Linux MTD 子系统

一、MTD子系统概述

　　MTD（Memory Technology Device, 内存技术设备）是用于访问memory 设备（ROM、FLASH）的Linux子系统。

　　主要目的是为了使新的memory设备的驱动更加简单，为此MTD在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。

　　Linux系统中，MTD设备分为四层：设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层、硬件驱动层

1.1 FLASH硬件设备层

　　主要为FLASH芯片提供最底层的硬件驱动。此层提供了3个重要结构体：

　　(1) struct map info

　　用来描述具体芯片的基本信息，主要包括芯片名字、大小、位宽、芯片、在系统中的起始物理地址等，在具体的芯片驱动文件中定义。

　　(2) struct mtd partition

　　用来描述具体芯片的分区信息，主要包括分区名字起始地址和分区的大小，在其体的芯片驱动文件中定义。

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　　(3) struct mtd chip driver.

　　用于描述具体FLASH芯片的驱动数据结构，分别代表遵循具体标准的FLASH芯片驱动。

1.2 MTD原始设备层

　　MTD原始设备层主要源码文件为mtd/mtdcore.c、 mtd/mtdpart.c

　　MTD原始设备层主要提供此公共接口函数供其他MTD子系统模块调用，例如，add_mtd_device、 register_mtd_user等函数。

　　描述MTD原始设备的数据结构体为struct mtd_info，mtd_table则表示所有的MTD原始设备列表。

1.3 MTD设备层

　　为了使上层应用程序更方使地访问MTD原始设备，Linux 系统基于MTD原始设备定义了MTD的块设备(主设备号31)和字符设备(设备号90),

　　这样上层应用程序就可以像访间字符设备或块设备样访问 MTD原始设备，也就是可以把Nor FLASH或Nor FLASH的一个分区当做字符设备或块设备来访问。

　　MTD设备层的源码文件主要有mtd/mtdchar.c、mtd/mtd_blkdevs.c、 mtd/mtdblock.c

1.4 MTD字符设备

　　MTD字符设备层的源码文件为md/mtdcha.c.

　　该源码文件为MTD原始设备提供了一个字符设备访间接口，使得上层应用程序可以以字符设备的方式来访问MID原始设备。

　　mtd/mdchar.c 和其他的字符设备驱动文件一样，主要定义了一个字符设备访问文件操作函数和向内核注册了一个字符设备，MTD字符设备的主设备号为90,源码如下:

#define MTD_CHAR_MAJOR   90
#define MTD_BLOCK_MAJOR  31

static const struct file_operations mtd_fops = {
    .owner       = THIS_MODULE,
    .llseek      = mtd_lseek,
    .read        = mtd_read,
    .write       = mtd_write,
    .ioctl       = mtd_ioctl,
    .open        = mtd_open,
    .release     = mtd_close,
};

　　以上代码定义了一个MTD字符设备的设备文件接口操作函数，接着在模块初始化函数中注册MTD字符设备：

static int __init init_mtdchar(void)
{
    if (register_chrdev(MTD_CHAR_MAJOR, "mtd", &mtd_fops)) {
        printk(KERN_NOTICE "Can't allocate major number %d for Memory Technology Devices.\n",
               MTD_CHAR_MAJOR);
        return -EAGAIN;
    }

    register_mtd_user(&notifier);
    return 0;
}

1.5 MTD 块设备

　　Mtd/mtd_blkdevs.c 源码文件提供了MTD转换层与块设备之间的接口。

　　该文件定义了块设备访问接口函数：

struct block_device_operations mtd_blktrans_ops = {
    .owner        = THIS_MODULE,
    .open        = blktrans_open,
    .release    = blktrans_release,
    .ioctl        = blktrans_ioctl,
    .getgeo        = blktrans_getgeo,
};

　　Add_mtd_blktrans_dev函数用来将一个 MTD转换层设备注册到内核中，每一个MTD转换层设备都对应个通用磁盘设备，Add_mtd_blktrans_dev 函数针对一个MTD转换层设备分配了一个磁盘设备结构体，并调用函数add_disk 注册磁盘设备到内核中。

　　块设备、磁盘设备、MTD转换层设备、MTD原始设备的关系如下图所示。

　　从图中可以看出，MTD转换层设备包含了MTD原始设备，磁盘设备包含了转换层设备，块设备又包含了磁盘设备。它们之间是一种类似的继承关系。

　　Mtd/mtdblock.c源码文件实现了MTD块设备层驱动，下面分析该源码文件的架构。

　　mtdblock.c主要定义了一个转换层设备操作函数接口，代码如下：

 1 static struct mtd_blktrans_ops mtdblock_tr = {
 2     .name         = "mtdblock",
 3     .major        = 31,
 4     .part_bits    = 0,
 5     .blksize      = 512,
 6     .open         = mtdblock_open,
 7     .flush        = mtdblock_flush,
 8     .release      = mtdblock_release,
 9     .readsect     = mtdblock_readsect,
10     .writesect    = mtdblock_writesect,
11     .add_mtd      = mtdblock_add_mtd,
12     .remove_dev   = mtdblock_remove_dev,
13     .owner        = THIS_MODULE,
14 };

　　然后在入口函数中调用register_mtd_blktrans(&mtdblock_tr) 注册一个转换层设备。

static int __init init_mtdblock(void)
{
    return register_mtd_blktrans(&mtdblock_tr);
}

　　在register_mtd_blktrans函数中，对于每一个MTD原始设备，都会构造一个MTD转换层设备和对应的磁盘设备，然后把磁盘块设备注册到内核中（add_mtd_blktrans_devs）。

　　当应用程序访问MTD块设备时，先访问磁盘设备，然后找到对应的转换层设备，最终执行转换层设备对应的操作函数。

1.6 MTD块设备函数调用关系：

　（1）应用程序通过open命令打开一个MTD块设备，如open（“mtdblock1”）。

　（2）系统通过 struct block_device_operations mtd_blktrans_ops 操作接口找到对应的 open 函数为 blktrans_open，如执行blktrans_open函数。

　（3）在blktrans_open 函数中，根据·块设备找到磁盘设备、MTD转换层设备，然后找到MTD转换层设备的操作函数 mtdblock_open。

　（4）执行MTD转换层设备操作函数mtdblock_open。

二、MTD 子系统主要数据结构

重要的数据结构:

mtd_info 表示mtd原始设备, 所有mtd_info结构体被存放在mtd_info数组mtd_table中
mtd_part 表示MTD分区，其中包含了 mtd_info，每一个分区都是被看成一个MTD 原始设备
map_info 描述芯片的基本信息，主要包括芯片名字，大小、位宽、起始地址

　　在mtd_table中，mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part->master中获得
　　tip: master 不作为一个mtd原始设备加入 mtd_table

　　各层之间的交互如下图

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