Linux SPI-NAND 驱动开发指南
linux spi-nand 驱动开发指南1 概述1.1 编写目的1.2 适用范围1.3 相关人员3 流程设计3.1 体系结构3.2 源码结构3.3 关键数据定义3.3.1 flash 设备信息数据结构3.3.2 flash chip 数据结构3.3.3 aw_spinand_chip_request3.3.4 ubi_ec_hdr3.3.5 ubi_vid_hdr3.4 关键接口说明3.4.1 mtd 层接口3.4.1.1 aw_rawnand_mtd_erase3.4.1.2 aw_rawnand_mtd_read3.4.1.3 aw_rawnand_mtd_read_oob3.4.1.4 aw_rawnand_mtd_write3.4.1.5 aw_rawnand_mtd_write_oob3.4.1.6 aw_rawnand_mtd_block_isbad3.4.1.7 aw_rawnand_mtd_block_markbad3.4.2 物理层接口3.4.2.1 aw_spinand_chip_read_single_page3.4.2.3 aw_spinand_chip_erase_single_block3.4.2.4 aw_spinand_chip_isbad_single_block3.4.2.5 aw_spinand_chip_markbad_single_block4 模块配置4.1 uboot 模块配置4.2 kernel 模块配置4.3 env.cfg
linux spi-nand 驱动开发指南
1 概述
1.1 编写目的
介绍 sunxi spinand mtd/ubi 驱动设计, 方便相关驱动和应用开发人员
1.2 适用范围
本设计适用于所有 sunxi 平台
1.3 相关人员
nand 模块开发人员，及应用开发人员等
2 术语、缩略语及概念
mtd：（memory technology device）是用于访问存储设备的 linux 子系统。本模块是mtd 子系统的 flash 驱动部分
ubi：ubi 子系统是基于 mtd 子系统的，在 mtd 上实现 nand 特性的管理逻辑，向上屏蔽nand 的特性
坏块 (bad block)：制作工艺和 nand 本身的物理性质导致在出厂和正常使用过程中都会产生坏块
3 流程设计
3.1 体系结构
nand mtd/ubi 驱动主要包括 5 大组件，如下图：
图 3-1: ubi 架构
说明：
mtd standard interface: 对接 mtd 层通用读写接口
flash bad block manager: 驱动层对 flash 坏块的管理
flash spl: 主要是实现读写 boot0、boot1，可用于 ioctl 对boot0、boot1 的升级
securestorage：主要是给上层提供私有数据的管理 spi：host端控制器层的实现。
3.2 源码结构
kernel 源码目录：linux-5.4/drivers/mtd/awnand/spinand
.
├── kconfig
├── makefile
├── physic
│ ├── bbt.c
│ ├── cache.c
│ ├── core.c
│ ├── ecc.c
│ ├── id.c
│ ├── makefile
│ ├── ops.c
│ └── physic.h
├── secure-storage.c
├── sunxi-common.c
├── sunxi-core.c
├── sunxi-debug.c
├── sunxi-nftl-core.c
└── sunxi-spinand.h
内核目录下
`-- include
`-- linux
`-- mtd
|-- aw-spinand.h
3.3 关键数据定义
3.3.1 flash 设备信息数据结构
struct aw_spinand_phy_info {
const char *model;
unsigned char nandid[max_id_len];
unsigned int diecntperchip;
unsigned int blkcntperdie;
unsigned int pagecntperblk;
unsigned int sectcntperpage;
unsigned int oobsizeperpage;
#define bad_blk_flag_mark 0x03
#define bad_blk_flag_frist_1_page 0x00
#define bad_blk_flag_first_2_page 0x01
#define bad_blk_flag_last_1_page 0x02
#define bad_blk_flag_last_2_page 0x03
int badblockflag;
#define spinand_dual_read bit(0)
#define spinand_quad_read bit(1)
#define spinand_quad_program bit(2)
#define spinand_quad_no_need_enable bit(3)
#define spinand_onedummy_after_randomread bit(8)
int operationopt;
int maxerasetimes;
#define has_ext_ecc_se01 bit(0)
#define has_ext_ecc_status bit(1)
enum ecc_status_shift ecc_status_shift;
int eccflag;
enum ecc_limit_err ecctype;
enum ecc_oob_protected eccprotectedtype;
};
说明：
• model：flash 的 model 名字
• nandid：flash 的 id 码
• diecntperchip：每 chip 的 die 个数
