版權聲明：本文為部落客原創文章，未經部落客允許不得轉載。
MTD，Memory Technology Device即記憶體技術裝置，在Linux核心中，引入MTD層為NOR FLASH和NAND FLASH裝置提供統一接口。MTD将檔案系統與底層FLASH存儲器進行了隔離。
如上圖所示，MTD裝置通常可分為四層，從上到下依次是：裝置節點、MTD裝置層、MTD原始裝置層、硬體驅動層。
Flash硬體驅動層：Flash硬體驅動層負責對Flash硬體的讀、寫和擦除操作。MTD裝置的Nand Flash晶片的驅動則drivers/mtd/nand/子目錄下,Nor Flash晶片驅動位于drivers/mtd/chips/子目錄下。
MTD原始裝置層：用于描述MTD原始裝置的資料結構是mtd_info，它定義了大量的關于MTD的資料和操作函數。其中mtdcore.c: MTD原始裝置接口相關實作，mtdpart.c : MTD分區接口相關實作。
MTD裝置層：基于MTD原始裝置，linux系統可以定義出MTD的塊裝置（主裝置号31）和字元裝置（裝置号90）。其中mtdchar.c : MTD字元裝置接口相關實作，mtdblock.c : MTD塊裝置接口相關實作。
裝置節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD塊裝置節點（主裝置号為31）和MTD字元裝置節點（主裝置号為90）。通過通路此裝置節點即可通路MTD字元裝置和塊裝置
MTD資料結構：
1.Linux核心使用mtd_info結構體表示MTD原始裝置，這其中定義了大量關于MTD的資料和操作函數（後面将會看到），所有的mtd_info結構體存放在mtd_table結構體資料裡。在/drivers/mtd/mtdcore.c裡：
struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES];
2.Linux核心使用mtd_part結構體表示分區，其中mtd_info結構體成員用于描述該分區，大部分成員由其主分區mtd_part->master決定，各種函數也指向主分區的相應函數。
struct mtd_part {
struct mtd_info mtd; /* 分區資訊, 大部分由master決定 */
struct mtd_info *master; /* 分區的主分區 */
uint64_t offset; /* 分區的偏移位址 */
int index; /* 分區号 (Linux3.0後不存在該字段) */
struct list_head list; /* 将mtd_part鍊成一個連結清單mtd_partitons */
int registered;
};
mtd_info結構體主要成員，為了便于觀察，将重要的資料放在前面，不大重要的編寫在後面。
struct mtd_info {
u_char type; /* MTD類型，包括MTD_NORFLASH,MTD_NANDFLASH等(可參考mtd-abi.h) */
uint32_t flags; /* MTD屬性标志，MTD_WRITEABLE,MTD_NO_ERASE等(可參考mtd-abi.h) */
uint64_t size; /* mtd裝置的大小 */
uint32_t erasesize; /* MTD裝置的擦除單元大小，對于NandFlash來說就是Block的大小 */
uint32_t writesize; /* 寫大小, 對于norFlash是位元組,對nandFlash為一頁 */
uint32_t oobsize; /* OOB位元組數 */
uint32_t oobavail; /* 可用的OOB位元組數 */
unsigned int erasesize_shift; /* 預設為0，不重要 */
unsigned int writesize_shift; /* 預設為0，不重要 */
unsigned int erasesize_mask; /* 預設為1，不重要 */
unsigned int writesize_mask; /* 預設為1，不重要 */
const char *name; /* 名字， 不重要*/
int index; /* 索引号，不重要 */
int numeraseregions; /* 通常為1 */
struct mtd_erase_region_info *eraseregions; /* 可變擦除區域 */
void *priv; /* 裝置私有資料指針，對于NandFlash來說指nand_chip結構體 */
struct module *owner; /* 一般設定為THIS_MODULE */
/* 擦除函數 */
int (*erase) (struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr);
/* 讀寫flash函數 */
int (*read) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf);
int (*write) (struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t *retlen, const u_char *buf);
/* 帶oob讀寫Flash函數 */
int (*read_oob) (struct mtd_info *mtd, loff_t from,
struct mtd_oob_ops *ops);
int (*write_oob) (struct mtd_info *mtd, loff_t to,
int (*get_fact_prot_info) (struct mtd_info *mtd, struct otp_info *buf, size_t len);
int (*read_fact_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf);
int (*get_user_prot_info) (struct mtd_info *mtd, struct otp_info *buf, size_t len);
int (*read_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf);
int (*write_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t *retlen, u_char *buf);
