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第016课 Nand Flash
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<div body style="width:800px;"> = 第001节_NAND_FLASH操作原理 = [[File:chapter16_lesson1_001.png|800px]] NAND FLASH原理图 NAND FLASH是一个存储芯片 那么: 这样的操作很合理"读地址A的数据,把数据B写到地址A" 问1. 原理图上NAND FLASH和S3C2440之间只有数据线,怎么传输地址? 答1.在DATA0~DATA7上既传输数据,又传输地址当ALE为高电平时传输的是地址, 那么在数据线上是不是只传输数据和只传输地址呢? 我们参考NAND FLASH的芯片手册可以知道,对NAND FLASH的操作还需要发出命令,下面有个NAND FLASH的命令表格 [[File:chapter16_lesson1_002.png|800px]] 问2. 从NAND FLASH芯片手册可知,要操作NAND FLASH需要先发出命令怎么传入命令? 答2.在DATA0~DATA7上既传输数据,又传输地址,也传输命令: 1. 当ALE为高电平时传输的是地址。 2. 当CLE为高电平时传输的是命令。 3. 当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据。 问3. 数据线既接到NAND FLASH,也接到NOR FLASH,还接到SDRAM、DM9000等等 那么怎么避免干扰? 答3. 这些设备,要访问之必须"选中",没有选中的芯片不会工作,相当于没接一样。 问4. 假设烧写NAND FLASH,把命令、地址、数据发给它之后,NAND FLASH肯定不可能瞬间完成烧写的,怎么判断烧写完成? 答4. 通过状态引脚RnB来判断:它为高电平表示就绪,它为低电平表示正忙 问5. 怎么操作NAND FLASH呢? 答5. 根据NAND FLASH的芯片手册,一般的过程是: 发出命令 发出地址 发出数据/读数据 看上面的命令表格,不容易看,我们看一下读ID的时序图, [[File:chapter16_lesson1_003.png|800px]] 每个NAND FLASH都内嵌一些ID(譬如:厂家ID,设备ID),时序图从左往右看,纵向放是一列一列的看。 对于我们s3c2440来说,内部集成了一个NAND FLASH控制器,2440和外设连接的简易图,如下图所示 [[File:chapter16_lesson1_004.png|800px]] NAND FLASH控制器,帮我们简化了对NAND FLASH的操作,下面来分析一下不使用NAND FLASH控制器和使用NAND FLASH控制器对外设NAND FLASH的操作。 '''发命令:''' {| class="wikitable" |- ! NAND FLASH !! S3C2440 |- | 选中芯片 || NFCMMD=命令值 |- | CLE设为高电平 || |- | 在DATA0~DATA7上输出命令值 || |- | 发出一个写脉冲 || |} '''发地址:''' {| class="wikitable" |- ! NAND FLASH !! S3C2440 |- | 选中芯片 || NFADDR=地址值 |- | ALE设为高电平 || |- | 在DATA0~DATA7上输出地址值 || |- | 发出一个写脉冲 || |} '''发数据:''' {| class="wikitable" |- ! NAND FLASH !! S3C2440 |- | 选中芯片 || NFDATA=数据值 |- | ALE,CLE设为低电平 || |- | 在DATA0~DATA7上输出数据值 || |- | 发出一个写脉冲 || |} '''读数据 :''' {| class="wikitable" |- ! NAND FLASH !! S3C2440 |- | 选中芯片 || val=NFDATA |- | 发出读脉冲 || |- | 读DATA0~DATA7的数据 || |} '''用UBOOT来体验NAND FLASH的操作:''' 1. 读ID {| class="wikitable" |- ! !! S3C2440 !! u-boot |- | 选中 || NFCONT的bit1设为0 || md.l 0x4E000004 1; mw.l 0x4E000004 1 |- | 发出命令0x90 || NFCMMD=0x90 || mw.b 0x4E000008 0x90 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 读数据得到0xEC || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 读数据得到device code || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 退出读ID的状态 || NFCMMD=0xff || mw.b 0x4E000008 0xff |} 下图是读操作时序图 [[File:chapter16_lesson1_005.png|800px]] 对于存储为256M的NAND FLASH,需要28条地址线,来表示这个地址值,根据原理图可以,只用8根地址线,所以需要4个周期的地址,为了兼容更大容量的NAND FLASH,要发出5个周期的地址:(如下图所示) [[File:chapter16_lesson1_006.png|800px]] 2,读数据 {| class="wikitable" |- ! !! S3C2440 !! u-boot |- | 选中 || NFCONT的bit1设为0 || md.l 0x4E000004 1; mw.l 0x4E000004 1 |- | 发出命令0x00 || NFCMMD=0x00 || mw.b 0x4E000008 0x00 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 发出地址0x00 || NFADDR=0x00 || mw.b 0x4E00000C 0x00 |- | 发出命令0x30 || NFCMMD=0x30 || mw.b 0x4E000008 0x30 |- | 读数据得到0x17 || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 读数据得到0x00 || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 读数据得到0x00 || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 读数据得到0xea || val=NFDATA || md.b 0x4E000010 1 |- | 退出读状态 || NFCMMD=0xff || mw.b 0x4E000008 0xff |} = 第002节_NandFlash时序及初始化 = {| class="wikitable" |- ! 