• blkcntperdie：每 die 有多少个 block
• pagecntperblk：每 block 有多少个 page
• sectcntperpage：每 page 有多少个扇区
• oobsizeperpage：每 page 的 obb 大小
• badblockflag：坏块标志存放在每个 block 的那个 page 中
bad_blk_flag_frist_1_page
bad_blk_flag_first_2_page
bad_blk_flag_last_1_page
bad_blk_flag_last_2_page
• operationopt：支持的操作
spinand_dual_read
spinand_quad_read
spinand_quad_program
spinand_quad_no_need_enable
spinand_onedummy_after_randomread
• maxerasetimes：最大擦除数据
• eccflag：特性物料读 ecc status 说需目录不同
• gd5f1gq4ucyig 通过 0fh + c0h 获取 ecc status，则无需配置 eccflag
• mx35lf1ge4ab 通过 7ch + one dummy byte 获取 ecc status，则配置 eccflag = has_ext_ecc_status
• ecctype：设置 ecc 值对应的状态关系
• eccprotectedtype：在 spare 去选择收 ecc 保护的 16byte 作为 oob 区
例（mx35lf2ge4ad）：
{
.model = mx35lf2ge4ad,
.nandid = {0xc2, 0x26, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff},
.diecntperchip = 1,
.sectcntperpage = 4,
.pagecntperblk = 64,
.blkcntperdie = 2048,
.oobsizeperpage = 64,
.operationopt = spinand_quad_read | spinand_quad_program | spinand_dual_read,
.maxerasetimes = 65000,
.eccflag = has_ext_ecc_status,
.ecctype = bit4_limit5_to_8_err9_to_15,
.eccprotectedtype = size16_off4_len4_off8,
.badblockflag = bad_blk_flag_first_2_page,
},
3.3.2 flash chip 数据结构
struct aw_spinand_chip {
struct aw_spinand_chip_ops *ops;
struct aw_spinand_ecc *ecc;
struct aw_spinand_cache *cache;
struct aw_spinand_info *info;
struct aw_spinand_bbt *bbt;
struct spi_device *spi;
unsigned int rx_bit;
unsigned int tx_bit;
unsigned int freq;
void *priv;
};
此结构定义了 flash chip 层的物理模型数据结构以及 chip 层对 flash 的操作接口。
• aw_spinand_chip_ops：flash 读、写、擦等操作接口
• aw_spinand_ecc：flash ecc 读、写和校验操作接口
• aw_spinand_cache：对缓存 page 的管理，提高读写效率
• aw_spinand_info：flash id、page size 等信息及获取信息的操作接口
• aw_spinand_bbt：flash 坏块表及管理等操作接口
• spi_device：spi 父设备的操作结构体
• rx_bit：读状态操作标志
• tx_bit：写状态操作标志
3.3.3 aw_spinand_chip_request
struct aw_spinand_chip_request {
unsigned int block;
unsigned int page;
unsigned int pageoff;
unsigned int ooblen;
unsigned int datalen;
void *databuf;
void *oobbuf;
unsigned int oobleft;
unsigned int dataleft;
};
操作目标结构体，改结构体填充我们待操作的 block 的那个 page 的多少偏移的数据
databuf/oobbuf
• block：待操作块
• page：待操作页
• pageoff：操作偏移
• ooblen：操作 oob 长度
• datalen：操作数据长度
• databuf：操作目标数据
• oobbuf：操作目标 oob
3.3.4 ubi_ec_hdr
struct ubi_ec_hdr {
__be32 magic;
__u8 version;
__u8 padding1[3];
__be64 ec; /* warning: the current limit is 31-bit anyway! */
__be32 vid_hdr_offset;
__be32 data_offset;
__be32 image_seq;
__u8 padding2[32];
__be32 hdr_crc;
} __packed;
@magic: erase counter header magic number (%ubi_ec_hdr_magic)
@version: version of ubi implementation which is supposed to accept this ubi image
