NOR Flash驱动程序
前面学习了Linux内核中Nand Flash驱动程序的编写，现在继续学习如何编写NOR Flash驱动程序，在编写自己的NOR Flash驱动前，我们还是先来弄清楚NOR Flash驱动程序编写的框架。
我们知道在MTD系统层次下，Flash硬件驱动通过mtd_info结构体和上层的设备层进行交互，mtd_info结构体是一个高度抽象的接口，向上层提供了对存储设备的_read、_erase、_write等操作函数，这些接口屏蔽了硬件的差异，使得设备层不需要了解硬件特性直接使用mtd_info结构体中函数完成数据传递。这意味着mtd_info结构体中的成员需要在驱动程序中构造和向上注册，如在Nand Flash驱动中内核为它抽象出了nand_chip结构体，驱动程序编写者只需实现不同硬件间差异的一些内容，所有NAND Flash共性的读写的协议部分已经由内核实现。驱动程序编写者只需调用nand_scan函数扫描硬件信息，完成mtd_info结构体成员填充。那么NOR Flash驱动中是否也实现了一个像nand_chip的结构体呢？下面我们猜想和疑问进行分析。
先从内核中自带的NOR Flash驱动程序physmap.c函数进行分析
入口函数physmap_init
static int __init physmap_init(void) { int err; err = platform_driver_register(&physmap_flash_driver);--------------------->① #ifdef CONFIG_MTD_PHYSMAP_COMPAT if (err == 0) { err = platform_device_register(&physmap_flash);------------------------>② if (err) platform_driver_unregister(&physmap_flash_driver); } #endif return err; }
① 注册了一个平台相关的driver，注册的平台相关的driver在注册时会自动搜索平台总线下挂接的所有device，查找是否有同名的device，如果有调用driver的probe函数
② 如果定义了CONFIG_MTD_PHYSMAP_COMPAT宏，注册一个平台相关的device。同注册的平台总线的driver一样，注册的平台相关的device在注册时会自动搜索平台总线下挂接的所有driver，找到是否有同名的driver，如果有调用driver的probe函数。
CONFIG_MTD_PHYSMAP_COMPAT这些宏是在内核配置时设置的，如make menuconfig按照下面步骤进行设置
Device Drivers --->
<*> Memory Technology Device (MTD) support --->
Mapping drivers for chip access --->
<M> Flash device in physical memory map
[*] Physmap compat support
(0x0) Physical start address of flash mapping----------------------->①
(0x10000000) Physical length of flash mapping------------------------->②
(2) Bank width in octets------------------------------------------>③
如果选中了Physmap compat support，还需要设置它下面的三项内容，分别是flash映射的物理起始地址、映射的长度、以及位宽。这些配置信息最终在编译内核时自动生成宏定义，存放在autoconfig.h文件中，这个文件将被内核中的其他源文件包含。
继续看注册的平台相关的driver结构体的probe函数
physmap_flash_probe
static int physmap_flash_probe(struct platform_device *dev) { struct physmap_flash_data *physmap_data; struct physmap_flash_info *info; const char **probe_type; const char **part_types; ... physmap_data = dev->dev.platform_data; ... info = devm_kzalloc(&dev->dev, sizeof(struct physmap_flash_info), ------------------------>① GFP_KERNEL); ... for (i = 0; i < dev->num_resources; i++) { ... if (!devm_request_mem_region(&dev->dev,----------------------------------------------->② dev->resource[i].start, resource_size(&dev->resource[i]), dev_name(&dev->dev))) ... info->map[i].name = dev_name(&dev->dev);---------------------------------------------->③ info->map[i].phys = dev->resource[i].start; info->map[i].size = resource_size(&dev->resource[i]); info->map[i].bankwidth = physmap_data->width; ... info->map[i].virt = devm_ioremap(&dev->dev, info->map[i].phys, info->map[i].size); ... simple_map_init(&info->map[i]);------------------------------------------------------>④ probe_type = rom_probe_types; if (physmap_data->probe_type == NULL) { for (; info->mtd[i] == NULL && *probe_type != NULL; probe_type++) info->mtd[i] = do_map_probe(*probe_type, &info->map[i]);--------------------->⑤ } else