linux mtd源碼分析（好東西）

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Linux MTD 介紹
專有名詞：
1． MTD：Memory Technology Device，記憶體技術裝置，
2． JEDEC：Joint Electron Device Engineering Council，電子電器裝置聯合會
3． CFI：Common Flash Interface，通用Flash介面，Intel發起的一個Flash的介面標準
4． OOB： out of band，某些記憶體支援人員out-of-band資料——例如，NAND flash每512位元組的塊有16個位元組的extra data，用於錯誤修正或中繼資料。
5． ECC： error correction，某些硬體不僅允許對flash的訪問，也有ecc功能，所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下，一個位元位會發生反轉或被報告反轉了，如果此位真的反轉了，就要採用ECC演算法。
6． erasesize： 一個erase命令可以擦除的最小塊的尺寸
7． buswidth：MTD裝置的介面匯流排寬度
8． interleave：交錯數，幾塊晶片平行串連成一塊晶片，使buswidth變大
9． devicetype：晶片類型，x8、x16或者x32
10．NAND：一種Flash技術，參看NAND和NOR的比較
11．NOR：一種Flash技術，參看NAND和NOR的比較

Linux MTD介紹：
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。

根檔案系統
檔案系統
字元裝置節點
MTD字元裝置
MTD塊裝置
MTD原始裝置
FLASH硬體驅動
塊裝置節點

一、
Flash硬體驅動層：硬體驅動層負責在init時驅動Flash硬體，Linux
MTD裝置的NOR　Flash晶片驅動遵循CFI介面標準，其驅動程式位於drivers/mtd/chips子目錄下。NAND型Flash的驅動程
序則位於/drivers/mtd/nand子目錄下

二、MTD原始裝置：原始裝置層有兩部分組成，一部分是MTD原始裝置的通用代碼，另一部分是各個特定的Flash的資料，例如分區。
        
用於描述MTD原始裝置的資料結構是mtd_info，這其中定義了大量的關於MTD的資料和操作函數。mtd_table（mtdcore.c）則是所
有MTD原始裝置的列表，mtd_part（mtd_part.c）是用於表示MTD原始裝置分區的結構，其中包含了mtd_info，因為每一個分區都
是被看成一個MTD原始裝置加在mtd_table中的，mtd_part.mtd_info中的大部分資料都從該分區的主要磁碟分割mtd_part-
>master中獲得。
        
在drivers/mtd/maps/子目錄下存放的是特定的flash的資料，每一個檔案都描述了一塊板子上的flash。其中調用
add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/刪除mtd_info結構並將其加入/刪除mtd_table（或者調用
add_mtd_partition()、del_mtd_partition()（mtdpart.c）建立/刪除mtd_part結構並將
mtd_part.mtd_info加入/刪除mtd_table 中）。

三、MTD裝置層：基於MTD原始裝置，
linux系統可以定義出MTD的塊裝置（主裝置號31）和字元裝置（裝置號90）。MTD字元裝置的定義在mtdchar.c中實現，通過註冊一系列
file operation函數（lseek、open、close、read、write）。MTD塊裝置則是定義了一個描述MTD塊裝置的結構
mtdblk_dev，並聲明了一個名為mtdblks的指標數組，這數組中的每一個mtdblk_dev和mtd_table中的每一個
mtd_info一一對應。

四、裝置節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD字元裝置節點（主裝置號為90）和MTD塊裝置節點（主裝置號為31），通過訪問此裝置節點即可訪問MTD字元裝置和塊裝置。

五、
根檔案系統：在Bootloader中將JFFS（或JFFS2）的檔案系統映像jffs.image（或jffs2.img）燒到flash的某一個分
區中，在/arch/arm/mach-your/arch.c檔案的your_fixup函數中將該分區作為根檔案系統掛載。

六、檔案系統：核心啟動後，通過mount 命令可以將flash中的其餘分區作為檔案系統掛載到mountpoint上。

裝置層和原始裝置層的函數調用關係（紅色部分需要我們實現）：
一
個MTD原始裝置可以通過mtd_part分割成數個MTD原始裝置註冊進mtd_table，mtd_table中的每個MTD原始裝置都可以被註冊成
一個MTD裝置，其中字元裝置的主裝置號為90，次裝置號為0、2、4、6…（奇數次裝置號為唯讀裝置），塊裝置的主裝置號為31，次裝置號為0、1、
2、3…

mtd_notifier                                         mtd_notifier        

字元裝置         mtd_fops                塊裝置                    mtd_fops

（mtdchar.c）                              （mtdblock.c）              mtdblks

裝置層
           register_mtd_user()                    
           get_mtd_device()         
           unregister_mtd_user()          
           put_mtd_device()
           erase_info
           mtd_notifiers
           mtd_table
           mtd_info
           mtd_part
（mtdcore.c）
（mtdpart.c）

           Your Flash
 （your-flash.c）
           add_mtd_partitions()
           del_mtd_partitions()
原始裝置層
           add_mtd_device()
           del_mtd_device()
           mtd_partition