int (*lock_user_prot_reg) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len);
int (*writev) (struct mtd_info *mtd, const struct kvec *vecs, unsigned long count, loff_t to, size_t *retlen);
int (*panic_write) (struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t *retlen, const u_char *buf);
/* Sync */
void (*sync) (struct mtd_info *mtd);
/* Chip-supported device locking */
int (*lock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len);
int (*unlock) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, uint64_t len);
/* 電源管理函數 */
int (*suspend) (struct mtd_info *mtd);
void (*resume) (struct mtd_info *mtd);
/* 壞塊管理函數 */
int (*block_isbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
int (*block_markbad) (struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
void (*unpoint) (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len);
unsigned long (*get_unmapped_area) (struct mtd_info *mtd,
unsigned long len,
unsigned long offset,
unsigned long flags);
struct backing_dev_info *backing_dev_info;
struct notifier_block reboot_notifier; /* default mode before reboot */
/* ECC status information */
struct mtd_ecc_stats ecc_stats;
int subpage_sft;
struct device dev;
int usecount;
int (*get_device) (struct mtd_info *mtd);
void (*put_device) (struct mtd_info *mtd);
mtd_info結構體中的read()、write()、read_oob()、write_oob()、erase()是MTD裝置驅動要實作的主要函數，幸運的是Linux大牛已經幫我們實作了一套适合大部分FLASH裝置的mtd_info成員函數。
如果MTD裝置隻有一個分區，那麼使用下面兩個函數注冊和登出MTD裝置。
int add_mtd_device(struct mtd_info *mtd)
int del_mtd_device (struct mtd_info *mtd)
如果MTD裝置存在其他分區，那麼使用下面兩個函數注冊和登出MTD裝置。
int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,const struct mtd_partition *parts,int nbparts)
int del_mtd_partitions(struct mtd_info *master)
其中mtd_partition結構體表示分區的資訊
struct mtd_partition {
char *name; /* 分區名，如TQ2440_Board_uboot、TQ2440_Board_kernel、TQ2440_Board_yaffs2 */
uint64_t size; /* 分區大小 */
uint64_t offset; /* 分區偏移值 */
uint32_t mask_flags; /* 掩碼辨別，不重要 */
struct nand_ecclayout *ecclayout; /* OOB布局 */
struct mtd_info **mtdp; /* pointer to store the MTD object */
其中nand_ecclayout結構體：
struct nand_ecclayout {
__u32 eccbytes; /* ECC位元組數 */
__u32 eccpos[64]; /* ECC校驗碼在OOB區域存放位置 */
__u32 oobavail;
/* 除了ECC校驗碼之外可用的OOB位元組數 */
struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES];
關于nand_ecclayout結構體執行個體，更多可參考drivers/mtd/nand/nand_base.c下的nand_oob_8、nand_oob_16、nand_oob_64執行個體。
MTD裝置層：
mtd字元裝置接口：
/drivers/mtd/mtdchar.c檔案實作了MTD字元裝置接口，通過它，可以直接通路Flash裝置，與前面的字元驅動一樣，通過file_operations結構體裡面的open()、read()、write()、ioctl()可以讀寫Flash，通過一系列IOCTL 指令可以擷取Flash 裝置資訊、擦除Flash、讀寫NAND 的OOB、擷取OOB layout 及檢查NAND 壞塊等(MEMGETINFO、MEMERASE、MEMREADOOB、MEMWRITEOOB、MEMGETBADBLOCK IOCRL)
mtd塊裝置接口：
/drivers/mtd/mtdblock.c檔案實作了MTD塊裝置接口，主要原理是将Flash的erase block 中的資料在記憶體中建立映射，然後對其進行修改，最後擦除Flash 上的block，将記憶體中的映射塊寫入Flash 塊。整個過程被稱為read/modify/erase/rewrite 周期。 但是，這樣做是不安全的，當下列操作序列發生時，read/modify/erase/poweroff，就會丢失這個block 塊的資料。
