Linux下讀寫FLASH驅動——MTD裝置分析

阿新 • • 發佈：2019-02-01

　　最近在學習驅動讀寫flash的程式碼部分。經歷了可笑的過程：開始我知道flash用通過spi口來讀寫。所以就到了driver/spi 下面看相關程式碼。發現有個spidev.c裡面有read/write/ioctl等函式。而且還有一個davinci_spi_master.以為呼叫spi驅動的時候會首先呼叫到這裡，於是就想怎麼在上層應用裡將spidev.c裡open呼叫到就可以了。最後修改了一些地方就在應用的地方打開了這個字元裝置驅動。在dev下面生成了dev/spidev0.0目錄。於是開啟它還呼叫到了spidev.c裡的相關函式。甚是竊喜，但突然發現這個跟我要讀寫的flash又有什麼關係呢？flash晶片型號是：m25p40。知道了又怎麼樣？我該如何讀寫它呢。後來突然在網上看了這麼一段話MTD(memory technology device記憶體技術裝置)是用於訪問memory裝置（ROM、flash）的Linux的子系統。MTD的主要目的是為了使新的memory裝置的驅動更加簡單，為此它在硬體和上層之間提供了一個抽象的介面。MTD的所有原始碼在/drivers/mtd子目錄下。我將CFI介面的MTD裝置分為四層（從裝置節點直到底層硬體驅動），這四層從上到下依次是：裝置節點、MTD裝置層、MTD原始裝置層和硬體驅動層。（

http://blog.csdn.net/binghuiliang/archive/2008/01/23/2060794.aspx）鬱悶之餘看到了這樣的資訊，發現原來flash不是要註冊一個什麼spi裝置，而是要通過mtd裝置來讀取後來在dev/mtd/devices資料夾裡看到了m25p80.c這個程式碼。打開發現裡面是對這一類flash驅動的支援程式碼。天哪怎麼回事，後來就又看了裡面的函式有read/write/probe函式但是沒有發現open函式，甚是煩惱。不知道open函式哪裡去了。是不是probe代替了呢？？同時也沒有發現ops這樣的檔案操作結構體。問題出現了。

參看高手說在應用裡要

system("flash_eraseall /dev/mtd4" 
);
spi_fd =open("/dev/mtd4",O_RDWR, 0);

這麼呼叫，而mtd4在哪裡註冊的我就不知道了。現在還在尋找中。read和write都是呼叫到了m25p80.c裡函式。下面具體說一下如何新增m25p80.c驅動吧。

步驟如下：
1、make menuconfig裡選擇MTD/下相應的選項。核心已經配好了。
2、修改arch/arm/mach-davinci下面的davinci_spi_platform.c 在裡面加入

static struct flash_platform_data davinci_m25P40_info = 
{
   .name = "m25p80" 
,
   .parts = NULL,
   .nr_parts = 0,
   .type = "m25p40",
};
static struct spi_board_info dm6467_spi_board_info[] = {
{ 
   // SPI FLash
   .modalias = "m25p80",
   .platform_data = &davinci_m25P40_info,
   .mode = SPI_MODE_0,
   .irq = 0,
   .max_speed_hz = 4 * 1000 * 1000, /*4MHZ*/
   .bus_num = 0,
   .chip_select = 0, // device number on bus (0-based)
},

};

然後編譯重新編譯核心之後就可以發現在dev目錄下多了一個dev/mtd4裝置節點。這裡面有很多奇怪的地方。不知道這個mtd4是怎麼生成的。像那個spidev0.0裝置節點是因為在檔案spidev.c裡有賦值給主裝置和從裝置的地方，而這個在m25p80.c裡並沒有發現任何跡象，只是看到在probe里加進了add_mtd_partitions()函式，還有這樣的語句：

flash->mtd.erase = m25p80_erase;
flash->mtd.read = m25p80_read;
flash->mtd.write = m25p80_write;

然後繼續查詢probe最後到了那裡：

static struct spi_driver m25p80_driver = {
.driver = {
   .name = "m25p80",
   .bus = &spi_bus_type,
   .owner = THIS_MODULE,
},
.probe = m25p_probe,
.remove = __devexit_p(m25p_remove),
};