NOR型Flash晶片驅動與MTD原始裝置
        
所有的NOR型Flash的驅動（探測probe）程式都放在drivers/mtd/chips下，一個MTD原始裝置可以由一塊或者數塊相同的
Flash晶片集成。假設由4塊devicetype為x8的Flash，每塊大小為8M，interleave為2，起始地址為0x01000000，
地址相連，則構成一個MTD原始裝置（0x01000000-0x03000000），其中兩塊interleave成一個chip，其地址從
0x01000000到0x02000000，另兩塊interleave成一個chip，其地址從0x02000000到0x03000000。

         請注意，所有組成一個MTD原始裝置的Flash晶片必須是同類型的（無論是interleave還是地址相連），在描述MTD原始裝置的資料結構中也只是採用了同一個結構來描述組成它的Flash晶片。
             0x03000000
             0x02000000
             0x01000000
每
個MTD原始裝置都有一個mtd_info結構，其中的priv指標指向一個map_info結構，map_info結構中的fldrv_priv指向一
個cfi_private結構，cfi_private結構的cfiq指標指向一個cfi_ident結構，chips指標指向一個flchip結構的數
組。其中mtd_info、map_info和cfi_private結構用於描述MTD原始裝置；因為組成MTD原始裝置的NOR型Flash相同，
cfi_ident結構用於描述Flash晶片的資訊；而flchip結構用於描述每個Flash晶片的專有資訊（比如說起始地址）
NAND和NOR的比較
　
　NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術。Intel於1988年首先開發出NOR
flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND
flash結構，強調降低每位元的成本，更高的效能，並且象磁碟一樣可以通過介面輕鬆升級。但是經過了十多年之後，仍然有相當多的硬體工程師分不清NOR
和NAND快閃記憶體。
　　相“flash儲存空間”經常可以與相“NOR儲存空間”互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND快閃記憶體技術相對於NOR技術的優越之處，因為大多數情況下快閃記憶體只是用來儲存少量的代碼，這時NOR快閃記憶體更適合一些。而NAND則是高資料存放區密度的理想解決方案。
　
　NOR的特點是晶片內執行(XIP, eXecute In
Place)，這樣應用程式可以直接在flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成
本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的效能。
　　NAND結構能提供極高的單元密度，可以達到高儲存密度，並且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在於flash的管理和需要特殊的系統介面。

效能比較
　
　flash快閃記憶體是非易失儲存空間，可以對稱為塊的儲存空間單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數
情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。
　　由於擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行相同的操作最多隻需要4ms。
　　執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的效能差距，統計表明，對於給定的一套寫入操作(尤其是更新小檔案時)，更多的擦除操作必須在基於NOR的單元中進行。這樣，當選擇儲存解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。
　　● NOR的讀速度比NAND稍快一些。
　　● NAND的寫入速度比NOR快很多。
　　● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
　　● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
　　● NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。

介面差別
　　NOR flash帶有SRAM介面，有足夠的地址引腳來定址，可以很容易地存取其內部的每一個位元組。
　　NAND器件使用複雜的I/O口來串列地存取資料，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和資料資訊。
　　NAND讀和寫操作採用512位元組的塊，這一點有點像硬碟管理此類操作，很自然地，基於NAND的儲存空間就可以取代硬碟或其他塊裝置。

容量和成本
　　NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由於生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。
　
　NOR flash佔據了容量為1～16MB快閃記憶體市場的大部分，而NAND
flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼儲存介質中，NAND適合於資料存放區，NAND在CompactFlash、
Secure Digital、PC Cards和MMC儲存卡市場上所佔份額最大。

可靠性和耐用性
　　採用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴充MTBF的系統來說，Flash是非常合適的儲存方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。
　　壽命(耐用性)
　　在NAND快閃記憶體中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND儲存空間除了具有10比1的塊擦除周期優勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND儲存空間塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。
　　位交換
　　所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發生的次數要比NOR多)，一個位元位會發生反轉或被報告反轉了。
　　一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵檔案上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。
　　當然，如果這個位真的改變了，就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)演算法。位反轉的問題更多見於NAND快閃記憶體，NAND的供應商建議使用NAND快閃記憶體的時候，同時使用EDC/ECC演算法。
　　這個問題對於用NAND儲存多媒體資訊時倒不是致命的。當然，如果用本機存放區裝置來儲存作業系統、設定檔或其他敏感資訊時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。
　　壞塊處理
　　NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。
　　NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並將壞塊標記為不可用。在已製成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。

便於使用
　　可以非常直接地使用基於NOR的快閃記憶體，可以像其他儲存空間那樣串連，並可以在上面直接運行代碼。
　　由於需要I/O介面，NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。
　　在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他動作。向NAND器件寫入資訊需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。

軟體支援
　　當討論軟體支援的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和快閃記憶體管理演算法的軟體，包括效能最佳化。
　　在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟體支援，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅動程式，也就是記憶體技術驅動程式(MTD)，NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。
　
　使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用於NOR器件的更進階軟體，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被
Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。
　　驅動還用於對DiskOnChip產品進行模擬和NAND快閃記憶體的管理，包括錯誤修正、壞塊處理和損耗平衡。

                                                                        ——From M-system公司Arie TAL