linux mtd是什么

本教程操作环境:linux5.9.8系统、Dell G3电脑。

Linux MTD是什么?

MTD全称“Memory Technology Device”,意思为“内存技术设备”,是Linux的存储设备中的一个子系统。

在Linux内核中,引入MTD层为NOR FLASH和NAND FLASH设备提供统一接口。MTD将文件系统与底层FLASH存储器进行了隔离。

设计此MTD系统的目的是,对于内存类的设备,提供一个抽象层,一个接口,使得对于硬件驱动设计者来说,只需要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就可以了,数据对于上层使用者来说是如何表示的,可以不关心,因为MTD存储设备子系统都帮你做好了。

MTD框架

Linux的MTD设备位于drivers/mtd/下面。

MTD文件下的内容如下:

1.png

MTD设备通常可分为四层

上到下依次是:设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。

2.png

1.cmdlinepart.c

当mtd分区表由u-boot通过cmd参数传输给linux时,linux内核可以不用对mtdparts进行注册添加,只需要将MTD中的command line partition选项开启即可。使用这种的方法u-boot下需要对MTD进行支持,且所传输的mtd分区参数要符合格式要求。

2.devices文件夹

当我们有一个spi flash设备时且要使用mtd进行管理,我们一般会将其放在devices文件夹下,如devices文件夹下面的m25p80.c就是一个典型的spi flash设备。

3.chips/nand/onenand文件夹

nand flash 驱动在nand文件夹下;

onenand flash 驱动在onenand文件夹下;

nor flash比较杂,下面几个文件下都会有:

chips:cfi/jedec接口通用驱动

devices:nor flash底层驱动(spi flash)

maps:nor flash映射关系相关函数

4.核心文件

mtdchar.c : MTD字符设备接口相关实现,设备号31;

mtdblock.c : MTD块设备接口相关实现,设备号90,;

mtdcore.c: MTD原始设备接口相关实现;

mtdpart.c : MTD分区接口相关实现。

5.ubi

ubifs文件的支持层,当使用ubifs文件系统时,需要将Device Drivers -> Memory Technology Device (MTD) support -> UBI -Unsorted block image 中的Enable UBI选中。

将File systems -> Miscellaneous filesystems中的UBIFS file system support选中。

MTD分区表的实现

在开机过程从console经常可以看到类似以下信息,

0x000000000000-0x000000100000 : "Bootloade" 0x000000100000-0x000002000000 : "Kernel" 0x000002000000-0x000003000000 : "User" 0x000003000000-0x000008000000 : "File System"

这就是MTD给我们一种最直观的表示形式,给我们展示了内存中各模块的分区结构,但这些分区是怎样实现的呢?分区表的实现方式有几种,下面进行分别说明:

注:分区表实现的前提是MTD设备驱动已经成功了,否则连驱动都没成功就无分区可说了。

1.内核中添加

在内核中添加这是一个比较经常使用的方法,随便一本驱动移植的书上应该都有,主要就是在平台设备里面添加mtd_partition,添加类似下面的信息,这边就不过多描述

struct mtd_partition s3c_nand_part[] = {     {         .name       = "Bootloader",         .offset     = 0,         .size       = (1 * SZ_1M),         .mask_flags = MTD_CAP_NANDFLASH,     },     {         .name       = "Kernel",         .offset     = (1 * SZ_1M),         .size       = (31 * SZ_1M) ,         .mask_flags = MTD_CAP_NANDFLASH,     },     {         .name       = "User",         .offset     = (32 * SZ_1M),         .size       = (16 * SZ_1M) ,     },     {         .name       = "File System",         .offset     = (48 * SZ_1M),         .size       = (96 * SZ_1M),     } };  static struct s3c_nand_set s3c_nand_sets[] = {     [0] = {         .name       = "nand",         .nr_chips   = 1,         .nr_partitions  = ARRAY_SIZE(s3c_nand_part),         .partitions = ok6410_nand_part,     }, };  static struct s3c_platform_nand s3c_nand_info = {     .tacls      = 25,     .twrph0     = 55,     .twrph1     = 40,     .nr_sets    = ARRAY_SIZE(s3c_nand_sets),     .sets       = ok6410_nand_sets, };  static void __init s3c_machine_init(void) {     s3c_nand_set_platdata(&s3c_nand_info);  }

因为我们的MTD驱动已经完成了,当device和driver匹配后会调用驱动中的probe接口函数,我们需要在probe函数里面调用add_mtd_partitions(s3c_mtd, sets->partitions, sets->nr_partitions);实现分区表的添加。

2.u-boot传参

在u-boot下可以通过添加mtdparts信息到bootargs中,u-boot启动后会将bootargs中的信息传送给kernel,,kernel在启动的时候会解析bootargs中mtdparts的部分,这边举个例子:

mtdparts=nand.0:1M(Bootloader)ro,31M(Kernel)ro,16M(User),96M(File System),更具体的mtdparts格式可以查阅下相关资料。