貌似這裡又用probe來註冊了spi_driver結構體。而最後的init和exit函式都用了spi註冊。暈倒！那怎麼最後是open裝置mtd4呢。這中間到底發生了什麼？
這裡只能說mtd裝置利用了spi匯流排來達到註冊自己裝置的目的。而這個mtd裝置在本質上是一個字元裝置。
在板子登陸的核心資訊裡截獲到以下資訊：

call video_register_device() in file videodev.c
call video_register_device() in file videodev.c
call adv7343_initialize()
ad9889_i2c_init() OK!
i2c /dev entries driver
nand_davinci nand_davinci.0: Using soft ECC
info->emifregs = 0xc8008000,EMIF_A1CR = 0x3ffffffc
info->emifregs = 0xc8008000,EMIF_A1CR = 0x88442a8
/*****************************************************************************/
mtd->writesize(pagesize)=2048
mtd->oobsize=64
mtd->erasesize(blocksize)=0x20000
/*****************************************************************************/
NAND device: Manufacturer ID: 0xec, Chip ID: 0xf1 (Samsung NAND 128MiB 3,3V 8-bit)
Scanning device for bad blocks
chip_delay = 30
Creating 4 MTD partitions on "nand_davinci.0":
0x00000000-0x000e0000 : "bootloader"
0x000e0000-0x00100000 : "params"
0x00100000-0x004a0000 : "kernel"
0x004a0000-0x08000000 : "filesystem"
nand_davinci nand_davinci.0: hardware revision: 2.2
Enter into m25p_probe 
m25p80 spi0.0: m25p40 (512 Kbytes)
dm_spi.0: davinci SPI Controller driver at 0xc8002800 (irq = 43) use_dma=1
pcf8563 0-0051: chip found, driver version 0.4.2

上面的Enter into m25p_probe 是在m25p80.c裡probe函式打印出來的。這麼早就列印了而不是open時候才呼叫probe是在核心載入時就呼叫了。
可見這塊板子是用的nandflash並把它分成四部分：bootloader、程式碼、核心、檔案系統。而m25p80 spi0.0: m25p40 (512 Kbytes)這一句更是
經典，是說生成了m25p80 spi0.0的一個裝置m25p40吧，猜的呵呵。

　　現在發現 mtd 字元裝置都在 drivers/mtd/mtdchar.c 裡註冊，於是就懷疑是不是 open 呼叫到了這裡呢，於是列印驗證後發現 open("/dev/mtd4",O_RDWR, 0); 呼叫到 mtdchar.c 程式裡open函式，那為什麼 read 和 write 卻是呼叫到 m25p80.c 呢，這裡的 read 有沒有呼叫到呢？這就更奇怪了，是不是 mtd 自己有一套機制讓開啟字元裝置的語句直接去開啟 mtdchar.c 的 open 然後再具體針對某個裝置來讀寫。這也不對呀，open 返回的是 mtd4 的裝置號啊。
　　哈哈，測試了一下原來同樣會呼叫到 mtdchar 裡 read 和 write。m25p80.c裡的 read 和 mtdchar.c 裡的 read 函式，這個邏輯是怎麼回事？
　　為了查詢這個根據我看了：mtdchar.c 裡 mtd_read 函式，最後終於明白了：
這個函式的基本功能是：

格式：

static ssize_t mtd_read(struct file *file, char *buf, size_t count,loff_t *ppos)

功能：MTD 字元裝置的讀操作

說明：

  當 count > 0 時{

         裁減本次操作大小 len 至 min(MAX_KMALLOC_SIZE, count);

         申請一塊大小為 MAX_KMALLOC_SIZE 的核心空間 kbuf;

         呼叫 mtd_info->read 將 MTD 裝置中的資料讀入 kbuf;

         將 kbuf 中的資料拷貝到使用者空間 buf;

         count 自減;

         釋放 kbuf;

   }

引數：

file：系統給MTD字元裝置驅動程式用於傳遞引數的file結構，此函式通過file得到下層的MTD裝置
buf：使用者空間的指標，用於存放讀取的資料
count：被讀資料的長度
ppos：被讀資料在MTD裝置中的位置

成功：返回實際讀取資料的長度
失敗：返回錯誤碼

呼叫：

mtd_info->read() 用於從MTD裝置中讀取資料

被呼叫：

被註冊進 mtd_fops 結構

原始碼：

static ssize_t mtd_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos)
{
struct mtd_file_info *mfi = file->private_data;
struct mtd_info *mtd = mfi->mtd;
size_t retlen=0;
size_t total_retlen=0;
int ret=0;
int len;
char *kbuf;

DEBUG(MTD_DEBUG_LEVEL0,"MTD_read\n");

if (*ppos + count > mtd->size)
   count = mtd->size - *ppos;

if (!count)
   return 0;

