| 第 1 章 嵌入式系统中，如何在Linux运行的时候去升级Linux系统 | ||
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| 第 1 章 嵌入式系统中，如何在Linux运行的时候去升级Linux系统 | ||
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摘要
简单点说，在利用mtd工具升级系统之前，需要你的嵌入式linux本身具备一定条件。下面依次介绍这些前提条件。
常见的嵌入式系统，都是从nor flash启动，然后对应的uboot是放在nor flash里面的。
一般nor flash，容量相对较小，只有512KB等，有的大的一点的是1MB，2MB之类的。
一般的情况是，uboot大约有200多KB，而linux的kernel镜像文件，比如我遇到过的，大约在1M左右。
所以，对于这些稍微大一些的Nor Flash，往往除了放了uboot的代码之外，还可以放linux的kernel。
如果是小的Nor Flash，那么往往是把kernel放在Nand Flash的某个分区。
而此处用mtd工具升级linux的前提之一，是你linux系统中，已经实现了对应的nand flash的驱动。而对于nor flash驱动的话，如果还没有实现对应驱动，那么就先去实现对应的nor flash驱动。
下面这里只是对于如何实现普通的nor flash驱动，就我接触到的相关内容，给出一些提示。
对于常见的spi接口的nor flash来说，如果你的nor flash型号是常见的型号，那么很可能你不用另外单独再自己完全从头写一个完整的nor flash驱动了。
关于不同的接口的Nor Flash之间的区别，不了解的可以参考：CFI Flash， JEDEC Flash ，Parellel Flash, SPI Flash， Nand Flash，Nor Flash的区别和联系和CFI（Common Flash Interface）详解
因为，往往你的linux中已经实现了spi驱动的，所以此时，你只需要做下面两件事情，一个是在板子相关部分，添加对应nor flash对应的初始化代码，二是利用linux默认自带的，对于常见nor flash都已经默认支持的nor flash驱动：m25p80.c
下面分别详细解释。
此处，只是简单介绍一下，我之前所遇到的一个nor flash驱动，是如何做的。
关于添加nor flash初始化的代码，其实很简单，就是在开发板的最核心的那个文件（此处以arm系统为例）：
linux-2.6.28.4\arch\arm\mach-XXX\core.c
中，添加类似于这样的代码：
static const struct spi_board_info const XXX_spi_devices[] = {
{ /* SSP NOR Flash chip */
.modalias = "ssp_nor",
.chip_select = XXX_SPI_NOR_CS,
.max_speed_hz = 20 * 1000 * 1000,
.bus_num = 1,
},
......
};
然后在自己开发板设备初始化的部分，添加对应spi nor设备的注册函数：
spi_register_board_info(XXX_spi_devices, ARRAY_SIZE(XXX_spi_devices));
以实现对应的spi接口的nor flash设备的注册和添加。
具体内部逻辑是如何实现的，就要自己去看代码了。
此处只是给个框架，告诉你大概是怎么去实现的，具体的实现，肯定要你自己去看代码搞懂。
在spi接口的nor flash设备注册部分搞定后，再来看Linux中的，默认已经帮我们实现好了的一个通用的nor flash的驱动。
具体的文件是：
linux-2.6.28.4\drivers\mtd\devices\m25p80.c
其中，对于支持的设备，可以去看源码中的设备列表部分的代码：
/* NOTE: double check command sets and memory organization when you add
* more flash chips. This current list focusses on newer chips, which
* have been converging on command sets which including JEDEC ID.
