Linux MTD/CFI 閃存驅動架構深度解析：多分區、背靠背與 CFI 探測機制

Intel StrataFlash 等 NOR 閃存支援多分區操作，但在 Linux 2.4 時代常導致「Magic bitmask not found」錯誤，根因是驅動僅用單一狀態變數追蹤整顆晶片，與分區實際狀態脫節。Linux 2.6.13 後 MTD 子系統重構解決此問題。本文深入剖析 MTD/Map/Chip 三層架構、CFI 探測流程與多分區虛擬 Chip 機制。

閃存驅動編程五大關鍵點

1. 總線位寬存取：依總線位寬（非晶片位寬）讀寫，如背靠背兩顆 16-bit 晶片掛 32-bit 總線，必須 32-bit 存取。
2. 位址轉換：CPU 位址與晶片腳位位址不同。16-bit 晶片，CPU 0x00/0x01 為不同位元組，但晶片腳位同為位址 0（A0 懸空或接 A1）。
3. 指令偏移計算：資料手冊偏移基於 Word，實際偏移 = 手冊偏移 × buswidth / 8。
4. CFI 變長結構讀取：手冊長度 2 表示 16-bit 值，但需讀 2 個 Word 取低 8 位拼湊。參考 cfi_util.c 中 cfi_read_pri 實作。
5. 背靠背互留：兩顆 16-bit 晶片組 32-bit 總線。指令/狀態碼為雙份（如 0x00FF00FF），實際偏移 = 手冊偏移 × interleave × device_type / 8，擦除區塊大小 × interleave。

Linux MTD 探測流程追蹤 (以 cfi_probe 為例)

1. 建構 map_info 指定基址/位寬/大小，呼叫 do_map_probe("cfi_probe", ...)。
2. do_map_probe 依名稱找到 cfi_probe.c，呼叫 cfi_probe()。
3. cfi_probe() 呼叫 mtd_do_chip_probe()，傳入 cfi_probe_chip 函數指標。
4. mtd_do_chip_probe() 兩階段：
   • genprobe_ident_chips() 探測晶片資訊（大小、位寬、互留數）
   • check_cmd_set() 取得並初始化指令集（含多分區初始化）
5. genprobe_ident_chips() 呼叫 genprobe_new_chip() 枚舉各種位寬/互留組合，調用 cfi_probe_chip()。通常第一次調用成功（編譯時確定連接方式）。
6. cfi_probe_chip() → cfi_chip_setup() 讀取 CFI 資訊（Primary/Extended Query Table）。
7. 回到 check_cmd_set() → cfi_cmdset_0001() (Intel/Sharp 指令集)：
   • read_pri_intelext() 讀取 Intel Extended Primary Table（含分區資訊）
   • cfi_intelext_setup() 初始化結構

StrataFlash 128Mb Bottom 多分區 CFI 資訊範例

區塊結構：4×32KB + 127×128KB = 16MB，共 16 分區，每分區 1MB，nb_parts=2（兩組相同分區結構）。

第 1 部分：
  NumIdentPartitions = 1      // 1 個重複分區結構
  NumBlockTypes = 2           // 2 種區塊類型
  類型 1：NumIdentBlocks=3 (4 個區塊), BlockSize=0x80 (32KB)
  類型 2：NumIdentBlocks=6 (7 個區塊), BlockSize=0x200 (128KB)

第 2 部分：
  NumIdentPartitions = 15     // 15 個重複分區結構
  NumBlockTypes = 1
  類型 1：NumIdentBlocks=7 (8 個區塊), BlockSize=0x200 (128KB)

虛擬 Chip 機制 (cfi_intelext_partition_fixup)

為支援多分區並行操作，驅動將每個分區對應一個虛擬 Chip：

• 假設所有分區大小相同，將 cfi->chipshift 調整為 partshift (分區大小對應的位移量)。
• 各虛擬 Chip start 設為分區基址。
• 存取入口 cfi_varsize_frob() 依 offset 計算 chipnum = ofs >> cfi->chipshift 導向對應虛擬 Chip。
• 此設計簡化了分區管理，但要求分區大小一致。

Lock/Unlock 舊問題 (2.6.13 仍存在)

Linux 擦寫前不先 Unlock，解法：初始化時對全晶片執行 Unlock 指令。