作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage上进行读写，而真正的bit8的值是don't care的。
第2步就是将NAND_ADDR右移9位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上;
第3步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上;
第4步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O上;
因此，整个地址传递过程需要4步才能完成，即4-step addressing。
如果NAND Flash的容量是32MB以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。
以上部分知识点摘自：
附驱动源程序1：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 14 #include 15 #include 16 #include 17 #include 18 19 #include 20 21 #include 22 #include 23 //nand falsh寄存器列表结构体 24 struct nand_regs { 25 unsigned long nfconf; 26 unsigned long nfcont; 27 unsigned long nfcmmd; 28 unsigned long nfaddr; 29 unsigned long nfdata; 30 unsigned long nfmeccd0; 31 unsigned long nfmeccd1; 32 unsigned long nfseccd; 33 unsigned long nfsblk; 34 unsigned long nfeblk; 35 unsigned long nfstat; 36 unsigned long nfeccerr0; 37 unsigned long nfeccerr1; 38 }; 39 40 static struct nand_regs *nand_regs; //nand flash 结构体，主要是定义了芯片寄存器的地址 41 static struct nand_chip *tiny_nand_chip; //主要定义了一些读写打开等操作函数 42 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd //描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数 43 44 //芯片选择函数 45 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr) 46 { 47 if(chipnr == -1) 48 { 49 /*取消选择 NFCONT[1]设为1*/ 50 nand_regs->nfcont |= (1<<1); 51 } 52 else 53 { 54 /*选中芯片 NFCONT[1]设为0*/ 55 nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); 56 } 57 } 58 59 //命令控制，数据发送函数 60 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, 61 unsigned int ctrl) 62 { 63 64 if (ctrl & NAND_CLE) 65 { 66 /*发命令 NFCMMD = dat*/ 67 nand_regs->nfcmmd = dat; 68 } 69 else 70 { 71 /*发地址 NFADDR = dat*/ 72 nand_regs->nfaddr = dat; 73 } 74 } 75 76 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip) 77 { 78 /*等待命令的操作完成*/ 79 return (nand_regs->nfstat & (1<<0)); 80 } 81 82 static int tiny_nand_init(void) 83 { 84 struct clk *nand_clk; 85 /*1.分配一个nand_chip结构体，主要定义了一些操作函数*/ 86 tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL); //分配nand_chip结构体内存 87 nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs)); //映射nand_chip结构体地址 88 89 /*2.设置*/ 90 /* 91 * 初始化nand_chip结构体中的函数指针,设置nand_chip 是给nand_scan函数使用的， 92 * 如果不知道咋么设置先看nand_scan怎么使用 93 * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作 94 */ 95 tiny_nand_chip->select_chip = tiny_nand_select_chip; //nand片选控制函数 96 tiny_nand_chip->cmd_ctrl = tiny_nand_cmd_ctrl; //命令控制函数，包括数据和地址命令的发送 97 tiny_nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_regs->nfdata; //nandflash的读寄存器 98 tiny_nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_regs->nfdata; //nandflash的写寄存器 99 tiny_nand_chip->dev_ready = tiny_nand_dev_ready; //nand准备完毕，可以开始读写， GPIO_RDY 8100 tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; ecc的校验模式（软件，硬件）101 /*3.硬件相关*/102 /*使能时钟*/103 nand_clk = clk_get(NULL, "nand"); //从内核中找到nand的时钟信息，通过名字匹配104 clk_enable(nand_clk); //时能nandflash的时钟105 106 /*107 * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期108 */109 nand_regs->nfconf |= 1<<1; //取消片选110 //HCLK = 100MHz111 //TACLS : 发出CLE/ALE之后多长时间才发出nWE信号，112 // 从NAND手册克制CLE/ALE与nWE可以同时faculty，所以TACLS = 0 113 //TWRPH0：nWE的脉冲宽度，HCLK x（TWRPH0 + 1）,114 // 从NAND手册克制它要>=12ns， 所以TWRPH0 >= 1115 //TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才能变为低电平，116 // 从NAND手册值要>=5ns, 所以TWRPH1 >= 0117 #define TWRPH1 0 //1118 #define TWRPH0 1119 #define TACLS 0 //1120 nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); //设置脉冲信号121 /*122 * MODE[0]:1 = 使能Nand Flash控制器123 * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选124 */125 nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0); //时能nandflash控制器，取消片选126 /*4.使用*/127 tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); //申请mtd_info结构体内存128 tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;129 tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip; //设置设备私有数据指针，绑定前面的nand_chip结构体130 131 nand_scan(tiny_nand_mtd, 1); //扫描识别nand flash ，构造mtd_info结构体132 133 }134 135 static void tiny_nand_exit(void)136 {137 kfree(tiny_nand_mtd); //释放mtd结构体的内存138 iounmap(nand_regs); //取消地址映射139 kfree(tiny_nand_chip); //释放nand-chip结构体的内存140 }141 142 module_init(tiny_nand_init);143 module_exit(tiny_nand_exit);144 145 MODULE_LICENSE("GPL");