为了使kernel能够解析mtdparts信息,我们需要将内核中的Device Drivers -> Memory Technology Device (MTD) support ->Command line partition table parsing选项开启,这在上面已经说过。

在内核中添加分区表的时候,我们是在平台设备里面加入mtd_partition信息。这边通过u-boot传参则取消平台设备里面的partition信息,那我们需要怎样解析u-boot的传过来的mtdparts呢。

u-boot传参过来后,cmdlinepart.c中会将这些参数解析好,存在里面LIST_HEAD(part_parsers)链表里面,然后我们在驱动的probe函数中,通过调用mtd_device_parse_register(mtd, probe_types,&ppdata, NULL, 0);函数。

mtd_device_parse_register()函数位于drivers/mtd/mtdcore.c 中,内容如下:

int mtd_device_parse_register(struct mtd_info *mtd, const char * const *types,                   struct mtd_part_parser_data *parser_data,                   const struct mtd_partition *parts,                   int nr_parts) {     int err;     struct mtd_partition *real_parts;      err = parse_mtd_partitions(mtd, types, &real_parts, parser_data);     if (err <= 0 && nr_parts && parts) {         real_parts = kmemdup(parts, sizeof(*parts) * nr_parts,                      GFP_KERNEL);         if (!real_parts)             err = -ENOMEM;         else             err = nr_parts;     }      if (err > 0) {         err = add_mtd_partitions(mtd, real_parts, err);         kfree(real_parts);     } else if (err == 0) {         err = add_mtd_device(mtd);         if (err == 1)             err = -ENODEV;     }      return err; }

可以看到该函数会先执行parse_mtd_partitions(mtd, types, &real_parts, parser_data);函数,后面还是通过add_mtd_partitions()函数来实现分区表的添加。

parse_mtd_partitions()函数位于drivers/mtd/mtdpart.c中,内容如下:

int parse_mtd_partitions(struct mtd_info *master, const char *const *types,              struct mtd_partition **pparts,              struct mtd_part_parser_data *data) {     struct mtd_part_parser *parser;     int ret = 0;      if (!types)         types = default_mtd_part_types;      for ( ; ret <= 0 && *types; types++) {         parser = get_partition_parser(*types);         if (!parser && !request_module("%s", *types))             parser = get_partition_parser(*types);         if (!parser)             continue;         ret = (*parser->parse_fn)(master, pparts, data);         put_partition_parser(parser);         if (ret > 0) {             printk(KERN_NOTICE "%d %s partitions found on MTD device %s/n",                    ret, parser->name, master->name);             break;         }     }     return ret; }

进入parse_mtd_partitions()函数会先判断types的类型,如果为空则给默认值,types的类型一般就两种,如下:

static const char * const default_mtd_part_types[] = {     "cmdlinepart",     "ofpart",     NULL };

第一个”cmdlinepart”即u-boot传参的方式,第二个”ofpart”即下面要讲到的使用dts传参的方式,判断完类型后,就通过get_partition_parser去解析part_parsers链表里面的数据,这样就完成u-boot参数的解析。

3.dts传参

在Linux3.14以后的linux版本中,加入一个新的知识DTS(Device tree),dts其实就是为了解决ARM Linux中的冗余代码,在Linux2.6版本的arch/arm/plat.xxx和arch/arm/mach.xxx中充斥着大量的垃圾代码,采用Device Tree后,许多硬件的细节可以直接透过它传递给Linux,而不再需要在kernel中进行大量的冗余编码,关于dts可以自行查阅资料。

dts传参的原理其实和u-boot一样,区别在于:u-boot的时候是通过cmdlinepart.c文件实现分区信息写入LIST_HEAD(part_parsers)链表,dts则是用过ofpart.c文件实现分区信息写入LIST_HEAD(part_parsers)链表,所以同样要把ofpart.c文件的宏打开,在调用mtd_device_parse_register(mtd, probe_types,&ppdata, NULL, 0);函数的时候types要设置成ofpart。

如果去对比Linux2.6版本和Linux3.14版本,会发现drivers/mtd/ofpart.c和drivers/mtd/mtdpart.c文件有所不同,Linux3.8版本里面多了Device tree这一部分的内容,感兴趣的可以自己深究下。

这边举个dts的例子:

 pinctrl-0 = <&s3c_nand_flash>;     ranges = <0 0 0x000000000000 0x000008000000>;   /* CS0: NAND */     nand@0,0 {         partition@1 {             label = "Bootloader";             reg = <0x000000000000 0x000000100000>;         };         partition@2 {             label = "Kernel";             reg = <0x000000100000 0x000002000000>;         };         partition@3 {             label = "User";             reg = <0x000002000000 0x000003000000>;         };         partition@4 {             label = "File System";             reg = <0x000003000000 0x000008000000>;         };     };

Linux mtd system的分析就到这边,有感悟时会持续会更新。

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