龙芯pmon 中Nand配置说明

以龙芯ls2k1000为例进行讲解
ls2k1000 pmon源码：http://ftp.loongnix.org/embedd/ls2k/pmon-loongson3.tar.gz
ls2k1000 内核源码：http://ftp.loongnix.org/embedd/ls2k/linux-3.10.tar.gz

一、代码介绍

pmon支持两种接口类型的nand flash，一个是Nand控制器接口，一个是spi接口，两种接口的Nand Flash在pmon下框架结构是一样，这里只重点介绍Nand控制器接口的驱动程序（spi接口自行查看代码sys/dev/nand/spinand_lld.c，找到相关配置）。
pmon启动流程Targets/LS2K/ls2k/tgt_machdep.c里调用ls2k_nand_init()，该函数是NAND的初始化函数，位于sys/dev/nand/ls2k-nand.c，要使能该函数的调用，需要在文件Targets/LS2K/conf/ls2k里添加支持，如下所示：

	select  nand
	option CONFIG_LS2K_NAND

以上配置添加后，Nand Flash的驱动程序会在pmon启动过程中进行调用，Nand Flash的驱动初始化主要完成以下几个部分：

	1)、mtd结构的初始化 
	2)、Nand控制器的初始化 
	3)、Nand Flash 的识别
	4)、建立分区

LS2K Nand控制器 的驱动位于sys/dev/nand/ls2k-nand.c，初始化接口为ls2k_nand_init,下面对该函数进行分析。

1、mtd结构的初始化

mtd结构初始化驱动初始化调用 ls2k_nand_init_mtd()，该函数名称虽然是init mtd，但主要是对mtd->priv进行初始化，该成员承载mtd层和Nand控制器的联系，使mtd层可以访问并使用Nand 控制器。代码如下所示：

static void ls2k_nand_init_mtd(struct mtd_info *mtd,
			       struct ls2k_nand_info *info)
{
	struct nand_chip *this = &info->nand_chip;

	this->options		= 8;
	this->waitfunc		= ls2k_nand_waitfunc;
	this->select_chip	= ls2k_nand_select_chip;
	this->dev_ready		= ls2k_nand_dev_ready;
	this->cmdfunc		= ls2k_nand_cmdfunc;
	this->read_word		= ls2k_nand_read_word;
	this->read_byte		= ls2k_nand_read_byte;
	this->read_buf		= ls2k_nand_read_buf;
	this->write_buf		= ls2k_nand_write_buf;
	this->verify_buf	= ls2k_nand_verify_buf;

#if NNAND_BCH
#define BCH_BUG(a...) printf(a);while(1);
	{
		int bch = 4;
		int writesize = 2048;
		int oobsize = 64;
		unsigned int eccsteps, eccbytes;
		if (!mtd_nand_has_bch()) {
			BCH_BUG("BCH ECC support is disabled\n");
		}
		/* use 512-byte ecc blocks */
		eccsteps = writesize/512;
		eccbytes = (bch*13+7)/8;
		/* do not bother supporting small page devices */
		if ((oobsize < 64) || !eccsteps) {
			BCH_BUG("bch not available on small page devices\n");
		}
		if ((eccbytes*eccsteps+2) > oobsize) {
			BCH_BUG("invalid bch value \n", bch);
		}
		this->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT_BCH;
		this->ecc.size = 512;
		this->ecc.strength = bch;
		this->ecc.bytes = eccbytes;
		printk("using %u-bit/%u bytes BCH ECC\n", bch, this->ecc.size);
	}
#else
	this->ecc.mode		= NAND_ECC_SOFT;
	this->ecc.size		= 256;
	this->ecc.bytes		= 3;
	this->ecc.hwctl		= ls2k_nand_ecc_hwctl;
	this->ecc.calculate	= ls2k_nand_ecc_calculate;
	this->ecc.correct	= ls2k_nand_ecc_correct;
#endif
}