@padding1: reserved for future, zeroes
@ec: the erase counter
@vid_hdr_offset: where the vid header starts
@data_offset: where the user data start
@image_seq: image sequence number
@padding2: reserved for future, zeroes
@hdr_crc: erase counter header crc checksum
ec: erase count，记录块的擦除次数，在 ubiattach 的时候指定一个 mtd，如果 peb 上没有
ec，则用平均的 ec 值，写入 ec 值只有在擦除的时候才会增加 1
3.3.5 ubi_vid_hdr
struct ubi_vid_hdr {
__be32 magic;
__u8 version;
__u8 vol_type;
__u8 copy_flag;
__u8 compat;
__be32 vol_id;
__be32 lnum;
__u8 padding1[4];
__be32 data_size;
__be32 used_ebs;
__be32 data_pad;
__be32 data_crc;
__u8 padding2[4];
__be64 sqnum;
__u8 padding3[12];
__be32 hdr_crc;
} __packed;
@magic: volume identifier header magic number (%ubi_vid_hdr_magic)
@version: ubi implementation version which is supposed to accept this ubi image(%ubi_version)
@vol_type: volume type (%ubi_vid_dynamic or %ubi_vid_static)
@copy_flag: if this logical eraseblock was copied from another physical eraseblock(for wear-leveling reasons)
@compat: compatibility of this volume(%0, %ubi_compat_delete, %ubi_compat_ignore,%ubi_compat_preserve, or %ubi_compat_reject）
@vol_id: id of this volume
@lnum: logical eraseblock number
@padding1: reserved for future, zeroes
@data_size: how many bytes of data this logical eraseblock contains
@used_ebs: total number of used logical eraseblocks in this volume
@data_pad: how many bytes at the end of this physical eraseblock are not used
@data_crc: crc checksum of the data stored in this logical eraseblock
@padding2: reserved for future, zeroes
@sqnum: sequence number
@padding3: reserved for future, zeroes
@hdr_crc: volume identifier header crc checksum
参数说明
@sqnum 是创建此 vid 头时的全局序列计数器的值。每次 ubi 写一个新的 vid 头到 flash 时，全局序列计数器都会增加，比如当它将一个逻辑的 eraseblock 映射到一个新的物理的 erase-block 时。全局序列计数器是一个无符号 64 位整数，我们假设它永远不会溢出。@sqnum(序列号) 用于区分新旧版本的逻辑擦除块。
有两种情况，可能有多个物理 eraseblock 对应同一个逻辑 eraseblock，即在卷标识头中有相同的 @vol_id 和 @lnum 值。假设我们有一个逻辑的擦除块 l，它被映射到物理的擦除块 p。
因为 ubi 可以异步擦除物理上的擦除块，所以可能出现以下情况:l 被异步擦除，所以 p 被安排擦除，然后 l 被写入，即。映射到另一个物理的擦除块 p1，所以 p1 被写入，然后不干净的重启发生。结果-有两个物理的 eraseblock p 和 p1 对应同一个逻辑的 eraseblock l。但是 p1 的序列号更大，所以 ubi 在连接 flash 时选择 p1。
ubi 不时地将逻辑擦除块移动到其他物理擦除块，以达到损耗均衡的目的。例如，如果 ubi将 l 从 p 移动到 p1，在 p 被物理擦除之前会发生不干净的重启，有两个物理擦除块 p 和 p1 对应于 l, ubi 必须在 flash 连接时选择其中一个。@sqnum 字段表示哪个 peb 是原始的 (显然 p 的 @sqnum 更低) 和副本。但是选择具有更高序列号的物理擦除块是不够的，因为不干净的重新引导可能发生在复制过程的中间，因此 p 中的数据被损坏（p->p1 没复制完）。仅仅选择序号较低的物理擦除块是不够的，因为那里的数据可能很旧 (考虑在复制之后向 p1 添加更多数据的情况)。此外，不干净的重启可能发生在擦除 p 刚刚开始的时候，所以它会导致不稳定的 p，“大部分” 是 ok 的，但仍然有不稳定的情况。
