uboot移植與原始碼分析總結 Nand驅動

2021-06-21 16:04:18 字數 4370 閱讀 2295

從功能上來說,nand flash與norflash並無太大差異,主要區別在於操作介面和方式。nand基於非sram匯流排介面,使用nand介面,所以一般需要mcu具有nand控制器才可與其連線。在讀取時,以頁為單位;擦除和寫入時,以塊為單位。

將nand視作乙個mtd裝置

uboot將nand視作乙個mtd裝置,所以使用mtd機制對nand裝置進行管理。單個nand裝置用nand_info_t來描述。而nand_info_t實際上就是mtd結構。最多支援的nand裝置數config_sys_max_nand_device可由開發者自行配置。不過一般目標板上只有一塊nand裝置,所以取值通常為1。

typedef struct mtd_info nand_info_t; 

nand_info_t nand_info[config_sys_max_nand_device];

但是僅使用mtd結構來描述不夠,因為mtd只是乙個通用的儲存描述結構,而nand裝置特定的某些屬性,如ecc布局等不能簡單的新增到mtd結構中。所以,uboot定義了nand_chip結構。

struct nand_chip ;

然後,分配了config_sys_max_nand_device個nand_chip結構。

struct nand_chip nand_chip[config_sys_max_nand_device];

最後,在nand_init_chip()中通過以下**關聯nand_info結構和nand_chip結構:

mtd->priv = nand;

這樣做使得乙個mtd結構既可以描述mtd結構的通用性,又能在需要時訪問nand裝置特定的屬性和操作函式。

基本的nand操作演算法

uboot提供了nand裝置的通用操作演算法,這些操作演算法集中在nand_base.c。nand驅動層的初始化由nand_init()完成,該函式呼叫nand_init_chip()逐個初始化nand_info表中的各項。而nand_init_chip()則呼叫board_nand_init()完成目標板nand控制器初始化,mtd結構中驅動介面函式初始化,之後呼叫nand_scan()自動檢測該控制器上的nand晶元資訊。檢測完畢後,再呼叫nand_register()向mtd管理器中註冊該裝置。

其中nand_scan最為關鍵,它負責檢測nand的晶元型號,並根據型號填充nand操作演算法介面。

nand_scan操作分為兩步。

第一步,nand_scan_ident()會嘗試讀取晶元id,並根據id計算出器件的屬性,然後將該屬性及對應的操作介面函式填充到nand_chip結構中。

第二步,nand_scan_tail()負責設定ecc布局,並且根據設定的ecc模式填充ecc相關演算法函式,以及使用nand操作函式填充mtd結構中操作介面函式。

具體的演算法函式比較多,且多與硬體裝置有關,所以這裡不深究細節,不再詳細分析。

驅動移植最基本的介面

對於移植而言,開發者需要做的是重新定義board_nand_init(),在該函式中完成nand裝置中的mtd結構部分介面函式和屬性的設定。其中某些屬性是必須設定的,如下所示:

int board_nand_init(struct nand_chip *nand) 

nand->io_addr_r   = (void __iomem *)(nfdata); 

nand->io_addr_w  = (void __iomem *)(nfdata); 

nand->cmd_ctrl        = s3c_nand_hwcontrol; 

nand->dev_ready    = s3c_nand_device_ready; 

nand->ecc.mode        = nand_ecc_hw;

如果具體到乙個特定的nand裝置,為了能訪問該裝置,驅動**能夠向nand裝置傳送命令、讀寫資料、檢測器件是否忙。雖然nand型號非常多;但是其基本介面都一致,並且讀寫nand塊、頁中資料的演算法都是類似的。所以,uboot在nand_base.c中提供了與nand控制器無關的操作演算法,而與硬體相關的部分則由使用者驅動實現。這樣做的好處便是使用者不需要自己再實現這些操作。

ecc管理機制

由於nand本身的特性,在讀寫過程中容易出現錯誤,即儲存器中的某乙個或多個位可能會失效,而無法再寫入。為了處理方便,這些錯誤位的所在的整個頁或者整個塊就不能再用,常見的做法是將這個塊標記為壞塊,不再使用。而nand塊通常為幾十k到幾百k,為了避免僅僅因為錯誤幾個位導致整個塊浪費,所以使用了ecc機制。借助儲存在oob區的ecc碼,可以檢測出讀取的資料是否有錯誤位。而當出現的錯誤位數在容許的範圍內時,可對資料進行糾正,保證讀取資料正確,避免丟棄整個塊。

當然,ecc碼只能糾正錯誤位數較少的情況,錯誤太多時用ecc也是無法糾正的,只能丟棄整個塊。即便如此,ecc的存在能減少浪費。

uboot使用nand_ecc_ctrl結構來定義ecc相關的操作模式和介面。

struct nand_ecc_ctrl ;

對於ecc操作而言,最主要的兩個操作為根據輸入計算ecc碼(calculate)和根據ecc碼對資料進行糾錯(correct)。

在board_nand_init()中初始化nand驅動介面時,可以根據需要初始化ecc操作介面。s5pv210的部分設定**如下:

nand->ecc.mode        = nand_ecc_hw; 

nand->ecc.hwctl        = s3c_nand_enable_hwecc; 

nand->ecc.calculate    = s3c_nand_calculate_ecc; 

nand->ecc.correct    = s3c_nand_correct_data; 

nand->ecc.read_page = s3c_nand_read_page_8bit; 

nand->ecc.write_page = s3c_nand_write_page_8bit; 

nand->ecc.read_oob = s3c_nand_read_oob_8bit; 

nand->ecc.write_oob = s3c_nand_write_oob_8bit; 

nand->ecc.layout = &s3c_nand_oob_128; 

nand->ecc.hwctl = s3c_nand_enable_hwecc_8bit; 

nand->ecc.calculate = s3c_nand_calculate_ecc_8bit; 

nand->ecc.correct = s3c_nand_correct_data_8bit; 

nand->ecc.size = 512; 

nand->ecc.bytes = 13; 

nand->options |= nand_no_subpage_write;

ecc碼計算方式有兩種,一種是純粹通過uboot軟體計算得出;二是呼叫nand控制器由硬體計算出ecc。通常情況下,以使用硬體ecc計算為主。

ecc的分組處理

通常ecc碼需要分組計算,即將整個nand頁劃分為成多個部分,每部分資料計算一組ecc碼,最後統一放置到oob區。例如,s5pv210的8bit硬體ecc計算,每512位元組生成一組ecc,單個頁的ecc計算**如下:

for (i = 0; eccsteps; eccsteps–, i += eccbytes, p += eccsize)

軟體ecc

使用軟體ecc時,需要自行實現ecc碼檢錯和糾錯的演算法。最新的uboot中提供了一種ecc計算方法,在nand_ecc.c中。其中nand_calculate_ecc()根據輸入的源資料計算出ecc碼,nand_correct_data根據輸入的ecc碼對資料進行檢錯和糾錯。

具體的演算法細節這裡不關注。

硬體ecc

s5pv210支援1位、4位、8位、12位、16位的硬體ecc,相應的ecc檢錯和糾錯**已經包含在nand驅動原始碼中。

壞塊管理

uboot對nand裝置的壞塊管理有兩種:一種是讀寫時跳過壞塊;一種是基於壞塊表。

跳過壞塊是最簡單也是最常見處理方式,在nand_util.c中nand_read_skip_bad和nand_write_skip_bad提供了該種處理方式。

而基於壞塊表的方式,暫沒有見到過。

原文**:

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