*/
static struct flash_info __devinitdata m25p_data [] = {
/* Atmel -- some are (confusingly) marketed as "DataFlash" */
{ "at25fs010", 0x1f6601, 0, 32 * 1024, 4, SECT_4K, },
{ "at25fs040", 0x1f6604, 0, 64 * 1024, 8, SECT_4K, },
{ "at25df041a", 0x1f4401, 0, 64 * 1024, 8, SECT_4K, },
{ "at25df641", 0x1f4800, 0, 64 * 1024, 128, SECT_4K, },
{ "at26f004", 0x1f0400, 0, 64 * 1024, 8, SECT_4K, },
{ "at26df081a", 0x1f4501, 0, 64 * 1024, 16, SECT_4K, },
{ "at26df161a", 0x1f4601, 0, 64 * 1024, 32, SECT_4K, },
{ "at26df321", 0x1f4701, 0, 64 * 1024, 64, SECT_4K, },
/* Spansion -- single (large) sector size only, at least
* for the chips listed here (without boot sectors).
*/
{ "s25sl004a", 0x010212, 0, 64 * 1024, 8, },
{ "s25sl008a", 0x010213, 0, 64 * 1024, 16, },
{ "s25sl016a", 0x010214, 0, 64 * 1024, 32, },
{ "s25sl032a", 0x010215, 0, 64 * 1024, 64, },
{ "s25sl064a", 0x010216, 0, 64 * 1024, 128, },
{ "s25sl12800", 0x012018, 0x0300, 256 * 1024, 64, },
{ "s25sl12801", 0x012018, 0x0301, 64 * 1024, 256, },
/* SST -- large erase sizes are "overlays", "sectors" are 4K */
{ "sst25vf040b", 0xbf258d, 0, 64 * 1024, 8, SECT_4K, },
{ "sst25vf080b", 0xbf258e, 0, 64 * 1024, 16, SECT_4K, },
{ "sst25vf016b", 0xbf2541, 0, 64 * 1024, 32, SECT_4K, },
{ "sst25vf032b", 0xbf254a, 0, 64 * 1024, 64, SECT_4K, },
/* ST Microelectronics -- newer production may have feature updates */
{ "m25p05", 0x202010, 0, 32 * 1024, 2, },
{ "m25p10", 0x202011, 0, 32 * 1024, 4, },
{ "m25p20", 0x202012, 0, 64 * 1024, 4, },
{ "m25p40", 0x202013, 0, 64 * 1024, 8, },
{ "m25p80", 0, 0, 64 * 1024, 16, },
{ "m25p16", 0x202015, 0, 64 * 1024, 32, },
{ "m25p32", 0x202016, 0, 64 * 1024, 64, },
{ "m25p64", 0x202017, 0, 64 * 1024, 128, },
{ "m25p128", 0x202018, 0, 256 * 1024, 64, },
{ "m45pe80", 0x204014, 0, 64 * 1024, 16, },
{ "m45pe16", 0x204015, 0, 64 * 1024, 32, },
{ "m25pe80", 0x208014, 0, 64 * 1024, 16, },
{ "m25pe16", 0x208015, 0, 64 * 1024, 32, SECT_4K, },
/* Winbond -- w25x "blocks" are 64K, "sectors" are 4KiB */
{ "w25x10", 0xef3011, 0, 64 * 1024, 2, SECT_4K, },
{ "w25x20", 0xef3012, 0, 64 * 1024, 4, SECT_4K, },
{ "w25x40", 0xef3013, 0, 64 * 1024, 8, SECT_4K, },
{ "w25x80", 0xef3014, 0, 64 * 1024, 16, SECT_4K, },
{ "w25x16", 0xef3015, 0, 64 * 1024, 32, SECT_4K, },
{ "w25x32", 0xef3016, 0, 64 * 1024, 64, SECT_4K, },
{ "w25x64", 0xef3017, 0, 64 * 1024, 128, SECT_4K, },
};
如果要添加此驱动，以实现支持我们的通用的nor flash，则在make menuconfig的时候，添加对应设备的支持即可。
对应选项的kconfig的配置内容在：
linux-2.6.28.4\drivers\mtd\devices\kconfig
中：
config MTD_M25P80
tristate "Support most SPI Flash chips (AT26DF, M25P, W25X, ...)"
depends on SPI_MASTER && EXPERIMENTAL
help
This enables access to most modern SPI flash chips, used for
program and data storage. Series supported include Atmel AT26DF,
Spansion S25SL, SST 25VF, ST M25P, and Winbond W25X. Other chips
are supported as well. See the driver source for the current list,
or to add other chips.
