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MTD，Memory Technology Device即內存技術設備
字符設備和塊設備的區別在於前者只能被順序讀寫，后者可以隨機訪問；同時，兩者讀寫數據的基本單元不同。
字符設備，以字節為基本單位，在Linux中，字符設備實現的比較簡單，不需要緩沖區即可直接讀寫，內核例程和用戶態API一一對應，用戶層的Read函數直接對應了內核中的Read例程，這種映射關系由字符設備的file_operations維護。
塊設備，則以塊為單位接受輸入和返回輸出。對這種設備的讀寫是按塊進行的，其接口相對於字符設備復雜，read、write API沒有直接到塊設備層，而是直接到文件系統層，然后再由文件系統層發起讀寫請求。
同時，由於塊設備的IO性能與CPU相比很差，因此，塊設備的數據流往往會引入文件系統的Cache機制。
MTD設備既非塊設備也不是字符設備，但可以同時提供字符設備和塊設備接口來操作它。
MTD總概述
Linux中MTD的所有源碼位於/drivers/mtd子目錄下,
MTD設備通常可分為四層
這四層從上到下依次是：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層和硬件驅動層。
一、Flash硬件驅動層
硬件驅動層負責在init時驅動Flash硬件並建立從具體設備到MTD原始設備映射關系
tip: 映射關系通常包括 分區信息、I/O映射及特定函數的映射
drivers/mtd/chips : CFI/jedec接口通用驅動
drivers/mtd/nand : nand通用驅動和部分底層驅動程序
drivers/mtd/maps : nor flash映射關系相關函數
drivers/mtd/devices: nor flash底層驅動
二、MTD原始設備
用於描述MTD原始設備的數據結構是mtd_info，它定義了大量的關於MTD的數據和操作函數。
mtdcore.c : MTD原始設備接口相關實現
mtdpart.c : MTD分區接口相關實現
三、MTD設備層
基於MTD原始設備，linux系統可以定義出MTD的塊設備（主設備號31）和字符設備（設備號90）。
mtdchar.c : MTD字符設備接口相關實現
mtdblock.c : MTD塊設備接口相關實現
四、設備節點
通過mknod在/dev子目錄下建立MTD塊設備節點（主設備號為31）和MTD字符設備節點（主設備號為90）
通過訪問此設備節點即可訪問MTD字符設備和塊設備
具體參考: working-with-mtd-devices
五、文件系統
內核啟動后，通過mount 命令可以將flash中的其余分區作為文件系統掛載到mountpoint上。
MTD數據結構
重要的數據結構:
1. mtd_info 表示mtd原始設備, 所有mtd_info結構體被存放在mtd_info數組mtd_table中
2. mtd_part 表示MTD分區，其中包含了 mtd_info，每一個分區都是被看成一個MTD 原始設備
在mtd_table中，mtd_part.mtd_info中的大部分數據都從該分區的主分區mtd_part->master中獲得
tip: master不作為一個mtd原始設備加入mtd_table
各層之間的交互如下圖
mtd_info的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| type | mtd類型, 包括MTD_NORFLASH,MTD_NANDFLASH等(See mtd-abi.h) |
| flags | 標志位, MTD_WRITEABLE,MTD_NO_ERASE等(See mtd-abi.h) |
| size | mtd設備的大小 |
| erasesize | 主要的擦除大小, 即Flash的塊大小 (tip: mtd設備可能有多個erasesize) |
| writesize | 寫大小, 對於norFlash是字節,對nandFlash為一頁 |
| oobsize | 每塊oob數據量, eg 16 |
| oobavail | |
| name | 命名 |
| index | |
| ecclayout | nand_ecclayout結構體指針, 表示的是ecc布局,可參考硬件手冊的OOB中ecc布局 |
| numeraseregions | 可變擦除區域的數目, 通常為1 |
| eraseregions | mtd_erase_region_info結構體指針, 可變擦除區域 |
| erase | 擦除Flash函數 |
| read/write | 讀寫Flash函數 |
| read_oob/write_oob | 帶oob讀寫Flash函數 |
| suspend/resume | Power Management functions |
| priv | 私有數據, cfi接口flash指向map_info結構, 或指向自定義flash相關結構體 |
mtd_part的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| mtd | 分區信息, 大部分由master決定 |
| master | 分區的主分區 |
| offset | 分區的偏移地址 |
| index | 分區號 (3.0后不存在該字段) |
| list | 將mtd_part鏈成一個鏈表mtd_partitons |
mtd_partition的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| name | |
| size | |
| offset | |
| mask_flags | |
| ecclayout | |
| mtdp | |
map_info的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| name | 名稱 |
| size | 大小 |
| phys | 物理地址 |