存储芯片的编程 !! NAND FLASH存储芯片编程 |- | 初始化 || 主控芯片的NAND FLASH控制器的初始化 |- | 识别 || 读取ID |- | 读操作 || 一次读一个页(page) |- | 写操作 || 一次写一个页(page) |- | 擦除 || 一次擦除一个块(block) |} NAND FLASH控制器的时序,是为了让NAND FLASH外设工作起来,假如外接不同的 NAND FLASH外设,那么它的操作时序可能就会不同,所以NAND FLASH控制器发出 的时序图,就是不一样的,所以我们根据NAND FLASH外设来设置NAND FLASH控制器, [[File:chapter16_lesson2_001.png|800px]] NAND FLASH时序图,如下所示: [[File:chapter16_lesson2_002.png|800px]] [[File:chapter16_lesson2_003.png|800px]] [[File:chapter16_lesson2_004.png|800px]] 我们在汇编语言中已经设置HCLK为100MHZ,一个周期T = 1000/100 = 10s,通过上面三个图可以知道:TACLS的值可以为0;TWRPH0的值可以为1;TWRPH1的值可以为0。 [[File:chapter16_lesson2_005.png|800px]] 所以NFCONF寄存器设置如下: <syntaxhighlight lang="c" > #define TACLS 0 #define TWRPH0 1 #define TWRPH1 0 /*设置NAND FLASH的时序*/ NFCONF = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); </syntaxhighlight> 到此设置NAND FLASH的时序已经设置完了,我们接着来使能,使能实在NFCONT。 [[File:chapter16_lesson2_006.png|800px]] MODE [0]: 设置为1,使能NAND FLASH。 Reg_nCE [1]: 设置为1,禁止片选。因为我们现在还没有使用。为例错误的操作。 InitECC [4]: 初始化ECC的编码器,后边要使用,我们设置为1,来初始化。 所以NFCONF寄存器设置如下: <syntaxhighlight lang="c" > /*使能NAND FLASH控制器,初始化ECC,禁止片选*/ NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0); </syntaxhighlight> = 第003节_NandFlash的芯片id读取 = 上节课我们讲解了NAND FLASH的初始化,这节课我们来讲解读取NAND FLASH的ID, 我们可以参考NAND FLASHh的芯片手册,如下图所示:(NAND FLASH读操作时序图) [[File:chapter16_lesson3_001.png|800px]] 我们一般先操作片选使能,只有片选使能之后才能进行后边的操作,片选是能代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_select(void) { /*使能片选*/ NFCONT &=~(1<<1); } </syntaxhighlight> 有使能片选,一定有禁止片选,禁止片选的代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_deselect(void) { /*禁止片选*/ NFCONT |= (1<<1); } </syntaxhighlight> 读ID的操作时序图,如下所示 [[File:chapter16_lesson3_002.png|800px]] 我们按照从左往右的时间点,来分析,片选信号像一个总开关,只有使能了片选信号,后续的操作才会有意义,我们使能片选信号之后,片选引脚nCE后续一直为低电平,在前面的命令时序图中知道tCLS和tWP最小的时间参数都是12us,就表明CLE和nWE这两个信号可以同时发出,就表示要命令了,对于写什么命令,就要看数据总线上要发送的命令了,当CLE从高电平变为低电平后,表示上次的写操作已经结束了。 对于上面复杂的时序,我们可以使用2440上的NAND FLASH控制器简化操作,只需要往NFCMMD寄存器写入要传输的命令就可以了,NAND FLASH控制器默认把上面复杂的时序发出来。 发命令后,后面就需要发送地址了,当nWE和ALE有效的时候,表示写地址,上图中,要写入的地址是0x00,当ALE从高电平变为低电平的时候,表示写地址结束,我们可以简化为:往NFADDR寄存器中写值就可以了,比如:NFADDR=0x00。 下面我们写代码:发命令的函数,和发地址的函数代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_cmd(unsigned char cmd) { volatile int i; NFCCMD = cmd; for(i=0; i<10; i++); } void nand_addr_byte(unsigned char addr) { volatile int i; NFADDR = addr; for(i=0; i<10; i++); } </syntaxhighlight> 接下来就可以读取数据了,数据可以直接通过读取NFDATA寄存器里面数据来获得数据,根据时序图,是读5个字节的数据,代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > unsigned char nand_data(void) { return NFDATA; } </syntaxhighlight> 读芯片ID之前先打开片选, 读取芯片ID函数,代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_chip_id(void) { unsigned char