\input{confighandout}

\subsection{Memory Technology Devices (MTD)}

\subsubsection{Was sind Memory Technology Devices?}

Prinzipiell kann jedes Stück Speicher als MTD dargestellt werden,
es gibt sogar Treiber, die einfach einen RAM-Bereich exportieren.

Unter Linux versteht man aber unter MTD normalerweise Flash-Speicher
in ihren unterschiedlichen Ausprägungen, beispielsweise NAND, NOR, DataFlash
oder OneNAND. Dabei werden Flash-spezifische Eigenschaften berücksichtigt,
wie zum Beispiel Hard- und Software-ECC oder die Tatsache, dass diese
Chips nur Eraseblock-weise gelöscht werden können.

Die Art, wie der Chip an den Prozessor angeschlossen ist, spielt dabei
keine Rolle. Der Kernel unterstützt direkt am Bus angeschlossene
NOR-Bausteine genauso wie NAND-Chips am NAND-Controller oder SPI-Flash-Chips,
die mit einem SPI-Bus verbunden sind.

\emph{Nicht} zu den MTD gehören USB-Sticks, SD-Karten oder ähnliche Geräte.
Diese enthalten zwar auch NAND-Flash, dies wird aber bereits innerhalb
des Geräts von einem eingebauten Controller verwaltet und erscheint für
den Kernel als normales Block-Device (wie eine Festplatte). NAND-typische
Eigenschaften wie die Größe eines Eraseblocks bleiben dem Kernel unbekannt.

\subsubsection{Das MTD-Subsystem im Kernel}

Wie im Linux-Kernel üblich, werden die Treiber gleichartiger Geräte von
einem eigenen Subsystem verwaltet. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine
einheitliche Schnittstelle dieser Geräte, ohne dass sich die einzelnen
Treiber darum kümmern müssten. Ausserdem vereinfacht es die Entwicklung
von Treibern, da ihre Struktur vorgegeben ist, und sie sich nicht mehr 
um immer wiederkehrenden generischen Code oder das Interface zum
Userspace kümmern müssen.

\paragraph{Was das MTD-Subsystem im Kernel macht...}

Das MTD-Subsystem verwaltet zunächst die physikalische Struktur eines
Chips, kennt also z.B. dessen Zusammensetzung aus einer gewissen Anzahl
von Eraseblöcken bestimmter Größe, wobei jeder Eraseblock wiederum
aus Pages bestimmter Größe bestehen kann (NAND).

Jeder Chip kann wiederum in mehrere Partitionen aufgeteilt werden. Für
jede Partition legt das MTD-Subsystem ein eigenes Device an, also
bei drei Partitionen \cmd{/dev/mtd0}, \cmd{/dev/mtd1} und \cmd{/dev/mtd2}.
Für den Anwender ergibt sich hier bereits die erste Abstrahierung, da er
nicht mehr wissen muss, ob hinter diesen Devices NAND oder NOR steckt,
oder ob es sich um einen oder mehrere Chips handelt.

Anhand dieser Device-Dateien kann jetzt auf die einzelnen Partitionen
zugegriffen werden. Dabei können Datenblöcke gelesen und geschrieben
werden, ausserdem können Eraseblöcke gelöscht werden.

\paragraph{...und was das MTD-Subsystem \emph{nicht} macht...}

Das MTD-Subsystem wurde bewusst als sehr dünner Abstraktions-Layer
angelegt. Es geht lediglich um die einheitliche Schnittstelle und
den einfachen Zugriff auf den Flash-Speicher. Aufwendigere Techniken
werden je nach Anwendung von anderen Teilen des Kernels erledigt.

So verfügt ein mtd-Device weder über ein Dateisystem noch über
Wear-Leveling. Bad Blocks werden zwar unterschieden, der Anwender wird
aber nicht daran gehindert, dennoch in diese zu schreiben.

Ausser der NAND-eigenen ECC-Fehlerkorrektur gibt es keine weiteren
Schutzmechanismen, falls beim Schreiben der Strom ausfällt, gehen
Daten verloren.

\paragraph{Erweiterungen}

Aus historischen Gründen verfügt der Kernel noch über den \cmd{mtdblock}-
Treiber. Dieser emuliert für ein mtd-Device \cmd{/dev/mtd0} ein
zugehöriges Block-Device \cmd{/dev/mtdblock0}. Da es sich dabei um ein
normales Blockdevice handelt, können auch normale Dateisysteme wie
ext2 oder FAT aufgebracht werden. Ausserdem kümmert sich \cmd{mtdblock}
beim Schreiben um das Löschen der entsprechenden Eraseblocks.

Da \cmd{mtdblock} aber weder Wear-Leveling noch Schutzmassnahmen einführt,
und ausserdem vor allem durch schlechte Performance auffällt, kann von
seinem Einsatz nur abgeraten werden.

Ähnliches gilt für die ebenfalls vorhandenen Flash-Translation-Layer (FTL).
Obwohl diese teilweise bessere Features mitbringen, gelten sie mangels
Interesse als veraltet und schlecht gewartet.

Durch die Einführung von UBI und ubifs sind derartige MTD-Erweiterungen
für die meisten Anwendungen schlicht überflüssig geworden.

\subsubsection{MTD-Tools}

Um auf mtd-Devices zugreifen zu können, haben die MTD-Entwickler eine Reihe
von Tools entwickelt, die von den meisten Distributionen als Paket bereit
gestellt werden. Unter Debian installiert man die Tools beispielsweise mit

\begin{lstlisting}
aptitude install mtd-utils
\end{lstlisting}

Hier eine Übersicht über die wichtigsten Befehle:

Löschen einer Partition:
\begin{lstlisting}
flash_eraseall /dev/mtd0
\end{lstlisting}

Löschen einer Partition, gleichzeitig jffs2-Dateisystem aufbringen:
\begin{lstlisting}
flash_eraseall -j /dev/mtd0
\end{lstlisting}

Ein Image in eine Partition schreiben:
\begin{lstlisting}
nandwrite -p /dev/mtd0 myimage.bin
\end{lstlisting}
\emph{Beachte:} \cmd{nandwrite} ist das einzige Tool, mit dem man unter
Beachtung von Bad Blocks direkt in ein mtd-Device schreiben kann! Wenn man mit
konventionellen Tools wie \cmd{dd} in ein mtd-Device schreibt, so werden
auch Bad Blocks beschrieben, ohne dass dies zu einem Fehler führen würde!

Daten aus einer Partition lesen:
\begin{lstlisting}
nanddump -s 0x10000 -l 0x2000 -p -f data.txt /dev/mtd0
\end{lstlisting}
Dieser Befehl liest Daten aus \cmd{/dev/mtd0}, und zwar 0x2000 Bytes ab
Startadresse 0x10000. Die Daten werden als lesbarer Hexdump (-p) in der
Datei \cmd{data.txt} gespeichert.

\emph{Hinweis:} Alle diese Tools kennen die Option \cmd{--help}, die alle
verfügbaren Optionen auflistet und kurz erläutert.

\input{tailhandout}