mtd nand 驱动 Linux mtd子系统专栏分析之一概述

发布时间 : 2024-11-25

作者 : 小编

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Linux mtd子系统专栏分析之一概述

从今天开始，我们进行linux mtd子系统的分析。mtd子系统即为内存技术设备子系统，主要包括nor flash、nand flash等闪存设备相关的子系统模块，而针对sd、tf等存储设备，则主要由mmc子系统模块进行管理并创建对应的块设备。而针对mtd子系统，则会基于mtd原始设备，创建mtd字符设备与mtd块设备，从而在上层与vfs系统进行关联。

针对mtd子系统，主要涉及如下几个方面的介绍：

一、MTD子系统概述

二、MTD设备驱动模型相关数据结构说明

三、MTD块设备与字符设备

四、MTD上层接口与nor/nandflash驱动的关联关系

五、nandflash驱动介绍

六、norflash驱动简要介绍

七、spi nor flash驱动简要介绍

八、应用层完成对flash中存储的镜像升级功能

本篇主要介绍MTD子系统的概念，并简要说明mtd子系统的架构，主要包括mtd子系统与上层文

件系统、与底层驱动间的关联等。

设备间的逻辑关联图与抽象

下图是norflash 、nandflash与cpu之间的关联。针对norflash，可直接与cpu关联，也可通过spi controller与cpu相连；而针对nandflash，即可以通过nandflash controller、spi controlloer与cpu相连。而针对spi controller、spi device、spi driver的抽象及关联，已在之前的专栏中介绍。而针对nandflash controller，我们在后面会详细说明。

而mtd驱动模型则通过对nor flash、nandflash等闪存设备进行抽象，对上层模块抽象成统一成设备模型（mtd_info），对下则通过mtd_info完成与具体闪存设备驱动的绑定，从而完成对闪存设备的访问操作。此处mtd的抽象，就和vfs抽象类似。

MTD设备驱动模型与VFS及FLASH驱动的关联

如下为mtd设备驱动模型、vfs、flash设备驱动之间的关联图。

针对mtd驱动模型，其对上关联文件系统、对下则主要关联具体的存储驱动。其中mtd block、mtd char均属于mtd驱动模型的部分，而FTL、NFTL则不属于mtd驱动模型部分，由具体的文件系统来实现，如ubi文件系统挂载时，则是通过设备文件/dev/ubiX_Y进行挂载；而针对yaffs2文件系统，其可以直接使用/dev/mtdblockX进行挂载（当然其也可以不借助mtdblock）。

Mtd char 的作用

而针对mtd char，主要实现对相应的flash设备进行顺序访问，那mtd char可具体实现什么功能

呢？

可能的应用一：当我们想在文件系统下实现对bootloader、kernel、文件系统镜像的升级操作时，则可以通过读写/dev/mtdX（mtd 字符设备），实现针对bootloader、kernel、filesystem的升级操作。

针对mtd block、mtd char，其均是同调用mtd_info(即mtd设备)，实现对具体flash芯片的读写操作的。而mtd_info则代表一个flash芯片或一个flash芯片的分区，当flash设备（nandflash设备、nor flash设备）的驱动初始化时，则会根据分区划分，创建对应的mtd_info，并完成mtd_info与该芯片驱动的绑定操作。而在mtd_info的创建过程中，则会创建对应的mtd char、mtd block，从而完成与vfs的关联。

本篇主要对mtd设备驱动模型做一个大致的概述（已经一个多月没有更新了，人忽然间就懒下来了，本篇即是开个头，以便督促自己继续更新）。

嵌入式Linux系列第5篇：Nand Flash根文件系统制作

1.引言

之前系列的文章介绍了如何编译Uboot、Kernel以及使用默认的ramdisk根文件系统来构建一个完整的嵌入式Linux系统，本篇文章介绍如何从头制作一个放在NAND Flash上的根文件系统。经过我这段时间的总结，rootfs相关的编译、配置等工作还是比较麻烦的。所以你可能会看到一般做核心板的第三方厂家会建议初学者直接使用现成提供的文件系统，比如一个做NUC972核心板的厂家，其文档里这么描述：