| bankwidth | 總線寬度(in octets) |
| virt | 虛擬地址,通常通過ioremap將物理地址進行映射得到 |
| read/copy_from/write/copy_to | 讀寫函數 |
| map_priv_1/map_priv_2 | 驅動可用的私有數據 |
nand_chip的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| IO_ADDR_R/IO_ADDR_W | 讀/寫8根io線的地址 |
| read_byte/read_word | 從芯片讀一個字節/字 |
| read_buf/write_buf | 讀芯片讀取內容至緩沖區/將緩沖區內容寫入芯片 |
| verify_buf | |
| select_chip | |
| block_bad | 檢查是否壞塊 |
| block_markbad | 標識壞塊 |
| cmd_ctrl | 硬件相關控制函數 |
| init_size | |
| dev_ready | |
| cmdfunc | 命令處理函數 |
| waitfunc | |
| erase_cmd | 擦除命令 |
| scan_bbt | 掃描壞塊 |
| errstat | |
| write_page | |
| options | 與具體的NAND 芯片相關的選項, 如NAND_USE_FLASH_BBT等(nand.h) |
| page_shift | |
| ecclayout | nand_ecclayout類型結構體, ECC布局信息 |
| ecc | nand_ecc_ctrl類型結構體, ECC控制結構 |
nand_ecclayout的主要數據結構
| 域 | 作用 |
| eccbytes | ecc的字節數(For 512B-per-page, eccbytes is 3) |
| eccpos | ecc數據在oob中的位置 |
| oobavail | oob中可用的字節數, MTD 會根據其它三個變量自動計算得到 |
| oobfree | nand_oobfree類型結構體, 顯示定義空閑的oob 字節 |
MTD相關層實現
MTD設備層
mtd字符設備接口:
mtdchar.c 實現了字符設備接口，通過它，用戶可以直接操作Flash 設備。
Ø 通過read()、write()系統調用可以讀寫Flash。
Ø 通過一系列IOCTL 命令可以獲取Flash 設備信息、擦除Flash、讀寫NAND 的OOB、獲取OOB layout 及檢查NAND 壞塊等(MEMGETINFO、MEMERASE、MEMREADOOB、MEMWRITEOOB、MEMGETBADBLOCK IOCRL)
tip: mtd_read和mtd_write直接直接調用mtd_info的read 函數，因此，字符設備接口跳過patition這一層
mtd塊設備接口:
主要原理是將Flash的erase block 中的數據在內存中建立映射，然后對其進行修改，最后擦除Flash 上的block，將內存中的映射塊寫入Flash 塊。整個過程被稱為read/modify/erase/rewrite 周期。
但是，這樣做是不安全的，當下列操作序列發生時，read/modify/erase/poweroff，就會丟失這個block 塊的數據。
塊設備模擬驅動按照block 號和偏移量來定位文件，因此在Flash 上除了文件數據，基本沒有額外的控制數據。
MTD原始設備層
MTD硬件驅動層
1. NOR Flash驅動結構
Linux系統實現了針對cfi,jedec等接口的通用NOR Flash驅動
在上述接口驅動基礎上，芯片級驅動較簡單
定義具體內存映射結構體map_info，然后通過接口類型后調用do_map_probe()
以h720x-flash.c為例(位於drivers/mtd/maps)
- 定義map_info結構體, 初始化成員name, size, phys, bankwidth
- 通過ioremap映射成員virt(虛擬內存地址)
- 通過函數simple_map_init初始化map_info成員函數read,write,copy_from,copy_to
- 調用do_map_probe進行cfi接口探測, 返回mtd_info結構體
- 通過parse_mtd_partitions, add_mtd_partitions注冊mtd原始設備
2. NAND Flash驅動結構
Linux實現了通用NAND驅動(drivers/mtd/nand/nand_base.c)
tip: For more, check 內核中的NAND代碼布局
芯片級驅動需要實現nand_chip結構體
MTD使用nand_chip來表示一個NAND FLASH芯片, 該結構體包含了關於Nand Flash的地址信息,讀寫方法,ECC模式,硬件控制等一系列底層機制。
Ø NAND芯片級初始化
主要有以下幾個步驟:
- 分配nand_chip內存，根據目標板及NAND控制器初始化nand_chip中成員函數(若未初始化則使用nand_base.c中的默認函數)，將mtd_info中的priv指向nand_chip(或板相關私有結構)，設置ecc模式及處理函數
- 以mtd_info為參數調用nand_scan()探測NAND FLash。
nand_scan()會讀取nand芯片ID，並根據mtd->priv即nand_chip中成員初始化mtd_info
- 若有分區，則以mtd_info和mtd_partition為參數調用add_mtd_partitions()添加分區信息
-
Ø MTD對NAND芯片的讀寫
主要分三部分:
A、struct mtd_info中的讀寫函數，如read，write_oob等，這是MTD原始設備層與FLASH硬件層之間的接口；
B、struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，如read_page_raw，write_page等，主要用來做一些與ecc有關的操作；