Info->nand_chip对应的就是mtd->priv，在该函数里除了对需要的接口进行初始化外，最关键的是对ECC的代码选择，2K的Nand ECC代码有两种：NAND_ECC_SOFT 和NAND_ECC_SOFT_BCH两种，BCH校验相比普通ECC校验有更强的纠错能力，默认bch=4，表示每512字节，生成7 字节校验码，可以最多纠错4bit 错误，而普通的ECC ，每256字节，需要生成3字节的校验码，只能纠错1bit 错误。相对应的，高校验能力需要更多的校验码以使出错数据可以被检测到，这就需要更多代码复杂度和计算，需要的耗时相对普通ECC来说，时间更久。
如果要选择BCH校验，需要在文件Targets/LS2K/conf/ls2k里添加支持如下图所示，如果不用BCH算法，需要将该选项注释掉，注释掉后，代码使用普通ECC校验，同样的，如果不想使用ECC校验，需要将代码中的NAND_ECC_SOFT改为NAND_ECC_NONE。

	select  nand
	option CONFIG_LS2K_NAND
	select nand_bch			#support bch ecc

2、Nand控制器的初始化

初始化完mtd结构体之后，驱动初始化调用ls2k_nand_init_info()，该函数主要是对Nand控制器进行初始化，代码如下所示：

static void ls2k_nand_init_info(struct ls2k_nand_info *info)
{
	info->buf_start = 0;
	info->buf_count = 0;
	info->seqin_column = 0;
	info->seqin_page_addr = 0;
	spin_lock_init(&info->nand_lock);
	writel(0x412, REG(NAND_TIM_REG));
	writel(0x00440000, REG(NAND_CS_RDY_REG));
}

其中info结构体成员代表了数据读写时的起始位置，所有起始位置都从0开始，该函数另外一个关键地方，就是对Nand控制器的寄存器NAND_TIM_REG和NAND_CS_RDY_REG寄存器的初始化。
NAND_TIM_REG寄存器可以控制数据传输的和命令有效的时钟周期，这在一定程度上代表了数据传输的速度，但基于硬件环境和稳定性的考虑，不建议修改该寄存器的值，造成数据传输的不稳定。
NAND_CS_RDY_REG寄存器表示Nand Flash 片选信号的选择，一般情况下根据硬件设计规范，Flash的片选会接到cs0上，因此该寄存器也没必要修改，除非特殊设计cs接到其他引脚。

3、Nand Flash 的识别

当mtd的数据结构和Nand控制器初始化完成之后，驱动就可以对硬件上的Flash进行访问，但在进行实际数据的读写之前，驱动还要对Flash做进一步的识别，以了解其容量、页大小、块大小和OOB区大小等信息。
nand_scan() 完成对Flash的识别，程序调用关系如下：

	nand_scan
		  |-- nand_scan_ident;
     			  |-- nand_get_flash_type

nand_scan() 执行过程中会调用nand_get_flash_type(),该函数会读取Flash芯片的ID号，并于nand_flas数组项做匹配，匹配成功即可获取Flash信息。
nand_flash_ids位于sys/dev/nand/nand_ids.c，部分内容如下：

	...	...	...
	/* 8 Gigabit */
	{"NAND 1GiB 1,8V 8-bit",	0xA3, 0, 1024, 0, LP_OPTIONS},
	{"NAND 1GiB 3,3V 8-bit",	0xD3, 0, 1024, 0, LP_OPTIONS},
	{"NAND 1GiB 1,8V 16-bit",	0xB3, 0, 1024, 0, LP_OPTIONS16},
	{"NAND 1GiB 3,3V 16-bit",	0xC3, 0, 1024, 0, LP_OPTIONS16},

	/* 16 Gigabit */
	{"NAND 2GiB 1,8V 8-bit",	0xA5, 0, 2048, 0, LP_OPTIONS},
	{"NAND 2GiB 3,3V 8-bit",	0xD5, 0, 2048, 0, LP_OPTIONS},
	{"NAND 2GiB 1,8V 16-bit",	0xB5, 0, 2048, 0, LP_OPTIONS16},
	{"NAND 2GiB 3,3V 16-bit",	0xC5, 0, 2048, 0, LP_OPTIONS16},
	{"NAND 2GiB 3,3V 16-bit",	0x48, 4096, 2048, 128*4096, LP_OPTIONS},
	...	...	...

该数组结构定义为:

struct nand_flash_dev {
        char *name;
        int id;
        unsigned long pagesize;
        unsigned long chipsize;
        unsigned long erasesize;
        unsigned long options;
};

当有新的Flash需要适配时，要根据设备手册，在该数组里添加ID信息和容量相关信息。

4、建立分区

Nand 初始化的最后会建立分区信息，如下所示：

        mtd->name="nand-flash";
        if(!nand_flash_add_parts(mtd,0)){
                add_mtd_device(mtd,0,0,"total");
                add_mtd_device(mtd,0,0x01400000,"kernel");
                add_mtd_device(mtd,0x01400000,0x0,"os");
        }

建立分区的函数是add_mtd_device()，但是驱动初始化函数会先调用nand_flash_add_parts()函数对环境变量mtdparts 进行判断，若设置了该环境变量则根据该变量设置分区，否则调用add_mtd_device()来指定分区。