ubi 使用 @copy_flag 字段表示这个逻辑擦除块是一个副本。ubi 还计算数据的 crc，当数据被移动时，并将其存储在副本 (p1) 的 @data_crc 字段。因此，当 ubi 需要从两个 (p 或 p1)中选择一个物理擦除块时，会检查新块 (p1) 的 @copy_flag。如果它被清除，情况就简单了，新的就会被选中。如果设置了该值，则检查副本 (p1) 的数据 crc。如果 crc 校验和是正确的，这个物理擦除块被选中 (p1)。否则，将选择较老的 p。如果是静态卷，@data_crc 字段包含逻辑擦除块内容的 crc 校验和。对于动态卷，它不包含 crc 校验和规则。唯一的例外情况是，当物理擦除块的数据被磨损均衡子系统移动时，磨损均衡子系统计算数据 crc，并将其存储在 @data_crc 字段中。
@used_ebs 字段仅用于静态卷，它表示该卷的数据需要多少个擦除块。对于动态卷，这个字段不被使用并且总是包含 0。
@data_pad 在创建卷时使用对齐参数计算。因此，@data_pad 字段有效地减少了该卷的逻辑擦除块的大小。当一个人在 ubi 卷上使用面向块的软件 (比如，cramfs) 时，这是非常方便的。
leb 与 peb
图 3-2: peb-leb
3.4 关键接口说明
3.4.1 mtd 层接口
3.4.1.1 aw_rawnand_mtd_erase
static int aw_rawnand_mtd_erase(struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr)
description：mtd erase interface
@mtd：mtd device structure
@instr：erase operation descrition structure
return：success return 0，fail return fail code
3.4.1.2 aw_rawnand_mtd_read
static int aw_rawnand_mtd_read(struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,size_t *retlen, u_char *buf)
description：mtd read interface
@mtd：mtd device structure
@from：offset to read from mtd device
@len： data len
@retlen：had read data len
@buf：data buffer
return：success return max_bitflips，fail return fail code
3.4.1.3 aw_rawnand_mtd_read_oob
static int aw_rawnand_mtd_read_oob(struct mtd_info *mtd, loff_t from, struct mtd_oob_ops *ops)
description：mtd read data with oob
@mtd：mtd device structure
@ops：oob eperation descrition structure
return：success return max_bitflips，fail return fail code
3.4.1.4 aw_rawnand_mtd_write
static int aw_rawnand_mtd_write(struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t *retlen, const u_char *buf)
description：mtd write data interface
@to：offset to mtd device
@len：want write data len
@retlen：return the writen len
@buf：data buffer
return：success return 0, fail return code fail
3.4.1.5 aw_rawnand_mtd_write_oob
static int aw_rawnand_mtd_write_oob(struct mtd_info *mtd, loff_t to, struct mtd_oob_ops * ops)
description：write data with oob
@mtd：mtd device structure
@to：offset to mtd device
@ops：oob operation descrition structure
return：success return 0, fail return code fail
3.4.1.6 aw_rawnand_mtd_block_isbad
static int aw_rawnand_mtd_block_isbad(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs)
description：check block is badblock or not
@mtd：mtd device structure
@ofs: offset the mtd device start (align to simu block size)
return：true if the block is bad, or false if the block is good
3.4.1.7 aw_rawnand_mtd_block_markbad
static int aw_rawnand_mtd_block_markbad(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs)
description：mark block at the given offset as bad block
@mtd：mtd device structure
@ofs：offset the mtd device start
return：success to mark return 0, or fail return fail code.
