MTD技术介绍

MTD（Memory Technology device）是用于访问memory设备（ROM、Flash）的Linux子系统，在Linux中引入这一层的主要目的是为了更加简单的添加新的Memory存储设备，它提供一层抽象的接口。





从上图可以看出，mtd原始设备层可以让底层Flash以字符设备呈现为应用层，表现形式为/dev/mtdN，也可以以块设备呈现给应用层,表现形式为/dev/mtdblockN。在应用层面上，对于字符形式的Flash设备，可以通过mtd-utils工具来控制。对于块设备形式的Flash设备，可以通过mount、umount命令来控制。

1. 硬件驱动层

硬件驱动层负责在初始化时，驱动Flash硬件，Linux MTD设备的Nor Flash芯片驱动遵循CFI接口标准规范，其驱动程序位于drivers/mtd/chips目录下。Nand Flash驱动代码位于/drivers/mtd/nand/子目录下。

2. MTD原始设备层

该层的上面为MTD原始设备的通用代码，下面为各个特定Flash的接口代码。因为这一层要封装不同Flash的操作接口，向上提供统一接口，因此，应该是有一个通用的操作接口设备描述符，里面包含了常见的所有flash设备的操作数据和操作方法。在MTD中，使用mtd_info来描述。

mtd_info，描述MTD原始设备层，定义了大量关于mtd的数据和操作函数。每一个mtd_info都代表一个抽象的MTD设备分区，这些设备保存在一个设备数组mtd_table中。对于每一个虚拟的MTD设备，它应该包含一些分区相关的信息，这些信息用mtd_part来描述。

struct mtd_part {

struct mtd_info mtd;                //mtd_info数据结构，会被加入mtd_table中

struct mtd_info *master;            //该分区的主分区

uint64_t offset;                    //该分区的偏移地址

struct list_head list;              //分区链表

};

.csharpcode, .csharpcode pre
{
font-size: small;
color: black;
font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace;
background-color: #ffffff;
/*white-space: pre;*/
}
.csharpcode pre { margin: 0em; }
.csharpcode .rem { color: #008000; }
.csharpcode .kwrd { color: #0000ff; }
.csharpcode .str { color: #006080; }
.csharpcode .op { color: #0000c0; }
.csharpcode .preproc { color: #cc6633; }
.csharpcode .asp { background-color: #ffff00; }
.csharpcode .html { color: #800000; }
.csharpcode .attr { color: #ff0000; }
.csharpcode .alt
{
background-color: #f4f4f4;
width: 100%;
margin: 0em;
}
.csharpcode .lnum { color: #606060; }

从内核代码的函数组织构造上来看，对于上述mtd_info和mtd_table的操作，肯定有相关函数。

add_mtd_device ： 将特定mtd_info分区信息加入mtd_table中,

del_mtd_device : 将特定mtd_info分区信息从mtd_tabe中移除。

add_mtd_partitions：将特定mtd_info的特定分区信息加入mtd_table中,函数原型如下：

/*
* This function, given a master MTD object and a partition table, creates
* and registers slave MTD objects which are bound to the master according to
* the partition definitions.
* (Q: should we register the master MTD object as well?)
*/

int add_mtd_partitions(struct mtd_info *master,                           //MTD原始设备
const struct mtd_partition *parts,                    //Nand 分区信息
int nbparts)                                          //有几个分区

.csharpcode, .csharpcode pre
{
font-size: small;
color: black;
font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace;
background-color: #ffffff;
/*white-space: pre;*/
}
.csharpcode pre { margin: 0em; }
.csharpcode .rem { color: #008000; }
.csharpcode .kwrd { color: #0000ff; }
.csharpcode .str { color: #006080; }
.csharpcode .op { color: #0000c0; }
.csharpcode .preproc { color: #cc6633; }
.csharpcode .asp { background-color: #ffff00; }
.csharpcode .html { color: #800000; }
.csharpcode .attr { color: #ff0000; }
.csharpcode .alt
{
background-color: #f4f4f4;
width: 100%;
margin: 0em;
}
.csharpcode .lnum { color: #606060; }

