基于JZ2440的NAND FLASH的驱动程序的实现
本文共 9479 字，大约阅读时间需要 31 分钟。
本文的主要任务是实现JZ2440开发板板载的型号为K9F2G08U0A的容量为256MB、位宽为8位的NAND FLASH驱动程序的开发。
一、前期准备
开发板：JZ2440（ARM9）
内核版本：Linux-3.4.10
NAND FLASH : K9F2G08U0A( 256MB 8bit 3.3V)
重新配置内核，去掉已有的NAND FLASH的驱动程序。
二、K9F2G08U0A大简单介绍
K9F2G08U0A三星电子设计的NAND FLASH类型的存储半导体，它的大小为256MB，位宽为8bit，支持ECC坏块检测机制。
1、原理图布局和基本引脚定义
各个引脚的具体定义：
LDATA0~LDATA7：数据、地址、命令传输引脚，具体传输什么类型数据由ALE、CLE决定
RnB ：状态判断引脚，用它来判断flash是处于忙碌还是就绪状态
CLE ：命令锁存信号，为高电平时数据线上发送命令
nFCE：片选信号，为低电平表示选中
ALE：地址锁存引脚，为高电平时数据线上发送地址
nFWE：写信号，为低电平时表示在数据线上写入
nFRE：读信号，为低电平时表示从数据线上读取数据
2、存储单元基本布局
从上图可以看出，该NAND flash是按页来存储数据的，每一页的大小是2KB + 64Bytes，其中前面2KB是用来存放真正的数据的，后面的64Bytes数据作为ECC用来检测该页数据是否有效；每一个块包括64页数据。
三、驱动程序的实现
1、编写一个nand flash的驱动程序大致有如下步骤：
a、分配一个nand_chip的结构体变量
b、设置这个结构体的变量
c、执行硬件相关的操作
d、使用这个结构体变量，并添加设备分区
2、具体实现
2.1 基本工作，实现如下：
/* 定义一个结构体来描述s3c2440 nand 控制器的寄存器 */struct yl_s3c_nand_regs { unsigned long nfconf ; unsigned long nfcont ; unsigned long nfcmd ; unsigned long nfaddr ; unsigned long nfdata ; unsigned long nfeccd0 ; unsigned long nfeccd1 ; unsigned long nfeccd ; unsigned long nfstat ; unsigned long nfestat0; unsigned long nfestat1; unsigned long nfmecc0 ; unsigned long nfmecc1 ; unsigned long nfsecc ; unsigned long nfsblk ; unsigned long nfeblk ;};/* 定义一个结构体方便对nand驱动的操作 */struct yl_nand_mtd{ struct nand_chip *nand_chip; // 定义一个nand_chip结构体的指针变量 struct mtd_info *mtd_info; // 定义一个mtd_info结构体的指针变量 struct yl_s3c_nand_regs *s3c_nand_regs; // 定义一个用来操作寄存器的结构体指针变量 struct clk *clk; // 定义一个操作时钟的结构体指针变量};/* 定义一个 yl_nand_mtd 结构体的全局变量 */static struct yl_nand_mtd nand_mtd; 这部分的主要工作是为了方便整个驱动程序的开发，实现了硬件操作相关的前期准备工作，也定义了一个全局的结构体变量，方便驱动程序的编写。 2.2、硬件相关的操作
/* 0、硬件相关的操作 */ /* 0.1 映射寄存器的地址 */ nand_mtd.s3c_nand_regs = ioremap(0x4E000000, sizeof(struct yl_s3c_nand_regs)); if (!nand_mtd.s3c_nand_regs) { printk("ioremap error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out1; } /* 0.2 打开nand控制器的时钟 */ nand_mtd.clk = clk_get(NULL, "nand"); if (IS_ERR(nand_mtd.clk)) { printk("clk_get error!\n"); ret = -ENODEV; goto out2; } clk_enable(nand_mtd.clk); /* 0.3 设置nand控制器和nand芯片之间通信的基本时序要求 */ /* 设置时序要求 */#define tacls 0#define twrph0 1#define twrph1 0 nand_mtd.s3c_nand_regs->nfconf = (tacls<<12) | (twrph0<<8) | (twrph1<<4); /* 设置nand控制器的状态: 取消片选，使能nand控制器 */ nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont = (1<<1) | (1<<0); 这部分主要是映射寄存器的地址、打开nand控制器的时钟，设置nand控制器的操作时序。 2.3、分配一个nand_chip的结构体指针变量
/* 1、分配一个nand_chip结构体变量 */ nand_mtd.nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL); if (!nand_mtd.nand_chip) { printk("kzalloc for nand_chip error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out3; } 2.4 设置上面分配的nand_chip结构体指针变量的成员 /* 2、设置这个结构体变量 */ nand_mtd.nand_chip->select_chip = yl_s3c_select_chip; // 设置片选信号的函数 nand_mtd.nand_chip->cmd_ctrl = yl_s3c_cmd_ctrl; // 控制函数，来确定发送的数据是命令还是地址 nand_mtd.nand_chip->dev_ready = yl_s3c_dev_ready; // 判断芯片是否准备好 nand_mtd.nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_mtd.s3c_nand_regs->nfdata; // 设置读数据的寄存器的地址 nand_mtd.nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_mtd.s3c_nand_regs->nfdata; // 设置写数据的寄存器的地址 nand_mtd.nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; // 设置ecc为软件校验模式这部分主要实现了三个函数：yl_s3c_select_chip()设置片选，yl_s3c_cmd_ctrl()设置发送命令还是地址、yl_s3c_dev_ready()判断nand flash是否处于就绪状态，它们的具体实现如下：