再比如另外一个做NXP I.MX6核心板的厂家，其文档里这么描述：

他们都建议初学者直接使用他们提供好的文件系统。但是我还是强烈建议大家自己一步一步的去操作制作一次，因为一是这有助于你理解根文件系统是怎么来的，最小的能用的根文件系统包含了哪些东西，二是将来你很有可能需要对文件系统做一些定制化的裁剪和修改工作，只有自己做了一遍你对会明白这个东西到底是怎么回事，比如我原来就搞不清楚Busybox、Buildroot、Yocto这些名词在Linux中的作用，现在随着实践增多，就大概知道他们的用处了。

2.环境介绍

2.1.硬件

因为本系列博客都会以NUC972为平台来介绍。

2.2.软件

本篇新用到的软件工具一个是busybox，它用来生成文件系统里的几个最基本的文件夹，二是打包工具mkyaffs2，它用来生成能直接烧录到板子里的镜像文件。

大家有没有注意，我为什么每次都把这个官方的链接放过来，让大家自己去下载，原因是我们要知道我们用的东西的源头在哪里，最官方的资料渠道在哪里，这很重要。

我们这次要实现的目标是：自己亲手制作的文件系统能够跑起来，同时能够运行我们第二篇文章介绍的Helloworld程序。

3.使用Busybox制作根文件系统

1）进入到nuc972文件夹，新建一个tool文件夹，用来存放busybox、mkyaffs2等工具，把上面下载的NUC970_Linux_Applications-master.zip文件解压到tool文件夹里，因为解压后含有NUC970_Linux_Applications-master，我们把里面的内容移出来，然后删除掉空的NUC970_Linux_Applications-master文件夹和NUC970_Linux_Applications-master.zip源文件。然后进入到busybox目录里。同样的，在编译前要设置交叉编译的环境变量。

cd ~/nuc972

mkdir tool

unzip NUC970_Linux_Applications-master.zip

cd NUC970_Linux_Applications-master

mv ./* ../

cd ..

rm NUC970_Linux_Applications-master -fr

rm NUC970_Linux_Applications-master.zip

cd busybox-1.22.1/

source ~/nuc972//toolchain/environment.sh

2）make menuconfig 进入配置界面

make menuconfig

我们这里就设置一个地方，其他的全部使用默认配置。

修改make install生成的文件夹路径，我们把默认的./_install改成nuc972目录下的rootfs。

Busybox Settings --->

Installation Options ("make install" behavior) --->

(../../rootfs) BusyBox installation prefix

3）make 编译

make

编译成功后显示如下：

编译完成之后我们可以查看一下busybox的文件属性，可以看到如下信息，说明我们交叉编译的没问题。

4）make install 安装

make install

这样就在前面我们设置的地方生成一个rootfs的文件夹，进到里面看一下

cd ~/nuc972/rootfs

bin、sbin、usr ：存放一些命令

linuxrc ：挂载根文件系统时，第一个执行的文件

4）再创建几个文件夹

mkdir etc lib dev

5）在 rootfs 目录的dev目录下创建设备节点

cd dev

sudo mknod console c 5 1

sudo mknod null c 1 3

6）在根文件系统rootfs/etc目录下创建一个inittab 文件，在文件里面填写：.console::askfirst:-/bin/sh

cd ../etc

vim inittab

4.文件系统打包

1）进入到tool文件夹的yaffs2utils目录里

cd yaffs2utils

2）编译，生成mkyaffs2

make clean

make

注：编译这个工具，不需要修改Makefile，用file看下属性，它是在x86-64运行的，这是没问题的，因为它就是在Ubuntu下使用的，不是在嵌入式环境下去执行使用的。

将它复制到/usr/bin下以后用起来方便了，可以直接使用这个指令了，你可一在终端敲mkya，然后TAB建看不能出来。

sudo cp mkyaffs2 /usr/bin/

4) 生成文件系统

sudo mkyaffs2 --inband-tags -p 2048 rootfs rootfs_yaffs2.img

5.内核修改

内核也要做一定的修改，具体如下：

1）make menuconfig进入到内核配置界面

make menuconfig

2）默认用的RAM filesytem 需要去掉

General setup —>

[ ] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support

3）默认的Boot option需要修改成如下：

Boot options --->

(noinitrd root=/dev/mtdblock2 rootfstype=yaffs2 rootflags=inband-tags console=ttyS0,115200n8 rdinit=/sbin/init mem=64M)

