块设备驱动之NAND FLASH驱动程序

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一.框架总结

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二.硬件原理

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相比于nor flash。我们能够清楚的看出引脚少了非常多,主要是输入输出引脚进行了复用。如今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。由于命令、数据、地址发出去和收到时候不能立马就完毕。须要一个时间。

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各自是芯片使能、写使能、和读使能。举个样例，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。

使用方法：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

/* 參考
 * 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,
	}
};

/*推断是否选中*/
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);
	}
}
/*推断发命令，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;
	}
}
/*推断状态*/
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, 假设不知道怎么设置, 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,推断状态的功能
	 */
	s3c_nand->select_chip = s3c2440_select_chip;      //推断选中
	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;         //推断状态
	s3c_nand->ecc.mode    = NAND_ECC_SOFT;             //设置ECC

	/* 3. 硬件相关的设置: 依据NAND FLASH的手冊设置时间參数 */
	/* 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手冊可知CLE/ALE与nWE能够同一时候发出,所以TACLS=0
	 * TWRPH0: nWE的脉冲宽度, HCLK x ( TWRPH0 + 1 ), 从NAND手冊可知它要>=12ns, 所以TWRPH0>=1
	 * TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才干变为低电平, 从NAND手冊可知它要>=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 加入分区*/
	add_mtd_partitions(s3c_mtd, s3c_nand_parts, 4);

	//add_mtd_device(s3c_mtd);  整个flash仅仅有一个分区
	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.总体分析

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, 假设不知道怎么设置,
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,推断状态的功能）

1.3硬件相关的设置: 依据NAND FLASH的手冊设置时间參数

1.4使用: nand_scan

1.5add_mtd_partitions 加入分区（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;         //推断状态

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;
	}
}

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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手冊可知CLE/ALE与nWE能够同一时候发出,所以TACLS=0
	 * TWRPH0: nWE的脉冲宽度, HCLK x ( TWRPH0 + 1 ), 从NAND手冊可知它要>=12ns, 所以TWRPH0>=1
	 * TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才干变为低电平, 从NAND手冊可知它要>=5ns, 所以TWRPH1>=0
	 */
#define TACLS    0
#define TWRPH0   1
#define TWRPH1   0
	s3c_nand_regs->nfconf = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);

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左图为2440nand时序。右面为nand手冊要求时序。最后一个图为详细数值。

以下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

因为Nand flash的工艺特性。所以nand flash有一个缺点就是位反转。所以增加了ECC校验。

详细怎么实现呢？

nand flash的存储是以页为单位的。它在每页的后面增加了OOB（16字节），这里面存的就是ECC的值。怎样工作？

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进行比較。

详细的算法实现比較复杂，我在这里仅仅是简单的说一下，有兴趣的能够深入研究。

參考：韦东山视频第二期