Note that the original DataFlash chips (AT45 series, not AT26DF),
need an entirely different driver.
Set up your spi devices with the right board-specific platform data,
if you want to specify device partitioning or to use a device which
doesn't support the JEDEC ID instruction.
如上所述，如果这些步骤都做完了，最后新编译生成的linux内核，运行后，就应该可以可以通过：
cat /proc/mtd
查看到对应的mtd设备了。如果没有，那么说明你的驱动还是没有添加正常。
简单来说就是，你的linux系统中已经有了USB驱动，并且已经实现了USB的gadget或者USB File storage，即实现了U盘的挂载。
有了U盘挂载，每次升级系统文件，包括uboot，kernel的uImage，rootfs等文件的话，就很方便了。
具体如何实现，不是本文所能说得清楚的，所以不再多赘述。
对于新的Linux内核，在已经实现了USB device驱动的前提下，如何实现U盘的功能，可以参考这个：在Linux USB Gadget下使用U盘
要用mtd工具升级系统之前，肯定是对应的nand flash以及nor flash都是已经正常工作了。即，除了系统正常运行外，通过：
cat /proc/mtd
可以看到对应的nor和nand的flash所对应的分区信息了。
此处所说的准备好了mtd的工具，即编译好了某个版本的mtd-utils,比如mtd-utils-1.3.1，然后得到对应的可执行的一系列的工具，其中这几个是用得到的：
表 1.1. MTD工具简介
| MTD工具名称 | 功能简介 |
|---|---|
| flash_erase | 擦除（nand或nor）flash的某个部分 |
| flash_eraseall | 擦除整个mtd的分区（某个nor或nand分区） |
| nanddump | 用于查看当前某个mtd分区的数据（nand的话,也支持显示oob数据） |
| nandwrite | 用于将某个文件/数据，写入到某个mtd分区（的某个位置） |
其中，对于如何得到mtd-util的这些工具，有两种办法：
两种方法，都很简单，只是提醒一下，编译的话，肯定是用交叉编译器，而不是X86的PC上的编辑器去编译，呵呵。
mtd-util，即mtd的utilities，是mtd相关的很多工具的总称，包括常用的mtdinfo,flash_erase, flash_eraseall, nanddump, nandwrite等，每一个工具，基本上都对应着一个同文件名的C文件。
mtd-util，由mtd官方维护更新，开发这一套工具，目的是为了Linux的MTD层提供一系列工具，方便管理维护mtd分区。
mtd工具对应的源码，叫做mtd-utils，随着时间更新，发布了很多版本。
我之前用到的版本是mtd-utils-1.3.1，截止2011-05-01，最新版本到了v1.4.1。
mtd-util源码的下载地址，请去MTD源码的官网
另外多说一句，MTD的官网，资料很丰富，感兴趣的自己去看：
![[注意]](https://www.crifan.com/files/res/docbook/images/note.png) |
linux的mtd要和mtd-util中的一致 |
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不过，对于之前的版本的Linux的kernel来说，使用mtd-util的话，一定要配套，主要是后来新的linux的版本，开始支持mtd的大小，即nand的大小，大于4GB，对应的linux内核中的mtd层的有些变量，就必须从u32升级成u64，才可以支持。 对应的mtd的util中一些变量，也是要和你当前linux版本的mtd匹配。 简单说就是，无论你用哪个版本的Linux内核，如果要去用mtd-util的话，那么两者的版本要一直，即查看linux内核中的mtd的一些头文件，主要是include\mtd\mtd-abi.h和你的mtd-util中的include\mtd\mtd-abi.h,两个要一致。 否则，就会出现我之前遇到的问题，当然linux内核是u64版本的，支持nand flash大于4GB的，而用的mtd-util中的变量的定义，却还是u32，所以肯定会出错的。 为了同一套mtd-util工具即支持u32又支持u64，我定义了一个宏来切换，下面贴出来，供需要的人参考： 加了宏以支持u32和u64的mtd-abi.h文件 mtd-util中的include\mtd\mtd-abi.h：