环境变量mtdparts的赋值：
a、代码里
Targets/LS2K/include/pmon_target.h

#if NNAND
#define TGT_DEFENV  {"mtdparts","nand-flash:30M@0(kernel),-(rootfs);spinand_flash:30M@0(kernel),-(rootfs)",0,&mtd_rescan},   \
                    {"bootdelay","3",0,0}
#else
#define TGT_DEFENV  {"bootdelay","3",0,0}
#endif

b、pmon命令行下
请在PMON常用命令里查看，mtdparts的传参格式为：

mtdparts	//查看分区
set mtdparts "mtdname:offset@size(partname)[option]"	//修改分区

其中mtdname表示mtd设备名称，offset表示分区的起始地址，size表示分区大小，partname表示分区名称，option是可选项，表示分区的读写权限，可以为rw，ro。

二、Flash的速度测试

对Flash的读写速度测试，需要在内核下进行，因为页缓存和文件系统的影响，测试 是直接对mtdpart设备进行操作。

1、读速度测试

 dd if=/dev/mtdpart0 of=/dev/null bs=2k count=8000

2、写速度测试

dd if=/dev/zero of=/dev/mtdpart0 bs=2k count=8000

三、Nand Ecc 测试说明

内核和Pmon没有单独的接口，可以用来验证Ecc，正常情况下Nand Flash也不会在人为让其存储数据发生位反转，因此正常手段达不到测试ECC的目的。
如果要测试ECC，需要在内核下进行，修改驱动程序，强制写错误数据，但不改变ECC编码，以此来达到模拟Nand Flash位反转的目的，代码位于内核源码 drivers/mtd/nand/ls-nand.c中，数据传输的接口函数ls_nand_cmdfunc()， 部分源码如下：

	case NAND_CMD_SEQIN:
		info->buf_count = oobsize + pagesize - column;
		info->buf_start = 0;
		info->seqin_column = column;
		info->seqin_page_addr = page_addr;
		break;
	case NAND_CMD_PAGEPROG:
		addrc = info->seqin_column;
		addrr = info->seqin_page_addr;
		op_num = info->buf_start;
		param = ((pagesize + oobsize) << OP_SCOPE_SHIFT)
			| (chip_cap << CHIP_CAP_SHIFT);
		cmd = CMD_VALID | CMD_SPARE | CMD_WR_OP;
		if (addrc < pagesize)
			cmd |= CMD_MAIN;
		nand_setup(info, cmd, addrc, addrr, param, op_num);

		dma_cmd = DMA_INT_MASK | DMA_RD_WR;
		dma_cnt = ALIGN_DMA(op_num);
		dma_setup(info, dma_cmd, dma_cnt);
		break;
	case NAND_CMD_RESET:
		nand_setup(info, (CMD_RESET | CMD_VALID), 0, 0, 0, 0);
		wait_nand_done(info, STATUS_TIME_LOOP_R);
		break;

修改如下：

	case NAND_CMD_SEQIN:
		info->buf_count = oobsize + pagesize - column;
		info->buf_start = 0;
		info->seqin_column = column;
		info->seqin_page_addr = page_addr;
		break;
	case NAND_CMD_PAGEPROG:
		addrc = info->seqin_column;
		addrr = info->seqin_page_addr;
		op_num = info->buf_start;
		
		if(info->data_buff[0]&1)
        	info->data_buff[0] &=0xfe;
        else
        	info->data_buff[0] |=0x1;
        	
		param = ((pagesize + oobsize) << OP_SCOPE_SHIFT)
			| (chip_cap << CHIP_CAP_SHIFT);
		cmd = CMD_VALID | CMD_SPARE | CMD_WR_OP;
		if (addrc < pagesize)
			cmd |= CMD_MAIN;
		nand_setup(info, cmd, addrc, addrr, param, op_num);

		dma_cmd = DMA_INT_MASK | DMA_RD_WR;
		dma_cnt = ALIGN_DMA(op_num);
		dma_setup(info, dma_cmd, dma_cnt);
		break;
	case NAND_CMD_RESET:
		nand_setup(info, (CMD_RESET | CMD_VALID), 0, 0, 0, 0);
		wait_nand_done(info, STATUS_TIME_LOOP_R);
		break;

该修改只针对1bit，若要测试多位反转，可自行添加代码。当修改完成后，要验证代码的正确性，可以在内核下通过文件系统对任一mtd分区写入文件，再比较文件的md5值即可。