info->mtd[i] = do_map_probe(physmap_data->probe_type, &info->map[i]); ... info->mtd[i]->owner = THIS_MODULE; info->mtd[i]->dev.parent = &dev->dev; } if (devices_found == 1) { info->cmtd = info->mtd[0]; } else if (devices_found > 1) { /* * We detected multiple devices. Concatenate them together. */ info->cmtd = mtd_concat_create(info->mtd, devices_found, dev_name(&dev->dev));------>⑥ if (info->cmtd == NULL) err = -ENXIO; } ... part_types = physmap_data->part_probe_types ? : part_probe_types; mtd_device_parse_register(info->cmtd, part_types, NULL,---------------------------------->⑦ physmap_data->parts, physmap_data->nr_parts); ... }
① 分配一个struct physmap_flash_info结构体，这个结构体包含了mtd_info结构体指针和map_info结构体数据成员。关于mtd_info结构体前面已经接触过了，map_info结构体是新引入的结构体，可以猜想它的功能可能类似Nand Flash驱动中nand_chip结构体，用于描述NOR Flash设备
② devm_request_mem_region获取平台总线匹配到的platform_device的信息，platform_device中存放的一般是硬件相关信息。该平台总线注册的driver匹配到的platform_device结构体也是在physmap.c文件中定义，内容如下：
static struct physmap_flash_data physmap_flash_data = { .width = CONFIG_MTD_PHYSMAP_BANKWIDTH, }; static struct resource physmap_flash_resource = { .start = CONFIG_MTD_PHYSMAP_START, .end = CONFIG_MTD_PHYSMAP_START + CONFIG_MTD_PHYSMAP_LEN - 1, .flags = IORESOURCE_MEM, }; static struct platform_device physmap_flash = { .name = "physmap-flash", .id = 0, .dev = { .platform_data = &physmap_flash_data, }, .num_resources = 1, .resource = &physmap_flash_resource, };
physmap_flash该结构体描述了硬件相关的资源信息
.num_resources = 1代表只有一个硬件资源
CONFIG_MTD_PHYSMAP_BANKWIDTH、CONFIG_MTD_PHYSMAP_START、CONFIG_MTD_PHYSMAP_LEN这些宏的值都是在只需make menuconfig配置内核时设置的，按照前面的配置，这些宏的信息值如下所示：
CONFIG_MTD_PHYSMAP_BANKWIDTH = 2 CONFIG_MTD_PHYSMAP_START = 0 CONFIG_MTD_PHYSMAP_LEN = 0x10000000
③ 根据②获取的描述硬件的信息设置map_info结构体，最后根据物理值范围大小，映射对应的虚拟地址传给map_info结构体的virt成员变量
④ 调用simple_map_init函数，顾名思义，该函数完成map_info结构体简单的初始化，设置默认的读、写、拷贝等函数
⑤ 如果匹配platform_device中没有指定probe_type信息，遍历probe_type指针指向内容中的所有参数，调用do_map_probe函数，如果do_map_probe函数返回的内容不为空（即匹配成功），结束后面查找
probe_type是一个二级指针，指向指针数组rom_probe_types，这个数组指针每一项指向一个字符串
static const char *rom_probe_types[] = { "cfi_probe", "jedec_probe", NULL };
do_probe_type是一个比较核心的函数，根据传入的字符串名称在链表中找到相关的probe函数，如cif_probe将尝试以CFI规范去解析nor flash，如果nor flash支持cfi协议，将解析成功，读取nor flash信息，分配、设置mtd_info结构体
⑥ 如果检测到多个flash设备，将他们连接到一起，设置统一的mtd_info结构体
⑦ 调用mtd_device_parse_register函数，设置分区范围、注册mtd_info结构体，尝试以指定文件系统类型去解析flash分区
通过上面对physmap_flash_probe分析，我们基本可以知道了编写一个nor flash驱动的步骤，do_map_probe函数是其中的关键步骤。do_map_probe函数根据传入的参数去调用相关规范的probe函数，判断该flash支持那种规范去访问。我们下面详细分析do_map_probe函数
do_map_probe函数
struct mtd_info *do_map_probe(const char *name, struct map_info *map) { struct mtd_chip_driver *drv; struct mtd_info *ret; drv = get_mtd_chip_driver(name);---------------->① ... ret = drv->probe(map);-------------------------->② ... }
① 根据传入名称找到一个mtd_chip_driver函数
② 调用找到的mtd_chip_driver结构体的probe函数
get_mtd_chip_driver函数是如何寻找的呢？继续看该函数
static struct mtd_chip_driver *get_mtd_chip_driver (const char *name) { ......... list_for_each(pos, &chip_drvs_list) { this = list_entry(pos, typeof(*this), list); if (!strcmp(this->name, name)) { ret = this; break; } } .......... }
