Linux驱动开发笔记：NOR FLASH编写实例

1、 背景介绍

板子上的zynq通过emc外接一块nor flash，地址分配如下：

Nor flash的起始地址为0x80000000。当zynq上运行Linux后可以通过对该地址起始的区域进行擦除、读写操作从而对NOR FLASH进行操作。具体参看前一篇博客点击打开链接

不过，这种实现方式虽然简单，但对用户来说使用不方便，没有用户会自己计算需要擦除多少扇区或读写多少扇区的。基于这点考虑，在nor flash上面挂载文件系统就显得格外重要。

2、 MTD介绍

在linux中挂载文件系统需要借助MTD系统，结构图如下：

具体每层的含义以及每层之间是如何交互的可以参看宋宝华的《Linux驱动开发详解》这本书。

对于NOR FLASH来说，MTD往下的层次结构如下：

上图中提到了需要使用CFI JFDEC等驱动，这些驱动已经实现了大多数常见的NOR FLASH操作，驱动开发人员完全不需要实现最底层的FLASH操作序列。

为了使用这些驱动，加载NOR FLASH时需要进行下面操作：

根据板子上的NOR FLASH编写对应的代码，代码中需要做的事情不多。

（1） 定义 map_info 的实例，初始化其中的成员，根据目标板的情况为 name、size、bankwidth 和 phys 赋值。

（2） 如果 Flash 要分区，则定义 mtd_partition 数组，将实际电路板中 Flash 分区信息记录于其中。

（3） 以 map_info 和探测的接口类型（如"cfi_probe"、"jedec_probe"等）为参数调用do_map_ probe()，探测Flash 得到mtd_info。do_map_probe()会根据传入的参数 name 通过 get_mtd_chip_driver()得到具体的MTD驱动，调用与接口对应的 probe()函数探测设备，利用 map_info 中的配置，do_map_probe()可以自动识别支持 CFI 或 JEDEC（电子元件工业联合会）接口的 Flash 芯片，MTD以后会自动采用适当的命令参数对 Flash进行读写或擦除。

（4） 在模块初始化时以 mtd_info 为参数调用 add_mtd_device()或以mtd_info、mtd_partition数组及分区数为参数调用 add_mtd_partitions()注册设备或分区。当然，在这之前可以调用 parse_mtd_partitions()查看Flash 上是否已有分区信息，并将查看出的分区信息通过 add_mtd_partitions()注册。

最后将代码编译到内核中即可。

3、 代码实现
下面是根据板子的具体配置编写的NOR FLASH驱动代码，其实也就是执行上面的几个操作，配置一下相关的信息。
#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include
#include

#include

#include

#include "mtdcore.h"

#define WINDOW_ADDR 0x80000000
#define WINDOW_SIZE 0x8000000
#define BUSWIDTH 2

#define PROBETYPES { "cfi_probe", NULL }

#define MSG_PREFIX "S3C2410-NOR:"
#define MTDID "s3c2410-nor"
#define CONFIG_MTD_PARTITIONS

static struct mtd_info *mymtd;

struct map_info s3c2410nor_map = // map_info
{
.name = "NOR Flash on S3C2410",
.size = WINDOW_SIZE,
.bankwidth = BUSWIDTH,
.phys = WINDOW_ADDR,
};

#ifdef CONFIG_MTD_PARTITIONS

static struct mtd_partition static_partitions[] =
{
{
.name = "test1", .size = 0x200000, .offset = 0x020000
} ,
{
.name = "test2", .size = 0x400000, .offset = 0x200000
} ,
};
#endif

static int mtd_parts_nb = 0;
static struct mtd_partition *mtd_parts = 0;

int __init init_s3c2410nor(void)
{
static const char *rom_probe_types[] = PROBETYPES;
const char **type;
const char *part_type = 0;

printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX "0x%08x at 0x%08x\n", WINDOW_SIZE,WINDOW_ADDR);
s3c2410nor_map.virt = ioremap(WINDOW_ADDR, WINDOW_SIZE);
if (!s3c2410nor_map.virt)
{
printk(MSG_PREFIX "failed to ioremap\n");
return - EIO;
}
simple_map_init(&s3c2410nor_map);
mymtd = 0;
type = rom_probe_types;
for (; !mymtd && *type; type++)
{
mymtd = do_map_probe(*type, &s3c2410nor_map);
}
if (mymtd)
{
mymtd->owner = THIS_MODULE;
#ifdef CONFIG_MTD_PARTITIONS

if (mtd_parts_nb == 0) //using default partitions
{
mtd_parts = static_partitions;
mtd_parts_nb = ARRAY_SIZE(static_partitions);
part_type = "static";
}

#endif

add_mtd_device(mymtd);
printk("mtd parts is %d\n",mtd_parts_nb);

if (mtd_parts_nb == 0)
{
printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX "no partition infoavailable\n");
}
else
{
printk(KERN_NOTICE MSG_PREFIX "using %s partitiondefinition\n",part_type);
add_mtd_partitions(mymtd, mtd_parts, mtd_parts_nb);
}
return 0;
}
iounmap((void*)s3c2410nor_map.virt);
return - ENXIO;
}

static void __exit cleanup_s3c2410nor(void)
{
if (mymtd)
{
del_mtd_partitions(mymtd);
del_mtd_device(mymtd);
map_destroy(mymtd);
}
if (s3c2410nor_map.virt)
{
iounmap((void*)s3c2410nor_map.virt);
s3c2410nor_map.virt = 0;
}
}

module_init(init_s3c2410nor);
module_exit(cleanup_s3c2410nor);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Alexander Larsson ");
MODULE_DESCRIPTION("Simulated MTD driver for testing");

需要配置的是

#defineWINDOW_ADDR 0x80000000 //和vivado里面的emc起始地址一致

#defineWINDOW_SIZE 0x8000000 //nor flash大小

#defineBUSWIDTH 2 //这里需要注意，在vivado中配置的宽度为16，见下图，但这里填写的是字节宽度，所以为2

代码中选择手动配置好分区信息，就不需要从devicetree配置中去读了，再说也不知道把NOR FLASH的分区信息放在devicetree中的何处。上面代码中建了2个分区

将代码放在drivers/mtd/chips下

makefile中暴力加入：
obj-y +=S3C2410.o

就可以将模块编译进内核中了。

4、 测试
在linux启动过程中能看到下面信息：

可以看到这里打印出了NOR FLASH的起始地址（这里是物理地址，虚实映射在init函数中做了），两个分区信息，分区情况和代码中写的一致。

可以通过cat/proc/mtd查看系统内所有的分区信息

Mtd0为NORFLASH的全部区域，大小为0x8000000，和代码中的WINDOW_SIZE一样，test1，test2自然也在这里。这里需要注意的是，自己建立的分区大小和偏移量需要为erasesize的整数倍，因为MTD是按块进行擦除的，否则会出现以下错误：

接下来可以进行文件读写测试，如图

上面对test1进行了擦除，挂载文件系统，写入文件，重新上电后查看文件信息

可以看到文件依然存在，测试通过。

5、 总结
由于被同事忽悠，之前以为挂载文件系统是一件很复杂的事情，现在发现linux中现有的驱动已经帮做了很多事情，我们需要做的只是简单的配置，正如宋宝华在《Linux设备驱动开发详解》这本书中所说，由于引入了 MTD 系统以及 MTD 下层的通用 NOR 和NAND 驱动，Linux 中 NOR和NAND Flash 芯片级驱动的设计难度甚至要低于一个普通的 GPIO 字符设备。