buf[5]={0}; nand_select(); nand_cmd(0x90); nand_addr_byte(0x00); buf[0] = nand_data(); buf[1] = nand_data(); buf[2] = nand_data(); buf[3] = nand_data(); buf[4] = nand_data(); nand_deselect(); printf("maker id = 0x%x\n\r",buf[0]); printf("device id = 0x%x\n\r",buf[1]); printf("3rd byte = 0x%x\n\r",buf[2]); printf("4th byte = 0x%x\n\r",buf[3]); printf("page size = %d kb\n\r",1 << (buf[3] & 0x03)); printf("block size = %d kb\n\r",64 << ((buf[3] >> 4) & 0x03)); printf("5th byte = 0x%x\n\r",buf[4]); } </syntaxhighlight> 下面我们再写一个打印菜单的函数,在菜单中调用读取芯片ID的函数,代码如下 <syntaxhighlight lang="c" > oid nand_flash_test(void) { char c; while (1) { /* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */ printf("[s] Scan nand flash\n\r"); printf("[e] Erase nand flash\n\r"); printf("[w] Write nand flash\n\r"); printf("[r] Read nand flash\n\r"); printf("[q] quit\n\r"); printf("Enter selection: "); c = getchar(); printf("%c\n\r", c); /* 测试内容: * 1. 识别nand flash * 2. 擦除nand flash某个扇区 * 3. 编写某个地址 * 4. 读某个地址 */ switch (c) { case 'q': case 'Q': return; break; case 's': case 'S': nand_chip_id(); break; case 'e': case 'E': break; case 'w': case 'W': break; case 'r': case 'R': break; default: break; } } } </syntaxhighlight> 在主函数中调用nand flash的初始化函数,和nand flash的测试函数。 <syntaxhighlight lang="c" > int main(void) { led_init(); //interrupt_init(); /* 初始化中断控制器 */ key_eint_init(); /* 初始化按键, 设为中断源 */ //timer_init(); puts("\n\rg_A = "); printHex(g_A); puts("\n\r"); //nor_flash_test(); nand_init(); nand_flash_test(); return 0; } </syntaxhighlight> = 第004节_NandFlash的数据读取 = 在上节 我们实现了芯片ID的读取,可是那个程序已经超过了4k,我们想把它烧到开发板的话,必需把它烧写到NOR FLASH上去,这节我们来讲解NAND FLASH数据的读取,并且实现超过4k的程序从NAND FLASH启动。 下图为NAND FLASH内部结构图,从图中可以可以知道,一个page含有2k 字节的页数据,和64字节的oob区,后面会介绍页数据和oob区有什么关系。 [[File:chapter16_lesson4_001.png|800px]] 下图的表格,来说明NAND FLASH内部结构,前面2K(0~2047)表示页数据,后边64字节(2048~2111)表示oob。 [[File:chapter16_lesson4_002.png|800px]] 问:CPU想读取,第2048个数据,它是哪以一个? 答:是Page1的第0个字节。CPU使用某个地址访问数据的时候,是在页数据空间来寻址的,根本就看不到oob区。 我们知道NAND FLASH 和 NOR FLASH相比有个缺点,NAND FLASH读或写一页数据的时候,可能会发生位反转,里面可能有一位是错误的,为了解决这个问题,引入oob区, 它写页数据的时候,把数据写进页数据的同时会生成一个校验码,把这个校验码写进oob区里面,当读数据的时候,读出1页数据,读取1数据里面有可能有某一位发生错误,它继续读出原来的校验码,使用oob区里面的校验码,来修正页数据里面的数据。从这里我们可以得出一个结论,oob区的存在是为了解决NAND FLASH的缺陷而存在的。 CPU: 只关心数据,不需要看到oob区的校验码(把数据读出来,然后进行校验再把正确的数据返回,就可以了)。CPU想使用某个addr来访问数据的时候,addr是在页数据区间来寻址的,addr根本不会在oob区里面寻址。 为了形象在下面说一个幽默的对话来说明一下CPU和NAND FLASH的功能: CPU大爷: 小nand啊,你的性能比不上小nor啊,听说你有位反转的毛病 Nand : 是的,大爷,位反转是我天生的毛病,时有时无 CPU大爷: 靠,你说你价格便宜容量大,这不是害我嘛 Nand : 没事,我有偏方,用OOB就可以解决这问题 CPU大爷: 得得得,你那偏方是什么也别告诉我,我只管能读写正确的数据 Nand : 是的,大爷,我这OOB偏方也就我自个私下使用。您就像使用nor一样使唤我就可以了 下面我们开始写程序,想去读NAND FLASH应该怎样操作,下面是nand flash的地址周期。 [[File:chapter16_lesson4_003.png|800px]] 下图为读NAND FLASH的时序操作: [[File:chapter16_lesson4_004.png|800px]] 读NAND FLASH步骤:(从程序的角度来说),我们需要先发出00命令再发出5个周期的地址,再发出30命令,然后就可以读数据了。比如:我想访问某个地址的数据,需要确定在哪一行page(row),在哪一列col(0~2047)。从NAND FLASH的地址周期中可以看出来,先发出2个col(列地址),再发出3个(Row)行地址。 下面是程序的编写: [[File:chapter16_lesson4_005.png|800px]] wait_ready函数等待NAND FLASHh空闲,从上图可以看出当NFSTAT寄存器[0]的值为1时NAND FLASH是空闲的,我们可以通过该位来判断NAND FLASH是否繁忙。