/*
* Portions of MTD ABI definition which are shared by kernel and user space
*/
#ifndef __MTD_ABI_H__
#define __MTD_ABI_H__
#include <linux/types.h>
/* from u32 to u64 to support >4GB */
#define U64_VERSION 1
struct erase_info_user {
#if U64_VERSION
__u64 start;
__u64 length;
#else
__u32 start;
__u32 length;
#endif
};
struct mtd_oob_buf {
#if U64_VERSION
__u64 start;
#else
__u32 start;
#endif
__u32 length;
unsigned char __user *ptr;
};
#define MTD_ABSENT 0
#define MTD_RAM 1
#define MTD_ROM 2
#define MTD_NORFLASH 3
#define MTD_NANDFLASH 4
#define MTD_DATAFLASH 6
#define MTD_UBIVOLUME 7
#define MTD_WRITEABLE 0x400 /* Device is writeable */
#define MTD_BIT_WRITEABLE 0x800 /* Single bits can be flipped */
#define MTD_NO_ERASE 0x1000 /* No erase necessary */
#define MTD_STUPID_LOCK 0x2000 /* Always locked after reset */
// Some common devices / combinations of capabilities
#define MTD_CAP_ROM 0
#define MTD_CAP_RAM (MTD_WRITEABLE | MTD_BIT_WRITEABLE | MTD_NO_ERASE)
#define MTD_CAP_NORFLASH (MTD_WRITEABLE | MTD_BIT_WRITEABLE)
#define MTD_CAP_NANDFLASH (MTD_WRITEABLE)
/* ECC byte placement */
#define MTD_NANDECC_OFF 0 // Switch off ECC (Not recommended)
#define MTD_NANDECC_PLACE 1 // Use the given placement in the structure (YAFFS1 legacy mode)
#define MTD_NANDECC_AUTOPLACE 2 // Use the default placement scheme
#define MTD_NANDECC_PLACEONLY 3 // Use the given placement in the structure (Do not store ecc result on read)
#define MTD_NANDECC_AUTOPL_USR 4 // Use the given autoplacement scheme rather than using the default
#define MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES 8
/* This constant declares the max. oobsize / page, which
* is supported now. If you add a chip with bigger oobsize/page
* adjust this accordingly.
