一、整体架构图
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 用户空间 │ │ mount /dev/mtdblock0 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ VFS / MTD 层 │ │ mtd_device_parse_register() │ │ 分区解析 (cmdlinepart/ofpart) │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ NAND 核心层 (nand_base.c) │ │ nand_scan() → nand_scan_ident() → nand_scan_tail() │ │ ID 识别、参数解析、ECC 配置、BBT 扫描 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ NAND 控制器驱动 (ls-nand.c) │ │ ls_nand_probe() → 硬件初始化、回调函数注册 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 硬件抽象层 │ │ 寄存器操作、DMA 配置、片选控制、命令发送 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 物理硬件 │ │ NAND Flash 芯片 (三星/镁光等) + NAND 控制器 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
二、U-Boot/PMON 阶段配置
2.1 U-Boot 中的 NAND 初始化
// U-Boot: drivers/mtd/nand/raw/ls_nand.c (示例)intboard_nand_init(structnand_chip*nand){// 1. 初始化 GPIO 和片选nand->select_chip=ls_nand_select_chip;// 2. 配置控制器时序writel(NAND_TIMING_VALUE,NAND_TIM_REG);// 3. 读取 ID 并验证nand->cmdfunc(nand,NAND_CMD_READID,0x00,-1);manufacturer_id=nand->read_byte(nand);device_id=nand->read_byte(nand);// 4. 设置总线宽度if(device_id&0x01)nand->options|=NAND_BUSWIDTH_16;// 5. 传递参数给内核 (通过设备树或命令行)setenv("nand_size","512M");setenv("mtdparts","nand0,128k(uboot),256k(kernel),-(rootfs)");return0;}
2.2 U-Boot 传递 MTD 分区信息
# U-Boot 环境变量setenv mtdids'nand0=loongson-nand'setenv mtdparts'mtdparts=loongson-nand:128k(uboot)ro,256k(kernel),256k(dtb),-(rootfs)'saveenv
2.3 PMON 中的配置 (龙芯平台)
// PMON: arch/mips/loongson/common/nand.cvoidnand_init(void){// 1. 配置 NAND 控制器寄存器REG32(NAND_CTRL_REG)=NAND_CTRL_ENABLE;// 2. 设置时序参数REG32(NAND_TIMING_REG)=0x412;// 3. 读取芯片 IDnand_read_id(&id_data);// 4. 传递给内核的命令行参数prom_add_cmdline("mtdparts=loongson-nand:128k(uboot)ro,256k(kernel),-(rootfs)");}
三、设备树 (Device Tree) 配置
3.1 完整的 DTS 节点配置
// arch/mips/boot/dts/loongson/ls2k.dtsi &nand_controller { compatible = "loongson,ls-nand"; reg = <0x1fe00000 0x100>, // NAND 控制器寄存器 <0x1fe00100 0x100>; // DMA 数据访问地址 interrupts = <0 25 4>; // 中断号 #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; // DMA 配置 dmas = <&dma 0>; dma-names = "nand_rw"; dma-mask = <0xffffffffffffffff>; // 64 位 DMA 掩码 // NAND 芯片配置 nand@0 { reg = <0>; // 片选号 (CS0) nand-cs = <0>; // 片选索引 chip_cap = <3>; // 容量等级 (1GB 8Gb) nand-bus-width = <8>; // 总线宽度 8/16 位 nand-ecc-algo = "bch"; // ECC 算法 nand-ecc-strength = <4>; // ECC 校正位数 nand-ecc-step-size = <512>; // ECC 计算步长 label = "loongson-nand"; // MTD 设备名称 // 分区表 (可选，也可通过命令行指定) partitions { compatible = "fixed-partitions"; #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; partition@0 { label = "uboot"; reg = <0x0 0x20000>; // 128KB read-only; }; partition@20000 { label = "kernel"; reg = <0x20000 0x40000>; // 256KB }; partition@60000 { label = "dtb"; reg = <0x60000 0x40000>; // 256KB }; partition@a0000 { label = "rootfs"; reg = <0xa0000 0x0>; // 剩余空间 }; }; }; // 第二片 NAND (如果存在) nand@1 { reg = <1>; nand-cs = <1>; chip_cap = <3>; nand-ecc-algo = "bch"; nand-ecc-strength = <4>; label = "loongson-nand1"; }; };
3.2 关键参数说明
| 属性 | 含义 | 取值范围 | 说明 |
|---|
nand-cs | 片选号 | 0-3 | 对应物理 CS 引脚 |
chip_cap | 容量等级 | 0-15 | 见 cap2cs 映射表 |
nand-bus-width | 总线宽度 | 8/16 | 数据总线位数 |
nand-ecc-algo | ECC 算法 | none/bch/hw | 纠错算法类型 |
nand-ecc-strength | ECC 强度 | 4/8/16/24 | 可校正比特数 |
nand-ecc-step-size | ECC 步长 | 512/1024 | 每块计算 ECC 的数据大小 |
四、Linux 内核驱动流程
4.1 驱动探测 (Probe) 流程
platform_driver_register() │ ▼ ls_nand_init() → platform_driver_register(&ls_nand_driver) │ ▼ ls_nand_probe() [ls-nand.c:600] │ ├── 1. 解析设备树参数 │ ├── nand-cs → info->cs0 │ ├── chip_cap → info->chip_cap │ └── nand-ecc-algo → ecc.mode │ ├── 2. 分配内存 │ ├── kzalloc(mtd_info + ls_nand_info) │ ├── dma_alloc_coherent(data_buff) │ └── dma_alloc_coherent(desc_addr) │ ├── 3. 映射寄存器 │ ├── ioremap(mmio_base) │ └── ioremap(dma_order_reg) │ ├── 4. 初始化回调函数 │ └── ls_nand_init_mtd() │ ├── cmdfunc = ls_nand_cmdfunc │ ├── select_chip = ls_nand_select_chip │ ├── read_byte = ls_nand_read_byte │ └── write_buf = ls_nand_write_buf │ ├── 5. NAND 识别 │ ├── nand_scan_ident(mtd, 1, NULL) │ │ ├── nand_get_flash_type() │ │ │ ├── 读 ID (NAND_CMD_READID) │ │ │ ├── 查表匹配 │ │ │ └── 解析几何参数 │ │ └── 多芯片检测 (maxchips=1) │ │ │ └── nand_scan_tail(mtd) │ ├── ECC 配置 │ ├── BBT 扫描