3.4.2 物理层接口
3.4.2.1 aw_spinand_chip_read_single_page
static int aw_spinand_chip_read_single_page(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：read physics on a page
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.2 aw_spinand_chip_write_single_page
static int aw_spinand_chip_write_single_page(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：write physics on a page
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.3 aw_spinand_chip_erase_single_block
static int aw_spinand_chip_erase_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：erase physics on a block
@chip：see 3.3.2
@req： see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.4 aw_spinand_chip_isbad_single_block
static int aw_spinand_chip_isbad_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：set to bad block
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.5 aw_spinand_chip_markbad_single_block
static int aw_spinand_chip_markbad_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：set to bad block
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
4 模块配置
4.1 uboot 模块配置
device drivers-->sunxi flash support--> [*]support sunxi nand devices [*]support sunxi nand ubifs devices [*]support comm nand v1 interface
如下图：
图 4-1: u-boot-spinand-menuconfig
4.2 kernel 模块配置
device drivers->memory technology device(mtd) support-->sunxi-nand
图 4-2: ubi
图 4-3: ker_nand-cfg
图 4-4: ker_spinand
device drivers->spi support
图 4-5: spi-1
图 4-6: spi-2
device drivers->dma engine support
图 4-7: dma-1
图 4-8: dma-2
device drivers->soc（system on chip）
图 4-9: sid
file systems-->miscellaneous filesystems-->
图 4-10: menuconfig_spinand_ubifs
4.3 env.cfg
在 env.cfg 中添加修改下值，setargs_nand_ubi 先 copy 一份 setargs_nand 再添加对应变量
图 4-11: build-mkcmd
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linux spi-nand 驱动开发指南
1 概述
1.1 编写目的
介绍 sunxi spinand mtd/ubi 驱动设计, 方便相关驱动和应用开发人员
1.2 适用范围
本设计适用于所有 sunxi 平台
1.3 相关人员
nand 模块开发人员，及应用开发人员等
2 术语、缩略语及概念
mtd：（memory technology device）是用于访问存储设备的 linux 子系统。本模块是mtd 子系统的 flash 驱动部分
ubi：ubi 子系统是基于 mtd 子系统的，在 mtd 上实现 nand 特性的管理逻辑，向上屏蔽nand 的特性
坏块 (bad block)：制作工艺和 nand 本身的物理性质导致在出厂和正常使用过程中都会产生坏块
3 流程设计
3.1 体系结构
nand mtd/ubi 驱动主要包括 5 大组件，如下图：
图 3-1: ubi 架构
说明：
mtd standard interface: 对接 mtd 层通用读写接口
flash bad block manager: 驱动层对 flash 坏块的管理
flash spl: 主要是实现读写 boot0、boot1，可用于 ioctl 对boot0、boot1 的升级
securestorage：主要是给上层提供私有数据的管理 spi：host端控制器层的实现。
3.2 源码结构
kernel 源码目录：linux-5.4/drivers/mtd/awnand/spinand
.
├── kconfig
├── makefile
├── physic
│ ├── bbt.c
│ ├── cache.c
│ ├── core.c
│ ├── ecc.c
│ ├── id.c
│ ├── makefile
│ ├── ops.c
│ └── physic.h
├── secure-storage.c
├── sunxi-common.c
├── sunxi-core.c
├── sunxi-debug.c
├── sunxi-nftl-core.c
└── sunxi-spinand.h
内核目录下
`-- include
`-- linux
`-- mtd
|-- aw-spinand.h
3.3 关键数据定义
3.3.1 flash 设备信息数据结构
struct aw_spinand_phy_info {
const char *model;
unsigned char nandid[max_id_len];
unsigned int diecntperchip;
unsigned int blkcntperdie;
unsigned int pagecntperblk;
unsigned int sectcntperpage;
unsigned int oobsizeperpage;
#define bad_blk_flag_mark 0x03
#define bad_blk_flag_frist_1_page 0x00
#define bad_blk_flag_first_2_page 0x01
#define bad_blk_flag_last_1_page 0x02
#define bad_blk_flag_last_2_page 0x03
int badblockflag;
#define spinand_dual_read bit(0)
#define spinand_quad_read bit(1)
#define spinand_quad_program bit(2)
#define spinand_quad_no_need_enable bit(3)