*/
#define MTD_NAND_MAX_PAGESIZE 8192
/*
* for special chip, page/oob is 4K/218,
* so here alloc more than 256+256 for 8192 pagesize for future special chip like that
*/
#define MTD_NAND_MAX_OOBSIZE (256 + 256)
/* OTP mode selection */
#define MTD_OTP_OFF 0
#define MTD_OTP_FACTORY 1
#define MTD_OTP_USER 2
struct mtd_info_user {
__u8 type;
__u32 flags;
#if U64_VERSION
__u64 size; // Total size of the MTD
#else
__u32 size; // Total size of the MTD
#endif
__u32 erasesize;
__u32 writesize;
__u32 oobsize; // Amount of OOB data per block (e.g. 16)
/* The below two fields are obsolete and broken, do not use them
* (TODO: remove at some point) */
__u32 ecctype;
__u32 eccsize;
};
struct region_info_user {
#if U64_VERSION
__u64 offset; /* At which this region starts,
* from the beginning of the MTD */
#else
__u32 offset; /* At which this region starts,
* from the beginning of the MTD */
#endif
__u32 erasesize; /* For this region */
__u32 numblocks; /* Number of blocks in this region */
__u32 regionindex;
};
struct otp_info {
__u32 start;
__u32 length;
__u32 locked;
};
#define MEMGETINFO _IOR('M', 1, struct mtd_info_user)
#define MEMERASE _IOW('M', 2, struct erase_info_user)
#define MEMWRITEOOB _IOWR('M', 3, struct mtd_oob_buf)
#define MEMREADOOB _IOWR('M', 4, struct mtd_oob_buf)
#define MEMLOCK _IOW('M', 5, struct erase_info_user)
#define MEMUNLOCK _IOW('M', 6, struct erase_info_user)
#define MEMGETREGIONCOUNT _IOR('M', 7, int)
#define MEMGETREGIONINFO _IOWR('M', 8, struct region_info_user)
#define MEMSETOOBSEL _IOW('M', 9, struct nand_oobinfo)
#define MEMGETOOBSEL _IOR('M', 10, struct nand_oobinfo)
#define MEMGETBADBLOCK _IOW('M', 11, __kernel_loff_t)
#define MEMSETBADBLOCK _IOW('M', 12, __kernel_loff_t)
#define OTPSELECT _IOR('M', 13, int)
#define OTPGETREGIONCOUNT _IOW('M', 14, int)
#define OTPGETREGIONINFO _IOW('M', 15, struct otp_info)
#define OTPLOCK _IOR('M', 16, struct otp_info)
#define ECCGETLAYOUT _IOR('M', 17, struct nand_ecclayout)
#define ECCGETSTATS _IOR('M', 18, struct mtd_ecc_stats)
#define MTDFILEMODE _IO('M', 19)
/*
* set/clear prepare oob support
* usage:
* 1. set prep_oob_support
* 2. call write_oob will only prepare, not actually write
* 3. clear prep_oob_support
* 4. write_page will use the previously prepared oob buffer, then clear it automatically
*/
#define SETPREPAREOOB _IOWR('M', 20, int)
#define CLEARPREPAREOOB _IOWR('M', 21, int)
/*
* Obsolete legacy interface. Keep it in order not to break userspace
* interfaces
*/
struct nand_oobinfo {
__u32 useecc;
__u32 eccbytes;
__u32 oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES][2];
__u32 eccpos[MTD_NAND_MAX_OOBSIZE];
};
struct nand_oobfree {
__u32 offset;
__u32 length;
};
/*
* ECC layout control structure. Exported to userspace for
* diagnosis and to allow creation of raw images
*/
struct nand_ecclayout {
__u32 eccbytes;
__u32 eccpos[MTD_NAND_MAX_OOBSIZE];
__u32 oobavail;
struct nand_oobfree oobfree[MTD_MAX_OOBFREE_ENTRIES];
};
/**
* struct mtd_ecc_stats - error correction stats
*
* @corrected: number of corrected bits
* @failed: number of uncorrectable errors
* @badblocks: number of bad blocks in this partition
* @bbtblocks: number of blocks reserved for bad block tables
*/
struct mtd_ecc_stats {
__u32 corrected;
__u32 failed;
__u32 badblocks;
__u32 bbtblocks;
};
/*
* Read/write file modes for access to MTD
*/
enum mtd_file_modes {
MTD_MODE_NORMAL = MTD_OTP_OFF,
MTD_MODE_OTP_FACTORY = MTD_OTP_FACTORY,
MTD_MODE_OTP_USER = MTD_OTP_USER,
MTD_MODE_RAW,
};
#endif /* __MTD_ABI_H__ */
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简单说就是：
某个字符设备，对应的mtd的util，就是对其操作，实现对对应的mtd分区进行管理的。
某个块设备，可以直接像操作其他块设备一样来操作此块设备，比如直接cat数据进去等等常见的操作。
更加详细的解释，请去看这个帖子：
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| 2. 一点说明 |  |
1.2. 准备工作 |