get_mtd_chip_driver函数遍历chip_drv_list链表，找到链表中挂载的所有内容，如果和传入名称匹配，将返回匹配成功链表对象的地址。
chip_drv_list链表在哪里被设置呢？在内核源码树中查找，找到了往链表中注册成员的register_mtd_chip_driver函数。该函数又被很多驱动的入口函数调用，如cfi_probe.c/jedec_probe.c/map_ram.c/map_rom.c等文件的入口函数，在以cfi_probe.c文件入口函数为例进行分析
static struct mtd_chip_driver cfi_chipdrv = { .probe = cfi_probe, .name = "cfi_probe", .module = THIS_MODULE }; static int __init cfi_probe_init(void) { register_mtd_chip_driver(&cfi_chipdrv); return 0; }
调用register_mtd_chip_driver函数，注册了一个名为cif_chipdrv的mtd_chip_driver结构体，该结构体name成员名为“cfi_probe”，probe指针指向cif_probe函数。
由此可见，在对于nor_flash这种类内存类型接口的存储设备进行访问时，驱动程序会调用do_map_probe函数，使用内核中支持的mtd_chip_driver的probe函数去检测硬件的类型。如果内核中注册的mtd_chip_driver支持该芯片的访问，将填充mtd_info结构体，设置mtd_info结构体的设备读写函数。同时，我们可以使用内核中注册的mtd_chip_driver，去尝试匹配一个新的类内存接口的flash设备，可以仿照内核physmap.c文件，将mtd_chip_driver名称放在一个指针数组中，使用时遍历指针数组中每一项内容进行匹配，直到匹配完成返回。
下面我们将简化上述驱动，不使用make menuconfig配置传入相关参数，编写一个更简练的nor flash驱动程序，源码实现如下：
#include <linux/module.h> #include <linux/types.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/init.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/device.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/mtd/mtd.h> #include <linux/mtd/map.h> #include <linux/mtd/partitions.h> #include <linux/mtd/physmap.h> #include <linux/mtd/concat.h> #include <linux/io.h> struct mtd_info *mtd = NULL; struct map_info *map; static const char *rom_probe_types[] = { "cfi_probe", "jedec_probe", NULL }; static const char *part_probe_types[] = { "cmdlinepart", "RedBoot", NULL }; static struct mtd_partition nor_partitions[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = "root", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, } }; int s3c_nor_drv_init(void) { const char **probe_type; const char **part_types; map = kzalloc(sizeof(struct map_info), GFP_KERNEL); map->name = "nor_flash"; map->phys = 0; map->size = 0x1000000; map->bankwidth = 2; //map->set_vpp = physmap_data->set_vpp; map->virt = ioremap(map->phys, map->size); simple_map_init(map); probe_type = rom_probe_types; for (; mtd == NULL && *probe_type != NULL; probe_type++) mtd = do_map_probe(*probe_type, map); mtd->owner = THIS_MODULE; part_types = part_probe_types; mtd_device_parse_register(mtd, part_types, NULL, nor_partitions, ARRAY_SIZE(nor_partitions)); return 0; } void s3c_nor_drv_exit(void) { mtd_device_unregister(mtd); map_destroy(mtd); kfree(map); } module_init(s3c_nor_drv_init); module_exit(s3c_nor_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
测试驱动程序
1）insmod s3c_nor_drv.c
2) 执行./flash_eraseall -j /dev/mtd1格式化分区，注意格式化分区是以MTD的字符设备进行的。
-j代表格式化为jffs2文件类型，可通过./flash_eraseall --help查看应用程序的帮助信息
3）挂载分区到mnt目录， mount -t jffs2 /dev/mtdblok1 /mnt，使用命令进行读写测试，-t代表挂载文件系统的类型
由测试结果可以看出我们编写的nor flash驱动程序可以正常运行，还有须注意的是s3c2440测试nor flash驱动程序时，启动方式一定要设置成nor flash驱动，如果是nand flash启动，芯片的0地址将映射到4K的Boot Internal SRAM区域，这样肯定不能访问到nor flash设备。