#define spinand_onedummy_after_randomread bit(8)
int operationopt;
int maxerasetimes;
#define has_ext_ecc_se01 bit(0)
#define has_ext_ecc_status bit(1)
enum ecc_status_shift ecc_status_shift;
int eccflag;
enum ecc_limit_err ecctype;
enum ecc_oob_protected eccprotectedtype;
};
说明：
• model：flash 的 model 名字
• nandid：flash 的 id 码
• diecntperchip：每 chip 的 die 个数
• blkcntperdie：每 die 有多少个 block
• pagecntperblk：每 block 有多少个 page
• sectcntperpage：每 page 有多少个扇区
• oobsizeperpage：每 page 的 obb 大小
• badblockflag：坏块标志存放在每个 block 的那个 page 中
bad_blk_flag_frist_1_page
bad_blk_flag_first_2_page
bad_blk_flag_last_1_page
bad_blk_flag_last_2_page
• operationopt：支持的操作
spinand_dual_read
spinand_quad_read
spinand_quad_program
spinand_quad_no_need_enable
spinand_onedummy_after_randomread
• maxerasetimes：最大擦除数据
• eccflag：特性物料读 ecc status 说需目录不同
• gd5f1gq4ucyig 通过 0fh + c0h 获取 ecc status，则无需配置 eccflag
• mx35lf1ge4ab 通过 7ch + one dummy byte 获取 ecc status，则配置 eccflag = has_ext_ecc_status
• ecctype：设置 ecc 值对应的状态关系
• eccprotectedtype：在 spare 去选择收 ecc 保护的 16byte 作为 oob 区
例（mx35lf2ge4ad）：
{
.model = mx35lf2ge4ad,
.nandid = {0xc2, 0x26, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff},
.diecntperchip = 1,
.sectcntperpage = 4,
.pagecntperblk = 64,
.blkcntperdie = 2048,
.oobsizeperpage = 64,
.operationopt = spinand_quad_read | spinand_quad_program | spinand_dual_read,
.maxerasetimes = 65000,
.eccflag = has_ext_ecc_status,
.ecctype = bit4_limit5_to_8_err9_to_15,
.eccprotectedtype = size16_off4_len4_off8,
.badblockflag = bad_blk_flag_first_2_page,
},
3.3.2 flash chip 数据结构
struct aw_spinand_chip {
struct aw_spinand_chip_ops *ops;
struct aw_spinand_ecc *ecc;
struct aw_spinand_cache *cache;
struct aw_spinand_info *info;
struct aw_spinand_bbt *bbt;
struct spi_device *spi;
unsigned int rx_bit;
unsigned int tx_bit;
unsigned int freq;
void *priv;
};
此结构定义了 flash chip 层的物理模型数据结构以及 chip 层对 flash 的操作接口。
• aw_spinand_chip_ops：flash 读、写、擦等操作接口
• aw_spinand_ecc：flash ecc 读、写和校验操作接口
• aw_spinand_cache：对缓存 page 的管理，提高读写效率
• aw_spinand_info：flash id、page size 等信息及获取信息的操作接口
• aw_spinand_bbt：flash 坏块表及管理等操作接口
• spi_device：spi 父设备的操作结构体
• rx_bit：读状态操作标志
• tx_bit：写状态操作标志
3.3.3 aw_spinand_chip_request
struct aw_spinand_chip_request {
unsigned int block;
unsigned int page;
unsigned int pageoff;
unsigned int ooblen;
unsigned int datalen;
void *databuf;
void *oobbuf;
unsigned int oobleft;
unsigned int dataleft;
};
操作目标结构体，改结构体填充我们待操作的 block 的那个 page 的多少偏移的数据
databuf/oobbuf
• block：待操作块
• page：待操作页
• pageoff：操作偏移
• ooblen：操作 oob 长度
• datalen：操作数据长度
• databuf：操作目标数据
• oobbuf：操作目标 oob
3.3.4 ubi_ec_hdr
struct ubi_ec_hdr {
__be32 magic;
__u8 version;
__u8 padding1[3];
__be64 ec; /* warning: the current limit is 31-bit anyway! */
__be32 vid_hdr_offset;
__be32 data_offset;
__be32 image_seq;
__u8 padding2[32];
__be32 hdr_crc;
} __packed;
@magic: erase counter header magic number (%ubi_ec_hdr_magic)
@version: version of ubi implementation which is supposed to accept this ubi image
@padding1: reserved for future, zeroes
@ec: the erase counter
@vid_hdr_offset: where the vid header starts
@data_offset: where the user data start
@image_seq: image sequence number
@padding2: reserved for future, zeroes
@hdr_crc: erase counter header crc checksum
ec: erase count，记录块的擦除次数，在 ubiattach 的时候指定一个 mtd，如果 peb 上没有
ec，则用平均的 ec 值，写入 ec 值只有在擦除的时候才会增加 1
3.3.5 ubi_vid_hdr