4）NAND Flash驱动相关配置

Device Drivers --->

Generic Driver Options --->

<*> Nuvoton NUC970 FMI function selection

Select FMI device to support (Support MTD NAND Flash) --->

5）选中MTD的支持

Device Drivers --->

<*> Memory Technology Device (MTD) support --->

<*> Caching block device access to MTD devices

-*- NAND Device Support --->

-*- Nuvoton NUC970 MTD NAND --->

NUC970 NAND Flash pin selection (Port C) --->

6）选中yaff2文件系统的支持

File systems --->

[*] Miscellaneous filesystems --->

<*> yaffs2 file system support

7）保存配置，编译

6.结果查看

6.1.验证文件系统是否可用

1）将上述生成的kernel 970uimage、文件系统rootfs_yaffs2.img、还有之前第三讲生成的uboot.bin，uboot-spl.bin，以及env.txt 下载到板子里，env.txt做了一些改动，主要是加入了boocmd那一行，这样下载进去就能直接启动了。

baudrate=115200

bootcmd=nboot 0x7fc0 0 0x200000; bootm 0x7fc0

bootdelay=1

ethact=emac

ethaddr=00:00:00:11:66:88

stderr=serial

stdin=serial

stdout=serial

烧写前，最好对芯片进行一次Erase。几个文件的烧写类型及地址大家注意下，别搞错了。

2）上电，看看效果，调试串口打印信息如下：

这一次很顺利啊，一次就成功了，这就说明我们上述做的根文件系统是可以正常使用的了。

6.2.验证helloworld能否在板子上运行

我们还要看看我们之前编译的helloworld程序能不能运行，我们把helloworld放到板子里去，怎么把这个文件放到板子上呢？有以下几种方式：

a) 把Helloworld在Ubuntu下放到rootfs文件夹里，然后按照上述的方法打包、下载进去。

b）通过scp或者NFS服务，直接通过网口放到板子里

c) 先放到U盘里，然后U盘插入到板子上，再复制过去

方法a）自然没问题，不过有些麻烦，方法b)现阶段我们的文件系统并不支持，暂时先不弄了，下一篇文章会介绍scp的移植，我们来试试方法c)吧

1）插入U盘到电脑上，把helloworld拷贝过去

2）把U盘插入到板子上，这时调试串口会自动输出如下信息，提示我们有USB Mass Storage设备接入了，看来内核已经把USB这部门驱动已经做进去了。这不是有点像我们给PC机重装Windows系统的过程，默认鼠标键盘也是可以直接使用的。

我们进入到/dev目录里，可以看到有sda1设备，LINUX所有的存储设备都是映射成"文件"来访问的，包括U盘、光驱、硬盘等。这个sda1就对应我们刚插入的U盘。

那么该如何访问U盘的东西呢？

我们需要挂载，使用mount指令，我们执行以下命令：

mkdir mnt

cd mnt

mkdir usb

cd usb

mount -t vfat /dev/sda1 /mnt/usb

cd /

mkdir opt

cp /mnt/usb/helloworld /opt

完成的事情是把sda1挂载到了/mnt/usb目录上，这样/mt/usb目录里就有了U盘里的内容，然后再复制到了系统的/opt目录。

我们在/opt目录里执行./helloworld，提示如下错误：

-/bin/sh: ./helloworld: not found

这是怎么回事呢？原因很简单，helloworld的执行是需要依赖一些库的，不可能系统里什么都没有就执行能执行成功了。所以需要我们把交叉编译链~/nuc972/toolchain/arm-2014.05/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib里的库文件复制到板子的lib目录里。

可以先到arm-2014.05/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib目录中，压缩下

tar -cvf lib.bin *

然后通过U盘放到板子的/lib目录中解压

tar -xvf lib.bin

这样操作之后，再次执行helloword，结果如下：

另外可以对板子断电-再上电，看看我们之前操作的内容都还在，因为它是存到NAND Flash里的，所以断电是不丢失的。

7.结束语

如果你亲自动手实现了这篇文章介绍的所有内容，相信你对根文件系统一定有了一个非常感官的认识。包括这篇在内，我用了5篇文章一直在介绍嵌入式Linux基础环境相关的内容，你应该也能感受到这和我们以前接触的单片机开发还是有着较大的差异。从下一篇文章开始，我们就正式进入到具体的应用了。我会陆续介绍GPIO、UART使用；网络通信；WIFI使用；摄像头采集数据；EC20 4G模块使用；QT编程；Opencv使用等。