其中的parts和nbparts是由static struct mtd_partition XXXXXXXX[ ] 来决定，可以在kernel中硬编码，也可以通过bootloader传递给kernel来决定。一般只要给出每个分区的name，offset和size就足够了。

一个MTD原始设备可以通过mtd_part分割成数个MTD原 始设备注册进mtd_table，

mtd_table中的每个MTD原始设备都可以被注册成一个MTD设备，

有两个函数可以完成这个工作，即 add_mtd_device函数和add_mtd_partitions函数。

其中add_mtd_device函数是把整个NAND FLASH注册进MTD Core，

而add_mtd_partitions函数则是把NAND FLASH的各个分区分别注册进MTD Core。

3. MTD设备层

基于MTD原始设备层，Linux系统定义出MTD的块设备（主设备号为31）和字符设备（主设备号为90）。其中，块设备通过一个描述mtd块设备的结构体mtdblk_dev，结合对于的mtdblks的指针数组，形成于mtd_table中的mtd_info的一一对应关系。

字符设备和普通字符设备一样，通过注册一系列file_operation函数（lseek，open，close，write，read）。

4. 设备节点

在系统初始化时，通过udev或者mdev自动发现挂载设备，在dev目录下创建mtd字符设备节点(/dev/)和块设备节点

5. 根文件系统和文件系统

内核启动之后，通过mount命令将flash中其他分区作为文件系统挂载上。

从类型上来看，mtd核心部分初始化可以分为两个部分，字符设备的mtd层初始化和块设备的mtd层初始化。

MTD读写操作

MTD对NAND芯片的读写主要分三部分：

A、struct mtd_info中的读写函数，如read，write_oob等，这是MTD原始设备层与FLASH硬件层之间的接口；
B、struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，如read_page_raw，write_page等，主要用来做一些与ecc有关的操作；
C、struct nand_chip中的读写函数，如read_buf，cmdfunc等，与具体的NAND controller相关，就是这部分函数与硬件交互，通常需要我们自己来实现。(注：这里提到的read，write_oob，cmdfunc等，其实 都是些函数指针，所以这里所说的函数，是指这些函数指针所指向的函数，以后本文将不再另做说明。)
值得一提的是，struct nand_chip中的读写函数虽然与具体的NAND controller相关，但是MTD也为我们提供了default的读写函数，如果你的NAND controller比较通用(使用PIO模式)，对NAND芯片的读写与MTD提供的这些函数一致，就不必自己实现这些函数了。
这三部分读写函数是相互配合着完成对NAND芯片的读写的。首 先，MTD上层需要读写NAND芯片时，会调用struct mtd_info中的读写函数，接着struct mtd_info中的读写函数就会调用struct nand_chip或struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，最后，若调用的是struct nand_ecc_ctrl中的读写函数，那么它又会接着调用struct nand_chip中的读写函数。
以读NAND芯片为例，讲解一下这三部分读写函数的工作过程。
首先，MTD上层会调用struct mtd_info中的读page函数，即nand_read函数。
接着nand_read函数会调用struct nand_chip中cmdfunc函数，这个cmdfunc函数与具体的NAND controller相关，它的作用是使NAND controller向NAND 芯片发出读命令，NAND芯片收到命令后，就会做好准备等待NAND controller下一步的读取。
接着nand_read函数又会调用struct nand_ecc_ctrl中的read_page函数，而read_page函数又会调用struct nand_chip中read_buf函数，从而真正把NAND芯片中的数据读取到buffer中(所以这个read_buf的意思其实应该是read into buffer，另外，这个buffer是struct mtd_info中的nand_read函数传下来的)。
read_buf函数返回后，read_page函数就会对buffer中的数据做一些处理，比如校验ecc，以及若数据有错，就根据ecc对数据修正之类的，最后read_page函数返回到nand_read函数中。
对NAND芯片的其它操作，如写，擦除等，都与读操作类似。
参考链接：

http://blog.csdn.net/leibniz_zsu/article/details/4977650

http://blog.csdn.net/leibniz_zsu/article/details/4977842

http://blog.csdn.net/leibniz_zsu/article/details/4977842