struct ubi_vid_hdr {
__be32 magic;
__u8 version;
__u8 vol_type;
__u8 copy_flag;
__u8 compat;
__be32 vol_id;
__be32 lnum;
__u8 padding1[4];
__be32 data_size;
__be32 used_ebs;
__be32 data_pad;
__be32 data_crc;
__u8 padding2[4];
__be64 sqnum;
__u8 padding3[12];
__be32 hdr_crc;
} __packed;
@magic: volume identifier header magic number (%ubi_vid_hdr_magic)
@version: ubi implementation version which is supposed to accept this ubi image(%ubi_version)
@vol_type: volume type (%ubi_vid_dynamic or %ubi_vid_static)
@copy_flag: if this logical eraseblock was copied from another physical eraseblock(for wear-leveling reasons)
@compat: compatibility of this volume(%0, %ubi_compat_delete, %ubi_compat_ignore,%ubi_compat_preserve, or %ubi_compat_reject）
@vol_id: id of this volume
@lnum: logical eraseblock number
@padding1: reserved for future, zeroes
@data_size: how many bytes of data this logical eraseblock contains
@used_ebs: total number of used logical eraseblocks in this volume
@data_pad: how many bytes at the end of this physical eraseblock are not used
@data_crc: crc checksum of the data stored in this logical eraseblock
@padding2: reserved for future, zeroes
@sqnum: sequence number
@padding3: reserved for future, zeroes
@hdr_crc: volume identifier header crc checksum
参数说明
@sqnum 是创建此 vid 头时的全局序列计数器的值。每次 ubi 写一个新的 vid 头到 flash 时，全局序列计数器都会增加，比如当它将一个逻辑的 eraseblock 映射到一个新的物理的 erase-block 时。全局序列计数器是一个无符号 64 位整数，我们假设它永远不会溢出。@sqnum(序列号) 用于区分新旧版本的逻辑擦除块。
有两种情况，可能有多个物理 eraseblock 对应同一个逻辑 eraseblock，即在卷标识头中有相同的 @vol_id 和 @lnum 值。假设我们有一个逻辑的擦除块 l，它被映射到物理的擦除块 p。
因为 ubi 可以异步擦除物理上的擦除块，所以可能出现以下情况:l 被异步擦除，所以 p 被安排擦除，然后 l 被写入，即。映射到另一个物理的擦除块 p1，所以 p1 被写入，然后不干净的重启发生。结果-有两个物理的 eraseblock p 和 p1 对应同一个逻辑的 eraseblock l。但是 p1 的序列号更大，所以 ubi 在连接 flash 时选择 p1。
ubi 不时地将逻辑擦除块移动到其他物理擦除块，以达到损耗均衡的目的。例如，如果 ubi将 l 从 p 移动到 p1，在 p 被物理擦除之前会发生不干净的重启，有两个物理擦除块 p 和 p1 对应于 l, ubi 必须在 flash 连接时选择其中一个。@sqnum 字段表示哪个 peb 是原始的 (显然 p 的 @sqnum 更低) 和副本。但是选择具有更高序列号的物理擦除块是不够的，因为不干净的重新引导可能发生在复制过程的中间，因此 p 中的数据被损坏（p->p1 没复制完）。仅仅选择序号较低的物理擦除块是不够的，因为那里的数据可能很旧 (考虑在复制之后向 p1 添加更多数据的情况)。此外，不干净的重启可能发生在擦除 p 刚刚开始的时候，所以它会导致不稳定的 p，“大部分” 是 ok 的，但仍然有不稳定的情况。
ubi 使用 @copy_flag 字段表示这个逻辑擦除块是一个副本。ubi 还计算数据的 crc，当数据被移动时，并将其存储在副本 (p1) 的 @data_crc 字段。因此，当 ubi 需要从两个 (p 或 p1)中选择一个物理擦除块时，会检查新块 (p1) 的 @copy_flag。如果它被清除，情况就简单了，新的就会被选中。如果设置了该值，则检查副本 (p1) 的数据 crc。如果 crc 校验和是正确的，这个物理擦除块被选中 (p1)。否则，将选择较老的 p。如果是静态卷，@data_crc 字段包含逻辑擦除块内容的 crc 校验和。对于动态卷，它不包含 crc 校验和规则。唯一的例外情况是，当物理擦除块的数据被磨损均衡子系统移动时，磨损均衡子系统计算数据 crc，并将其存储在 @data_crc 字段中。
@used_ebs 字段仅用于静态卷，它表示该卷的数据需要多少个擦除块。对于动态卷，这个字段不被使用并且总是包含 0。
@data_pad 在创建卷时使用对齐参数计算。因此，@data_pad 字段有效地减少了该卷的逻辑擦除块的大小。当一个人在 ubi 卷上使用面向块的软件 (比如，cramfs) 时，这是非常方便的。
leb 与 peb
图 3-2: peb-leb
3.4 关键接口说明
3.4.1 mtd 层接口
3.4.1.1 aw_rawnand_mtd_erase
static int aw_rawnand_mtd_erase(struct mtd_info *mtd, struct erase_info *instr)
description：mtd erase interface
@mtd：mtd device structure
@instr：erase operation descrition structure
return：success return 0，fail return fail code
3.4.1.2 aw_rawnand_mtd_read
static int aw_rawnand_mtd_read(struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,size_t *retlen, u_char *buf)
description：mtd read interface
@mtd：mtd device structure
@from：offset to read from mtd device
@len： data len
@retlen：had read data len
@buf：data buffer
return：success return max_bitflips，fail return fail code
3.4.1.3 aw_rawnand_mtd_read_oob