代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void wait_ready(void) { while (!(NFSTAT & 1)); } </syntaxhighlight> nand_read函数为NAND FLASH的读函数,代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len) { int i = 0; int page = addr / 2048; int col = addr & (2048 - 1); nand_select(); while (i < len) { /* 发出00h命令 */ nand_cmd(00); /* 发出地址 */ /* col addr */ nand_addr_byte(col & 0xff); nand_addr_byte((col>>8) & 0xff); /* row/page addr */ nand_addr_byte(page & 0xff); nand_addr_byte((page>>8) & 0xff); nand_addr_byte((page>>16) & 0xff); /* 发出30h命令 */ nand_cmd(0x30); /* 等待就绪 */ wait_ready(); /* 读数据 */ for (; (col < 2048) && (i < len); col++) { buf[i++] = nand_data(); } if (i == len) break; col = 0; page++; } nand_deselect(); } </syntaxhighlight> 在init.c文件中,加上如下代码,用来判断所使用的FLASH是NOR FLASH还是NAND FLASH。代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > int isBootFromNorFlash(void) { volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0; unsigned int val = *p; *p = 0x12345678; if (*p == 0x12345678) { /* 写成功, 对应nand启动 */ *p = val; return 0; } else { return 1; } } </syntaxhighlight> 在init.c文件中的copy2sdram函数里面加上如下代码,用来支持NAND FLASH启动,当isBootFromNorFlash函数的返回值为1时,是从NOR FLASH启动,当isBootFromNorFlash函数的返回值为0是,是从NAND FLASH启动。 <syntaxhighlight lang="c" > if (isBootFromNorFlash()) { while (dest < end) { *dest++ = *src++; } } else { nand_init(); nand_read(src, dest, len); } } </syntaxhighlight> = 第005节_NandFlash的擦除与烧写 = 我们本节需要做的事情: 1,实现nand_erase 2, 实现nand_write 3, 实现测试菜单 下面我们逐个来实现他们: 本节讲的NAND FLASH的烧写和擦除还是比较简单的,它只涉及到页数据区,不涉及到oob区,擦出的时候是以块为单位。下图为擦除的时序图: [[File:chapter16_lesson5_001.png|800px]] 我们就根据擦除的时序图发出对应的命令和地址,NAND FLASH是以块为单位进行擦除的,假如我们传入len的值为1,但是它仍然会擦出一个块(128k字节),我们根据芯片手册,来操作NAND FLASH的擦出操作,函数功能:从addr地址开始,擦除len长度的数据。代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > nt nand_erase(unsigned int addr, unsigned int len) { int page = addr / 2048; if (addr & (0x1FFFF)) { printf("nand_erase err, addr is not block align\n\r"); return -1; } if (len & (0x1FFFF)) { printf("nand_erase err, len is not block align\n\r"); return -1; } nand_select(); while (1) { page = addr / 2048; nand_cmd(0x60); /* row/page addr */ nand_addr_byte(page & 0xff); nand_addr_byte((page>>8) & 0xff); nand_addr_byte((page>>16) & 0xff); nand_cmd(0xD0); wait_ready(); len -= (128*1024); if (len == 0) break; addr += (128*1024); } nand_deselect(); return 0; } </syntaxhighlight> 操作NAND FLASH之前要,选中芯片,然后就可以根据芯片手册来操作NAND FLASH的擦除操作了,操作完之后,要取消片选。 往NAND FLASH写数据时,只需要把要写的数据复制给NFDATA寄存器即可。代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_w_data(unsigned char val) { NFDATA = val; } </syntaxhighlight> 下图为烧写的时序图: [[File:chapter16_lesson5_002.png|800px]] 从上图中的NAND FLASH烧写时序图可以知道对于NAND FLASH的烧写,先发出0x80命令,再发出地址周期,然后发出要烧写的数据,最后发出0x10,就开始内部烧写,然后等待烧写成功。(我们写数据的时候是逐页写的,开始要烧写的数据地址可能不是该页的起始地址)。