深入了解 Linux 中的 MTD 设备：/dev/mtd* 与 /dev/mtdblock*

前言

在嵌入式Linux系统的世界里，非易失性存储技术扮演着至关重要的角色。MTD（Memory Technology Device）子系统是Linux内核的一个组成部分，它为各种类型的闪存和EEPROM设备提供了一个统一的接口。本文将深入探讨Linux系统中的两种MTD设备文件：/dev/mtd*和/dev/mtdblock*，它们的用途、区别以及如何在实际场景中应用这些知识。
在这里插入图片描述

一、什么是MTD子系统？

MTD（Memory Technology Device）子系统是 Linux 内核中的一个子系统，用于管理非易失性存储器设备，如闪存芯片（NAND、NOR 等）。MTD 子系统提供了一组通用的接口和驱动程序，使得 Linux 能够方便地访问和操作这些存储设备。

MTD 子系统的主要功能包括：

设备抽象和管理：MTD 子系统提供了一个设备抽象层，允许系统对不同类型的非易失性存储设备进行统一的管理。它提供了一种通用的方式来表示和操作这些设备，无论它们是基于 NAND、NOR 还是其他技术。
设备擦除和编程：MTD 子系统允许 Linux 内核对支持擦除和编程操作的存储设备执行这些操作。这对于闪存等设备是至关重要的，因为它们通常需要在写入新数据之前先擦除存储单元。
分区支持：MTD 子系统允许将存储设备划分为多个逻辑分区，每个分区可以独立管理。这使得在同一个物理设备上实现多个逻辑存储空间成为可能，可以用于实现文件系统、内核映像等。
驱动程序支持：MTD 子系统提供了一组通用的驱动程序接口，使得开发者可以编写适配不同类型存储设备的驱动程序，并将其与 MTD 子系统集成起来。

总的来说，MTD 子系统为 Linux 内核提供了与非易失性存储设备交互的标准接口，使得开发者可以更方便地实现对这些设备的管理、操作和访问。

二、 `/dev/mtd*` 设备文件

/dev/mtd*设备文件是MTD子系统的核心组成部分。这些文件代表了系统中的MTD设备，通常用于访问小块的、页对齐的内存区域。每个/dev/mtd*设备文件都有一个数字后缀，例如/dev/mtd0、/dev/mtd1等，这些数字代表了设备在系统中的索引。

用途

系统更新：/dev/mtd*设备常用于更新系统的引导加载程序（bootloader）和内核。在嵌入式系统中，这些组件通常存储在闪存设备上，需要通过MTD子系统进行更新。
数据存储：某些系统可能会使用MTD设备来存储关键的数据，如U-Boot环境变量或其他系统配置信息。
设备测试：开发者可以使用/dev/mtd*设备文件来测试闪存设备的读写性能和可靠性。

注意事项

访问/dev/mtd*设备文件通常需要root权限。
由于MTD设备通常用于存储关键的系统数据，因此在对其进行操作时需要格外小心，以避免数据丢失或系统损坏。

三、`/dev/mtdblock*` 设备文件

与/dev/mtd*不同，/dev/mtdblock*设备文件提供了对MTD设备的块设备接口。这意味着它们可以被挂载为文件系统，并以块为单位进行读写操作。/dev/mtdblock*设备文件的命名方式与/dev/mtd*类似，也使用数字后缀来区分不同的设备。

用途

文件系统挂载：/dev/mtdblock*设备文件可以挂载为文件系统，用于存储操作系统、应用程序或用户数据。这对于没有传统硬盘驱动器的嵌入式设备尤其有用。
数据分区：通过使用/dev/mtdblock*设备，开发者可以在闪存设备上创建多个分区，每个分区可以独立地挂载和管理。
系统恢复：在系统崩溃或损坏的情况下，/dev/mtdblock*设备可以用于恢复系统镜像或重要的配置文件。

注意事项

在对/dev/mtdblock*设备进行写操作之前，应确保没有任何文件系统挂载在其上。
与/dev/mtd*一样，访问/dev/mtdblock*设备文件也需要root权限。

三、这两种设备文件的关系

这些不同的设备文件通常对应同一块存储区域。比如在使用 NOR Flash 存储器时，不同的设备文件只是提供了不同的访问方式和操作权限，但是它们对应的确实是同一个物理空间或逻辑分区。

举例来说，当你在一个嵌入式系统中使用 NOR Flash 存储器时，可能会看到 /dev/mtd0 、/dev/mtdblock0 和 /dev/mtd0ro 这几个设备文件，它们对应的都是 NOR Flash 存储器中的同一个物理空间或逻辑分区。其中 /dev/mtd0 和 /dev/mtdblock0 提供了不同的读写方式，/dev/mtd0ro 则是只读的。这些设备文件允许用户以不同的方式与 NOR Flash 存储器进行交互和访问，例如可以进行烧写、读取和执行代码等操作。

因此，无论是块设备文件还是字符设备文件，以及只读设备文件，它们都可以对应同一块存储区域或相同的物理空间。区别在于它们提供了不同的权限和访问方式，以满足不同的使用需求。

四、关norflash的一些小知识

在 NOR Flash 存储器中，一个 block 的大小通常是 64KB（64 * 1024 字节）。这个 block 大小是 NOR Flash 存储器常见的值，但实际上在不同型号的 NOR Flash 存储器中，block 的大小可能会有所不同。因此，在具体使用时，需要查阅相关的数据手册或规格说明来确认所使用的 NOR Flash 存储器 block 的确切大小。