nand1.c
附驱动源程序2：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 14 #include 15 #include 16 #include 17 #include 18 19 #include 20 21 #include 22 #include 23 24 static unsigned long *clk_gate_ip1; 25 static unsigned long *clk_gate_block; 26 static unsigned long *mp0_3con; 27 28 static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = { 29 [0] = { 30 .name = "bootloader", 31 .size = SZ_4M, 32 .offset = 0, 33 }, 34 [1] = { 35 .name = "kernel", 36 .size = SZ_8M, 37 .offset = MTDPART_OFS_APPEND, 38 }, 39 [2] = { 40 .name = "root", 41 .size = MTDPART_SIZ_FULL, 42 .offset = MTDPART_OFS_APPEND, 43 }, 44 }; 45 46 struct nand_regs { 47 unsigned long nfconf; 48 unsigned long nfcont; 49 unsigned long nfcmmd; 50 unsigned long nfaddr; 51 unsigned long nfdata; 52 unsigned long nfmeccd0; 53 unsigned long nfmeccd1; 54 unsigned long nfseccd; 55 unsigned long nfsblk; 56 unsigned long nfeblk; 57 unsigned long nfstat; 58 unsigned long nfeccerr0; 59 unsigned long nfeccerr1; 60 }; 61 62 static struct nand_regs *nand_regs; 63 static struct nand_chip *tiny_nand_chip; 64 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd; 65 66 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr) 67 { 68 if(chipnr == -1) 69 { 70 /*取消选择*/ 71 nand_regs->nfcont |= (1<<1); 72 } 73 else 74 { 75 /*选中芯片*/ 76 nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); 77 } 78 } 79 80 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, 81 unsigned int ctrl) 82 { 83 84 if (ctrl & NAND_CLE) 85 { 86 /*发命令*/ 87 nand_regs->nfcmmd = dat; 88 } 89 else 90 { 91 /*发地址*/ 92 nand_regs->nfaddr = dat; 93 } 94 } 95 96 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd) 97 { 98 /*等待命令的操作完成*/ 99 return (nand_regs->nfstat & (1<<0));100 }101 102 static int tiny_nand_init(void)103 {104 /*1.分配一个nand_chip结构体*/105 tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);106 nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));107 mp0_3con = ioremap(0xE0200320,4);108 clk_gate_ip1 = ioremap(0xE0100464,4);109 clk_gate_block = ioremap(0xE0100480,4);110 111 /*2.设置*/112 /*113 * 初始化nand_chip结构体中的函数指针114 * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作115 */116 tiny_nand_chip->select_chip = tiny_nand_select_chip;117 tiny_nand_chip->cmd_ctrl = tiny_nand_cmd_ctrl;118 tiny_nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_regs->nfdata;119 tiny_nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_regs->nfdata;120 tiny_nand_chip->dev_ready = tiny_nand_dev_ready;121 tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;122 //tiny_nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;123 124 /*3.硬件相关*/125 /*使能时钟*/126 *clk_gate_ip1 = 0xffffffff;127 *clk_gate_block = 0xffffffff;128 129 /* 设置相应GPIO管脚用于Nand */130 *mp0_3con = 0x22222222;131 132 /* 设置时序 */133 #define TWRPH1 1134 #define TWRPH0 1135 #define TACLS 1136 nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);137 138 /*139 * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期140 */141 nand_regs->nfconf |= 1<<1;142 143 /*144 * MODE[0]:1 = 使能Nand Flash控制器145 * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选146 */147 nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);148 149 /*4.使用*/150 tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL);151 tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;152 tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;153 154 nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);155 156 /*5.添加分区*/157 add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);158 159 return 0;160 }161 162 static void tiny_nand_exit(void)163 {164 del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd);165 kfree(tiny_nand_mtd);166 iounmap(nand_regs);167 kfree(tiny_nand_chip);168 }169 170 module_init(tiny_nand_init);171 module_exit(tiny_nand_exit);172 173 MODULE_LICENSE("GPL");
nand2.c
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