MTD硬體驅動層：
Linux核心再MTD層下實作了通用的NAND驅動(/driver/mtd/nand/nand_base.c)，是以晶片級的NAND驅動不再需要實作mtd_info結構體中的read()、write()、read_oob()、write_oob()等成員函數。
MTD使用nand_chip來表示一個NAND FLASH晶片, 該結構體包含了關于Nand Flash的位址資訊,讀寫方法,ECC模式,硬體控制等一系列底層機制。
struct nand_chip {
void __iomem *IO_ADDR_R; /* 讀8位I/O線位址 */
void __iomem *IO_ADDR_W; /* 寫8位I/O線位址 */
/* 從晶片中讀一個位元組 */
uint8_t (*read_byte)(struct mtd_info *mtd);
/* 從晶片中讀一個字 */
u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd);
/* 将緩沖區内容寫入晶片 */
void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
/* 讀晶片讀取内容至緩沖區/ */
void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, int len);
/* 驗證晶片和寫入緩沖區中的資料 */
int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const uint8_t *buf, int len);
/* 選中晶片 */
void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);
/* 檢測是否有壞塊 */
int (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);
/* 标記壞塊 */
int (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);
/* 指令、位址、資料控制函數 */
void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat,unsigned int ctrl);
/* 裝置是否就緒 */
int (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);
/* 實作指令發送 */
void (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr);
int (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this);
/* 擦除指令的處理 */
void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);
/* 掃描壞塊 */
int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);
int (*errstat)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state, int status, int page);
/* 寫一頁 */
int (*write_page)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip,
const uint8_t *buf, int page, int cached, int raw);
int chip_delay; /* 由闆決定的延遲時間 */
/* 與具體的NAND晶片相關的一些選項，如NAND_NO_AUTOINCR，NAND_BUSWIDTH_16等 */
unsigned int options;
/* 用位表示的NAND晶片的page大小，如某片NAND晶片
* 的一個page有512個位元組，那麼page_shift就是9
*/
int page_shift;
/* 用位表示的NAND晶片的每次可擦除的大小，如某片NAND晶片每次可
* 擦除16K位元組(通常就是一個block的大小)，那麼phys_erase_shift就是14
int phys_erase_shift;
/* 用位表示的bad block table的大小，通常一個bbt占用一個block，
* 是以bbt_erase_shift通常與phys_erase_shift相等
int bbt_erase_shift;
/* 用位表示的NAND晶片的容量 */
int chip_shift;
/* NADN FLASH晶片的數量 */
int numchips;
/* NAND晶片的大小 */
uint64_t chipsize;
int pagemask;
int pagebuf;
int subpagesize;
uint8_t cellinfo;
int badblockpos;
nand_state_t state;
uint8_t *oob_poi;
struct nand_hw_control *controller;
struct nand_ecclayout *ecclayout; /* ECC布局 */
struct nand_ecc_ctrl ecc; /* ECC校驗結構體，裡面有大量的函數進行ECC校驗 */
struct nand_buffers *buffers;
struct nand_hw_control hwcontrol;
struct mtd_oob_ops ops;
uint8_t *bbt;
struct nand_bbt_descr *bbt_td;
struct nand_bbt_descr *bbt_md;
struct nand_bbt_descr *badblock_pattern;
void *priv;
最後，我們來用圖表的形式來總結一下，MTD裝置層、MTD原始裝置層、FLASH硬體驅動層之間的聯系。
【新浪微網誌】 張昺華--sky
【twitter】 @sky2030_
【facebook】 張昺華 zhangbinghua
本文版權歸作者和部落格園共有，歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接配接，否則保留追究法律責任的權利.