对于 NOR Flash 存储器来说，通常是在对其进行写操作之前需要先擦除。这是因为 NOR Flash 存储器中的存储单元（如字节或扇区）在执行写操作时，是将数据从逻辑值 1 写入逻辑值 0，因此需要先将要写入的存储单元擦除为逻辑值 1，然后再写入新的数据。

具体来说，擦除操作会将存储单元的数据全部置为逻辑值 1，而写操作则是将特定的存储单元从逻辑值 1 写入为逻辑值 0。如果在进行写操作时不进行擦除，那么由于 NOR Flash 存储器一般不支持原地写入（in-place write），可能会导致写入的数据无法正确覆盖之前的数据，从而产生错误数据或不稳定的状态。

因此，为了确保 NOR Flash 存储器中数据的正确性和稳定性，通常在进行写操作之前需要先执行擦除操作。在擦除操作和写操作过程中，还需要注意避免中断电等意外情况，以确保数据的完整性和一致性。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/mtd/mtd.h>
#include <linux/mtddll.h>#define MTD_DEVICE_0 "/dev/mtd0"
#define MTD_DEVICE_1 "/dev/mtd1"int main() {int mtd0_fd, mtd1_fd;struct mtd_info_user mtd_info;struct erase_info_user erase_info;ssize_t bytes_read, bytes_written;char buffer[4096]; // 读取/写入的缓冲区大小// 打开第一个MTD设备进行读取if ((mtd0_fd = open(MTD_DEVICE_0, O_RDONLY)) < 0) {perror("Error opening MTD device 0");return EXIT_FAILURE;}// 获取MTD设备信息if (ioctl(mtd0_fd, MEMGETINFO, &mtd_info) < 0) {perror("Error getting MTD device information");close(mtd0_fd);return EXIT_FAILURE;}// 打开第二个MTD设备进行写入if ((mtd1_fd = open(MTD_DEVICE_1, O_WRONLY)) < 0) {perror("Error opening MTD device 1");close(mtd0_fd);return EXIT_FAILURE;}// 擦除第二个MTD设备的相关块for (int i = 0; i < mtd_info.eraseblocks; i++) {erase_info.start = i * mtd_info.erasesize;erase_info.length = mtd_info.erasesize;if (ioctl(mtd1_fd, MEMERASE, &erase_info) < 0) {perror("Error erasing MTD device 1");close(mtd0_fd);close(mtd1_fd);return EXIT_FAILURE;}}// 从第一个MTD设备读取数据while ((bytes_read = read(mtd0_fd, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {// 将数据写入第二个MTD设备bytes_written = write(mtd1_fd, buffer, bytes_read);if (bytes_written != bytes_read) {perror("Error writing to MTD device 1");close(mtd0_fd);close(mtd1_fd);return EXIT_FAILURE;}}// 关闭MTD设备文件描述符close(mtd0_fd);close(mtd1_fd);printf("Data transfer from MTD device 0 to MTD device 1 completed successfully.\n");return EXIT_SUCCESS;
}

在这个示例中，我们使用MEMERASEioctl调用来擦除/dev/mtd1设备上的每个擦除块。erase_info_user结构体被用来指定要擦除的块的起始地址和长度。这个操作通常比读取和写入操作慢，因此在实际应用中，您可能希望优化这个过程，例如通过并行擦除或使用更高效的写入策略。

请记住，擦除操作是破坏性的，因此在执行之前应该确保数据已经备份。此外，确保您有足够的权限来执行这些操作，通常需要root权限。在实际部署之前，应该在受控环境中彻底测试代码，以避免数据丢失。

/*
BLKGETSIZE64 用于获取块设备的大小（以字节为单位），返回的值是一个 unsigned long long 类型
的整数，表示设备的总容量。这个命令通常用于获取大于 2 TB 的设备大小，因为 BLKGETSIZE 在 32 
位系统上可能会出现溢出问题。BLKGETSIZE 用于获取块设备的大小（以扇区为单位），返回的值是一个 long 类型的整数，表示设备
的总扇区数。通常情况下，这个命令可以满足大多数小于 2 TB 的设备大小获取需求。
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>#define MTD_BLOCK_DEVICE "/dev/mtdblock0"int main() {int fd;unsigned long long erase_size, total_size;unsigned int erase_flags = 0; // 通常为0，表示默认擦除选项// 打开MTD块设备进行读写if ((fd = open(MTD_BLOCK_DEVICE, O_RDWR)) < 0) {perror("Error opening MTD block device");return EXIT_FAILURE;}// 获取MTD块设备的擦除大小和总大小if (ioctl(fd, BLKGETSIZE64, &total_size) != 0) {perror("Error getting device size");close(fd);return EXIT_FAILURE;}erase_size = total_size; // 假设整个设备需要擦除// 擦除MTD块设备if (ioctl(fd, BLKERASE, &erase_size) != 0) {perror("Error erasing MTD block device");close(fd);return EXIT_FAILURE;}// 准备要写入的数据const char *data_to_write = "This is a test.\n";size_t data_len = strlen(data_to_write) + 1; // 加1是为了包括字符串的终止符'\0'// 从设备开头开始写入数据if (write(fd, data_to_write, data_len) != data_len) {perror("Error writing to MTD block device");close(fd);return EXIT_FAILURE;}// 关闭MTD块设备close(fd);printf("Data successfully written to MTD block device.\n");return EXIT_SUCCESS;
}