设置片选：
/* 设置nand的片选函数 */static void yl_s3c_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chip){ if (-1 == chip) // 取消片选, nfcont寄存器bit[1] = 1 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont |= (1<<1); } else // 选中，nfcont寄存器bit[1] = 0 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); }} 设置发送命令还是地址： /* 命令设置函数，确定发送的数据是命令还是地址 */static void yl_s3c_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl){ if (ctrl & NAND_CLE) // 发命令 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcmd = dat; } else // 发地址 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfaddr = dat; }} 判断nand flash是否处于就绪状态： /* 判断nand flash所处的状态 */static int yl_s3c_dev_ready(struct mtd_info *mtd){ // nfstat寄存器bit[0] = 0 忙碌，bit[0] = 1 就绪 return (nand_mtd.s3c_nand_regs->nfstat & (1<<0));} 2.5 使用上面实现的nand_chip结构体变量 /* 3、使用这个结构体变量 */ /* 分配mtd_info，并把mtd_info与nand_chip挂钩起来 */ nand_mtd.mtd_info = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); if (!nand_mtd.mtd_info) { printk("kzalloc for mtd_info error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out4; } nand_mtd.mtd_info->owner = THIS_MODULE; nand_mtd.mtd_info->priv = nand_mtd.nand_chip; /* 识别nand flash,构造mtd_info */ nand_scan(nand_mtd.mtd_info, 1); 2.6 添加分区
/* 4、添加分区 */ ret = mtd_device_parse_register(nand_mtd.mtd_info, NULL, NULL, yl_s3c_nand_partitions, ARRAY_SIZE(yl_s3c_nand_partitions));为这块nand flash添加分区，这需要实现一个分区表yl_s3c_nand_partitions，它的具体实现如下：
/* 定义nand flash的分区表 */static struct mtd_partition yl_s3c_nand_partitions[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = SZ_256K, .offset = 0, }, [1] = { .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = SZ_128K, }, [2] = { .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = SZ_4M, }, [3] = { .name = "rootfs", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, }}; 至此，整个驱动的大致实现过程就说完了。
整个驱动的完整实现如下所示：
#include四、编译测试 对上面这个驱动进行编译，得到模块文件，在内核中加载这个模块：#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /* 定义一个结构体来描述s3c2440 nand 控制器的寄存器 */struct yl_s3c_nand_regs { unsigned long nfconf ; unsigned long nfcont ; unsigned long nfcmd ; unsigned long nfaddr ; unsigned long nfdata ; unsigned long nfeccd0 ; unsigned long nfeccd1 ; unsigned long nfeccd ; unsigned long nfstat ; unsigned long nfestat0; unsigned long nfestat1; unsigned long nfmecc0 ; unsigned long nfmecc1 ; unsigned long nfsecc ; unsigned long nfsblk ; unsigned long nfeblk ;};/* 定义一个结构体方便对nand驱动的操作 */struct yl_nand_mtd{ struct nand_chip *nand_chip; // 定义一个nand_chip结构体的指针变量 struct mtd_info *mtd_info; // 定义一个mtd_info结构体的指针变量 struct yl_s3c_nand_regs *s3c_nand_regs; // 定义一个用来操作寄存器的结构体指针变量 struct clk *clk; // 定义一个操作时钟的结构体指针变量};/* 定义一个 yl_nand_mtd 结构体的全局变量 */static struct yl_nand_mtd nand_mtd;/* 定义nand flash的分区表 */static struct mtd_partition yl_s3c_nand_partitions[] = { [0] = { .name = "bootloader", .size = SZ_256K, .offset = 0, }, [1] = { .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = SZ_128K, }, [2] = { .