/* FIXME: Use kiovec in 2.5 to lock down the user's buffers
    and pass them directly to the MTD functions */

if (count > MAX_KMALLOC_SIZE)
   kbuf=kmalloc(MAX_KMALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
else
   kbuf=kmalloc(count, GFP_KERNEL);

if (!kbuf)
   return -ENOMEM;

   printk("mtd_read called!!000000000000000\n");
while (count) {

   if (count > MAX_KMALLOC_SIZE)
    len = MAX_KMALLOC_SIZE;
   else
    len = count;

   switch (mfi->mode) {
   case MTD_MODE_OTP_FACTORY:
    ret = mtd->read_fact_prot_reg(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf);
    break;
   case MTD_MODE_OTP_USER:
    ret = mtd->read_user_prot_reg(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf);
    break;
   case MTD_MODE_RAW:
   {
    struct mtd_oob_ops ops;

    ops.mode = MTD_OOB_RAW;
    ops.datbuf = kbuf;
    ops.oobbuf = NULL;
    ops.len = len;

    ret = mtd->read_oob(mtd, *ppos, &ops);
    retlen = ops.retlen;
    break;
   }
   default:
    printk("mtd_read called!!111111111111\n");
    ret = mtd->read(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf);
   }
   /* Nand returns -EBADMSG on ecc errors, but it returns
   * the data. For our userspace tools it is important
   * to dump areas with ecc errors !
   * For kernel internal usage it also might return -EUCLEAN
   * to signal the caller that a bitflip has occured and has
   * been corrected by the ECC algorithm.
   * Userspace software which accesses NAND this way
   * must be aware of the fact that it deals with NAND
   */
   if (!ret || (ret == -EUCLEAN) || (ret == -EBADMSG)) {
    *ppos += retlen;
    if (copy_to_user(buf, kbuf, retlen)) {
     kfree(kbuf);
     return -EFAULT;
    }
    else
     total_retlen += retlen;

    count -= retlen;
    buf += retlen;
    if (retlen == 0)
     count = 0;
   }
   else {
    kfree(kbuf);
    return ret;
   }

}
        printk("mtd_read called!!2222222222222222\n");
kfree(kbuf);
return total_retlen;
} /* mtd_read */

注意到裡面這一句：ret = mtd->read(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf); 這個是呼叫 MTD 原始裝置層的 mtd.read 函數了。
而我們再回頭看看 m25p80.c 裡 probe 函式里語句：

flash->mtd.erase = m25p80_erase;
flash->mtd.read = m25p80_read;
flash->mtd.write = m25p80_write;

這個就是給 mtd 結構體賦初值的地方。原來是這麼聯絡起來的。暈倒！
從上面的解釋可以看到這個函式

1、先申請一塊大小為MAX_KMALLOC_SIZE的核心空間kbuf，
2、呼叫mtd->read將MTD裝置中的資料讀入kbuf，
3、將kbuf中的資料拷貝到使用者空間buf

可以看到，原來如此mtd是通過這些層次關係來呼叫底層mtd裝置（m25p80.c）的資料來的。這又讓我想起了視訊video驅動裡v4l2層次了。原來複雜的核心哪裡都少不了這種層次的呼叫。這樣的話m25p80.c沒有open和ops結構體也正常了，因為在mtdchar.c裡都已經做好了啊。同樣在mtdchar.c裡mtd_write()函式也看到了

ret = (*(mtd->write))(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf);

這樣的語句就是呼叫 m25p80.c 的 m25p80_write 函式的語句。現在情況就一目瞭然了。

小結：原來我們要對 flash 讀取的時候就是要給它完成底層 MTD 原始裝置（本例中的 m25p40 晶片）的加入（包括配置核心 kconfig、makefile 及 davinci_spi_platform.c 改寫），然後這個底層裝置就會通過probe函式註冊自己的 mtd 結構體，（struct mtd_file_info *mfi = file->private_data;struct mtd_info *mtd = mfi->mtd;）。然後中間的mtd裝置層才能夠呼叫這個底層裝置的資料，諸如：mtdchar.c裡的read、write呼叫。最終完成擦寫具體flash的目的。上層的應用程式要繼續研究。而裝置節點代表了具體的一個mtd裝置我們載入了m25p80.c以後在dev目錄下就出現了mtd4這個裝置。（至於為什麼是mtd4就需要繼續學習了）。

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