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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 0
s3c_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 0 s3c_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