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = SZ_4M, }, [3] = { .name = "rootfs", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, .size = MTDPART_SIZ_FULL, }};/* 设置nand的片选函数 */static void yl_s3c_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chip){ if (-1 == chip) // 取消片选, nfcont寄存器bit[1] = 1 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont |= (1<<1); } else // 选中，nfcont寄存器bit[1] = 0 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont &= ~(1<<1); }}/* 命令设置函数，确定发送的数据是命令还是地址 */static void yl_s3c_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl){ if (ctrl & NAND_CLE) // 发命令 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcmd = dat; } else // 发地址 { nand_mtd.s3c_nand_regs->nfaddr = dat; }}/* 判断nand flash所处的状态 */static int yl_s3c_dev_ready(struct mtd_info *mtd){ // nfstat寄存器bit[0] = 0 忙碌，bit[0] = 1 就绪 return (nand_mtd.s3c_nand_regs->nfstat & (1<<0));}/* 定义入口函数 */static int __init yl_s3c_nand_init(void){ int ret = 0; /* 0、硬件相关的操作 */ /* 0.1 映射寄存器的地址 */ nand_mtd.s3c_nand_regs = ioremap(0x4E000000, sizeof(struct yl_s3c_nand_regs)); if (!nand_mtd.s3c_nand_regs) { printk("ioremap error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out1; } /* 0.2 打开nand控制器的时钟 */ nand_mtd.clk = clk_get(NULL, "nand"); if (IS_ERR(nand_mtd.clk)) { printk("clk_get error!\n"); ret = -ENODEV; goto out2; } clk_enable(nand_mtd.clk); /* 0.3 设置nand控制器和nand芯片之间通信的基本时序要求 */ /* 设置时序要求 */#define tacls 0#define twrph0 1#define twrph1 0 nand_mtd.s3c_nand_regs->nfconf = (tacls<<12) | (twrph0<<8) | (twrph1<<4); /* 设置nand控制器的状态: 取消片选，使能nand控制器 */ nand_mtd.s3c_nand_regs->nfcont = (1<<1) | (1<<0); /* 1、分配一个nand_chip结构体变量 */ nand_mtd.nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip), GFP_KERNEL); if (!nand_mtd.nand_chip) { printk("kzalloc for nand_chip error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out3; } /* 2、设置这个结构体变量 */ nand_mtd.nand_chip->select_chip = yl_s3c_select_chip; // 设置片选信号的函数 nand_mtd.nand_chip->cmd_ctrl = yl_s3c_cmd_ctrl; // 控制函数，来确定发送的数据是命令还是地址 nand_mtd.nand_chip->dev_ready = yl_s3c_dev_ready; // 判断芯片是否准备好 nand_mtd.nand_chip->IO_ADDR_R = &nand_mtd.s3c_nand_regs->nfdata; // 设置读数据的寄存器的地址 nand_mtd.nand_chip->IO_ADDR_W = &nand_mtd.s3c_nand_regs->nfdata; // 设置写数据的寄存器的地址 nand_mtd.nand_chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; // 设置ecc为软件校验模式 /* 3、使用这个结构体变量 */ /* 分配mtd_info，并把mtd_info与nand_chip挂钩起来 */ nand_mtd.mtd_info = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); if (!nand_mtd.mtd_info) { printk("kzalloc for mtd_info error!\n"); ret = -ENOMEM; goto out4; } nand_mtd.mtd_info->owner = THIS_MODULE; nand_mtd.mtd_info->priv = nand_mtd.nand_chip; /* 识别nand flash,构造mtd_info */ nand_scan(nand_mtd.mtd_info, 1); /* 4、添加分区 */ ret = mtd_device_parse_register(nand_mtd.mtd_info, NULL, NULL, yl_s3c_nand_partitions, ARRAY_SIZE(yl_s3c_nand_partitions)); if(ret) // 失败 { printk("mtd_device_parse_register error!\n"); goto out5; } else // 成功 { return 0; }out5: kfree(nand_mtd.mtd_info); // 释放mtd_info分配的资源out4: kfree(nand_mtd.nand_chip); // 释放nand_chip分配的资源out3: clk_disable(nand_mtd.clk); // 失能时钟 clk_put(nand_mtd.clk); // 将时钟从内核时钟链表中移除out2: iounmap(nand_mtd.s3c_nand_regs); // 释放io映射的资源out1: return ret;}/* 定义出口函数 */static void __exit yl_s3c_nand_exit(void){ /* 进行出口的一些操作，释放资源，解除绑定，取消注册 */ mtd_device_unregister(nand_mtd.mtd_info); kfree(nand_mtd.mtd_info); kfree(nand_mtd.nand_chip); clk_disable(nand_mtd.clk); clk_put(nand_mtd.clk); iounmap(nand_mtd.s3c_nand_regs);}module_init(yl_s3c_nand_init);module_exit(yl_s3c_nand_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
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