Linux MTD (Memory Technology Device) subsystem analysis -For Atheros char device

Posted 2020-07-27 Evan Yin

Linux MTD (Memory Technology Device) subsystem analysis

For Atheros char device

 

 

读了Linux MTD 源代码分析 对这部分有了整体的认识，结合现有代码，分析一下Atheros的MTD是如何使用的。

Linux kernel: 2.6.31.

Atheros platform: QCA9890???

 

参考Linux MTD 源代码分析，这里把MTD分为4层，从上到下依次是：字符设备节点、字符设备、MTD 核心、FLASH 硬件驱动。

字符设备节点：/dev/mtd0 /dev/mtd1 等节点，可以通过fopen()等直接使用。这些节点是MTD子系统创建的，用户通过访问这些节点操作MTD。

字符设备：MTD子系统把MTD封装为字符设备。

MTD核心：管理所有的MTD设备，提供get/add/del MTD功能；同时，一个MTD设备可能逻辑上会被划分为多个区，每个区被当成一个MTD设备，所以还提供了通过分区信息批量加入、删除MTD设备的功能。为了从kernel启动参数获取分区信息，MTD核心提供了分析启动参数中分区信息的功能。

FLASH硬件驱动：提供FLASH的read/write/erase等功能。因为Atheros的分区信息是在kernel的启动参数里面取得，所以这里还有分析启动参数分区信息的功能；根据分区信息把MTD设备加到MTD核心中。

 

系统启动时，MTD核心层可以直接编译到kernel中，FLASH驱动层在系统启动时解析分区信息，把MTD加入到MTD核心层，MTD核心层完成设备节点的创建，MTD字符设备注册MTD字符设备信息，这样访问设备节点的时候就可以找到具体的执行函数。

 

 

图1 Atheros MTD Subsystem Architecture

 

 

 

图1显示了各层的主要信息。

MTD设备的使用是通过访问设备节点/dev/mtd0 /dev/mtd1，一般用法是

 

File *f = fopen(“/dev/mtd0”, “r”);   fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

 

/dev/mtd0 等设备是由MTD核心创建的，由add_mtd_device()->device_register()创建。fread/fwrite是由MTD字符设备层实现具体的读写，至于是如何找到MTD字符设备层的函数的，以及设备节点如何和这些函数关联的，需要看下fread以及Linux的驱动模型(device_register/register_chrdev)，以后再总结吧。

 

         MTD字符设备层是通过register_chrdev()来实现的，需要提供struct file_operations中的函数，这些函数完成对指定MTD的read/write/erase等。register_chrdev()之后，当用fread等访问MTD的时候，就会找到这里注册的函数。

 

static const struct file_operations mtd_fops = {             .owner                     = THIS_MODULE,             .llseek                       = mtd_lseek,             .read             = mtd_read,             .write                       = mtd_write,             .ioctl              = mtd_ioctl, #ifdef CONFIG_COMPAT             .compat_ioctl       = mtd_compat_ioctl, #endif             .open                       = mtd_open,             .release        = mtd_close,             .mmap                    = mtd_mmap, #ifndef CONFIG_MMU             .get_unmapped_area = mtd_get_unmapped_area, #endif };   static int __init init_mtdchar(void) {             int status;               status = register_chrdev(MTD_CHAR_MAJOR, "mtd", &mtd_fops);             if (status < 0) {                        printk(KERN_NOTICE "Can\'t allocate major number %d for Memory Technology Devices.\\n",                               MTD_CHAR_MAJOR);             }               return status; }

 

         具体看下open/read/close是如何使用MTD的，get/put_mtd_device有MTD核心层提供，下面会具体看到。mtd_open 通过inode取得设备号，进一步通过get_mtd_device取得MTD的struct mtd_info信息，也就获得了具体操作MTD的函数；以后的mtd_read/write等函数就可以直接使用mtd->read/mtd->write完成具体的操作。

static int mtd_open(struct inode *inode, struct file *file) {             int minor = iminor(inode);             int devnum = minor >> 1;             …             mtd = get_mtd_device(NULL, devnum);     ….             mfi = kzalloc(sizeof(*mfi), GFP_KERNEL);             mfi->mtd = mtd;             file->private_data = mfi; out:             unlock_kernel();             return ret; } /* mtd_open */   static ssize_t mtd_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos) {             struct mtd_file_info *mfi = file->private_data;             struct mtd_info *mtd = mfi->mtd;             …             while (count) {                        switch (mfi->mode) {                        default:                                    ret = mtd->read(mtd, *ppos, len, &retlen, kbuf);                        }             }     …             return total_retlen; } /* mtd_read */   static int mtd_close(struct inode *inode, struct file *file) {             struct mtd_file_info *mfi = file->private_data;             struct mtd_info *mtd = mfi->mtd;             put_mtd_device(mtd);             file->private_data = NULL;             kfree(mfi);             return 0; } /* mtd_close */

 

         MTD核心层提供的功能可以分为两部分：面向上层用户的API和面向底层用户的API。上层用户主要是指MTD字符设备层，字符设备层可以通过get_mtd_device获得MTD的struct mtd_info 信息，然后通过mtd->read、mtd->write等操作MTD。使用方法可以参考字符设备层中函数的实现。下层用户是FLASH驱动层，FLASH驱动层通过parse_mtd_partitions获得kernel启动参数中的分区信息，然后通过add_mtd_partitions把各个分区当做单独的MTD设备加入到MTD核心层；为了分析kernel启动参数，需要注册parser函数，通过register_mtd_parser实现，这个函数的注册可以由FLASH驱动层完成，也可以编译到kernel中（make menuconfig->Device drivers->MTD support->Command line partition table parsing）。

 

至于注册的parser是如何得到kernel启动参数的，大概的过程是，bootloader通过bootargs的mtdparts传入分区信息，这个分区信息会被当成kernel的启动参数；kernel通过__setup("mtdparts=", mtdpart_setup) 注册函数mtdpart_setup，mtdpart_setup保存分区信息，parser解析保存的信息，参考（cmdlinepart.c）。

 

         MTD核心层的实现原理是：

每个MTD用一个struct mtd_info描述，所有的mtd_info保存在struct mtd_info *mtd_table[]中，get/add/del_mtd_device都是操作mtd_table。

一个MTD FLASH可以逻辑上分为多个区，每个区当成一个MTD，分区信息用struct mtd_partition描述，通过分区信息加入MTD时，需要知道master MTD的信息，每个分区的信息多数来源于master MTD，master MTD不会加入MTD核心层，只有里面的各个分区会加入核心层，当成单独的MTD。

MTD核心层还有notifier的功能，保存在struct mtd_notifier，所有的notifier保存在一个链表中。

具体可以参考Linux MTD 源代码分析。

 

         FLASH驱动层提供mtd_info中read/write等的具体实现，如果有逻辑分区的话，这个mtd_info就是master MTD。然后调用parser_mtd_partitions 和add_mtd_partitions把逻辑分区加入到MTD核心层。