static int aw_rawnand_mtd_read_oob(struct mtd_info *mtd, loff_t from, struct mtd_oob_ops *ops)
description：mtd read data with oob
@mtd：mtd device structure
@ops：oob eperation descrition structure
return：success return max_bitflips，fail return fail code
3.4.1.4 aw_rawnand_mtd_write
static int aw_rawnand_mtd_write(struct mtd_info *mtd, loff_t to, size_t len, size_t *retlen, const u_char *buf)
description：mtd write data interface
@to：offset to mtd device
@len：want write data len
@retlen：return the writen len
@buf：data buffer
return：success return 0, fail return code fail
3.4.1.5 aw_rawnand_mtd_write_oob
static int aw_rawnand_mtd_write_oob(struct mtd_info *mtd, loff_t to, struct mtd_oob_ops * ops)
description：write data with oob
@mtd：mtd device structure
@to：offset to mtd device
@ops：oob operation descrition structure
return：success return 0, fail return code fail
3.4.1.6 aw_rawnand_mtd_block_isbad
static int aw_rawnand_mtd_block_isbad(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs)
description：check block is badblock or not
@mtd：mtd device structure
@ofs: offset the mtd device start (align to simu block size)
return：true if the block is bad, or false if the block is good
3.4.1.7 aw_rawnand_mtd_block_markbad
static int aw_rawnand_mtd_block_markbad(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs)
description：mark block at the given offset as bad block
@mtd：mtd device structure
@ofs：offset the mtd device start
return：success to mark return 0, or fail return fail code.
3.4.2 物理层接口
3.4.2.1 aw_spinand_chip_read_single_page
static int aw_spinand_chip_read_single_page(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：read physics on a page
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.2 aw_spinand_chip_write_single_page
static int aw_spinand_chip_write_single_page(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：write physics on a page
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.3 aw_spinand_chip_erase_single_block
static int aw_spinand_chip_erase_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：erase physics on a block
@chip：see 3.3.2
@req： see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.4 aw_spinand_chip_isbad_single_block
static int aw_spinand_chip_isbad_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：set to bad block
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
3.4.2.5 aw_spinand_chip_markbad_single_block
static int aw_spinand_chip_markbad_single_block(struct aw_spinand_chip *chip, struct aw_spinand_chip_request *req)
description：set to bad block
@chip：see 3.3.2
@req：see 3.3.3
return：zero on success, else a negative error code.
4 模块配置
4.1 uboot 模块配置
device drivers-->sunxi flash support--> [*]support sunxi nand devices [*]support sunxi nand ubifs devices [*]support comm nand v1 interface
如下图：
图 4-1: u-boot-spinand-menuconfig
4.2 kernel 模块配置
device drivers->memory technology device(mtd) support-->sunxi-nand
图 4-2: ubi
图 4-3: ker_nand-cfg
图 4-4: ker_spinand
device drivers->spi support
图 4-5: spi-1
图 4-6: spi-2
device drivers->dma engine support
图 4-7: dma-1
图 4-8: dma-2
device drivers->soc（system on chip）
图 4-9: sid
file systems-->miscellaneous filesystems-->
图 4-10: menuconfig_spinand_ubifs
4.3 env.cfg
在 env.cfg 中添加修改下值，setargs_nand_ubi 先 copy 一份 setargs_nand 再添加对应变量
图 4-11: build-mkcmd
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