操作之前需要选中片选,操作完之后取消片选,代码如下 <syntaxhighlight lang="c" > void nand_write(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len) { int page = addr / 2048; int col = addr & (2048 - 1); int i = 0; nand_select(); while (1) { nand_cmd(0x80); /* 发出地址 */ /* col addr */ nand_addr_byte(col & 0xff); nand_addr_byte((col>>8) & 0xff); /* row/page addr */ nand_addr_byte(page & 0xff); nand_addr_byte((page>>8) & 0xff); nand_addr_byte((page>>16) & 0xff); /* 发出数据 */ for (; (col < 2048) && (i < len); ) { nand_w_data(buf[i++]); } nand_cmd(0x10); wait_ready(); if (i == len) break; else { /* 开始下一个循环page */ col = 0; page++; } } nand_deselect(); } </syntaxhighlight> 我们封装擦除操作NAND FLASH函数的时候,每一次擦除的大小是一个块(128*1024)代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void do_erase_nand_flash(void) { unsigned int addr; /* 获得地址 */ printf("Enter the address of sector to erase: "); addr = get_uint(); printf("erasing ...\n\r"); nand_erase(addr, 128*1024); } </syntaxhighlight> 我们封装读取操作NAND FLASH函数,我们实现NAND FLASH每次的读取,每次读取64字节数据。把从地址addr读取得到的64字节数据存放到buf缓冲区中,然后通过串口显示出来,代码如下图所示: <syntaxhighlight lang="c" > void do_read_nand_flash(void) { unsigned int addr; volatile unsigned char *p; int i, j; unsigned char c; unsigned char str[16]; unsigned char buf[64]; /* 获得地址 */ printf("Enter the address to read: "); addr = get_uint(); nand_read(addr, buf, 64); p = (volatile unsigned char *)buf; printf("Data : \n\r"); /* 长度固定为64 */ for (i = 0; i < 4; i++) { /* 每行打印16个数据 */ for (j = 0; j < 16; j++) { /* 先打印数值 */ c = *p++; str[j] = c; printf("%02x ", c); } printf(" ; "); for (j = 0; j < 16; j++) { /* 后打印字符 */ if (str[j] < 0x20 || str[j] > 0x7e) /* 不可视字符 */ putchar('.'); else putchar(str[j]); } printf("\n\r"); } } </syntaxhighlight> NAND FLASH的烧写封装函数代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void do_write_nand_flash(void) { unsigned int addr; unsigned char str[100]; int i, j; unsigned int val; /* 获得地址 */ printf("Enter the address of sector to write: "); addr = get_uint(); printf("Enter the string to write: "); gets(str); printf("writing ...\n\r"); nand_write(addr, str, strlen(str)+1); } </syntaxhighlight> NAND FLASH的测试菜单函数代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > void nand_flash_test(void) { char c; while (1) { /* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */ printf("[s] Scan nand flash\n\r"); printf("[e] Erase nand flash\n\r"); printf("[w] Write nand flash\n\r"); printf("[r] Read nand flash\n\r"); printf("[q] quit\n\r"); printf("Enter selection: "); c = getchar(); printf("%c\n\r", c); /* 测试内容: * 1. 识别nand flash * 2. 擦除nand flash某个扇区 * 3. 编写某个地址 * 4. 读某个地址 */ switch (c) { case 'q': case 'Q': return; break; case 's': case 'S': nand_chip_id(); break; case 'e': case 'E': do_erase_nand_flash(); break; case 'w': case 'W': do_write_nand_flash(); break; case 'r': case 'R': do_read_nand_flash(); break; default: break; } } } </syntaxhighlight> </div> ='''《《所有章节目录》》'''= <categorytree mode=all background*color:white;">ARM裸机加强版</categorytree> [[Category:ARM裸机加强版 ]]
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