C、struct nand_chip中的讀寫函數，如read_buf，cmdfunc等，與具體的NAND controller相關，就是這部分函數與硬件交互，通常需要我們自己來實現。
tip: nand_chip中的讀寫函數雖然與具體的NAND controller相關，但是MTD也為我們提供了默認的讀寫函數，如果NAND controller比較通用(使用PIO模式)，那么對NAND芯片的讀寫與MTD提供的這些函數一致，就不必自己實現這些函數。
上面三部分讀寫函數相互配合完成對NAND芯片的讀寫
首先，MTD上層需要讀寫NAND芯片時，會調用struct mtd_info中的讀寫函數，接着struct mtd_info中的讀寫函數就會調用struct nand_chip或struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，最后，若調用的是struct nand_ecc_ctrl中的讀寫函數，那么它又會接着調用struct nand_chip中的讀寫函數。
eg: 以讀為例
MTD上層會調用struct mtd_info中的讀page函數，即nand_read函數。
接着nand_read函數會調用struct nand_chip中cmdfunc函數，這個cmdfunc函數與具體的NAND controller相關，它的作用是使NAND controller向NAND 芯片發出讀命令，NAND芯片收到命令后，就會做好准備等待NAND controller下一步的讀取。
接着nand_read函數又會調用struct nand_ecc_ctrl中的read_page函數，而read_page函數又會調用struct nand_chip中read_buf函數，從而真正把NAND芯片中的數據讀取到buffer中(所以這個read_buf的意思其實應該是read into buffer，另外，這個buffer是struct mtd_info中的nand_read函數傳下來的)。
read_buf函數返回后，read_page函數就會對buffer中的數據做一些處理，比如校驗ecc，以及若數據有錯，就根據ecc對數據修正之類的，最后read_page函數返回到nand_read函數中。
對NAND芯片的其它操作，如寫，擦除等，都與讀操作類似
http://www.cnblogs.com/hzl6255/archive/2012/12/18/2824043.html
MTD(memory technology device內存技術設備)是用於訪問memory設備（ROM、flash）的Linux的子系統。MTD的主要目的是為了使新的memory設備的驅 動更加簡單，為此它在硬件和上層之間提供了一個抽象的接口。MTD的所有源代碼在/drivers/mtd子目錄下。我將CFI接口的MTD設備分為四層 （從設備節點直到底層硬件驅動），這四層從上到下依次是：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層和硬件驅動層。
一、Flash硬件驅動層：硬件驅動層負責在init時驅動Flash硬件，Linux MTD設備的NOR Flash芯片驅動遵循CFI接口標准，其驅動程序位於drivers/mtd/chips子目錄下。NAND型Flash的驅動程 序則位於/drivers/mtd/nand子目錄下。
二、MTD原始設備：原始設備層有兩部分組成，一部分是MTD原始設備的通用代碼，另一部分是各個特定的Flash的數據，例如分區。 用於描述MTD原始設備的數據結構是mtd_info，這其中定義了大量的關於MTD的數據和操作函數。mtd_table（mtdcore.c）則是所 有MTD原始設備的列表，mtd_part（mtd_part.c）是用於表示MTD原始設備分區的結構，其中包含了mtd_info，因為每一個分區都 是被看成一個MTD原始設備加在mtd_table中的，mtd_part.mtd_info中的大部分數據都從該分區的主分區 mtd_part->master中獲得。 在drivers/mtd/maps/子目錄下存放的是特定的flash的數據，每一個文件都描述了一塊板子上的flash。其中調用 add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/刪除mtd_info結構並將其加入/刪除mtd_table（或者調用 add_mtd_partition()、del_mtd_partition()（mtdpart.c）建立/刪除mtd_part結構並將 mtd_part.mtd_info加入/刪除mtd_table 中）。
三、MTD設備層：基於MTD原始設備，linux系統可以定義出MTD的塊設備（主設備號31）和字符設備（設備號90）。MTD字符設備的定義在 mtdchar.c中實現，通過注冊一系列file operation函數（lseek、open、close、read、write）。MTD塊設備則是定義了一個描述MTD塊設備的結構 mtdblk_dev，並聲明了一個名為mtdblks的指針數組，這數組中的每一個mtdblk_dev和mtd_table中的每一個 mtd_info一一對應。
四、設備節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD字符設備節點（主設備號為90）和MTD塊設備節點（主設備號為31），通過訪問此設備節點即可訪問MTD字符設備和塊設備。
五、根文件系統：在Bootloader中將JFFS（或JFFS2）的文件系統映像jffs.image（或jffs2.img）燒到flash的 某一個分區中，在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的your_fixup函數中將該分區作為根文件系統掛載。
六、文件系統：內核啟動后，通過mount 命令可以將flash中的其余分區作為文件系統掛載到mountpoint上。
http://www.cnblogs.com/hoys/archive/2012/05/30/2526230.html