Nandflash 驅(qū)動(dòng)深度分析（基于S3C2410）

NAND Flash在嵌入式系統(tǒng)中的地位與PC機(jī)上的硬盤類似，用于保存系統(tǒng)運(yùn)行所必需的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶數(shù)據(jù)、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)。與內(nèi)存掉電后數(shù)據(jù)丟失不同，NAND Flash中的數(shù)據(jù)在掉電后仍可永久保存。

操作NAND Flash時(shí)，先傳輸命令，然后傳輸?shù)刂罚詈笞x/寫數(shù)據(jù)，期間要檢查Flash的狀態(tài)。對于K9F5608U0D，它的容量為32MB，需要25位地址。發(fā)出命令后，后面要緊跟3個(gè)地址序列。比如讀Flash時(shí)，發(fā)出讀命令和3個(gè)地址序列后，后續(xù)的讀操作就可以得到這個(gè)地址及其后續(xù)地址的數(shù)據(jù)。相應(yīng)的命令字和地址序列如表1和2所示：

表1：K9F5608U0D命令設(shè)置表

表2：K9F5608U0D尋址周期表

K9F5608U0D一頁的大小為512字節(jié)，分為兩部分：前半頁，后半頁。由于列地址只有8根數(shù)據(jù)線，所以尋址寬度只有256個(gè)字節(jié)。而在這512個(gè)字節(jié)的一頁中，當(dāng)發(fā)出讀命令為00h時(shí)，表示列地址將在前半部分尋址，命令為01h時(shí)，表示列地址將在后半部分尋址。A8被讀命令00h設(shè)置為低電平，而在01時(shí)設(shè)置成高電平。

S3C2410對NAND Flash操作提供了幾個(gè)寄存器來簡化對NAND Flash的操作。比如要發(fā)出讀命令時(shí)，只需要往NFCMD寄存器中寫入0即可，而控制器會(huì)自動(dòng)發(fā)出各種控制信號(hào)進(jìn)行操作。以下幾個(gè)寄存器，為2410專為NAND而設(shè)計(jì)的：

NFCONF：NAND Flash配置寄存器。

被用來使能/禁止NAND Flash控制器、使能/禁止控制引腳信號(hào)nFCE、初始化ECC、設(shè)置NAND Flash的時(shí)序參數(shù)等。

TACLS、TWRPH0、TWRPH1這3個(gè)參數(shù)控制的是NAND Flash信號(hào)線CLE/ALE與寫控制信號(hào)n/WE的時(shí)序關(guān)系，如圖1所示：

圖1：S3C2410 NAND控制時(shí)序圖

NFCMD：NAND Flash命令寄存器。

對于不同型號(hào)的Flash，操作命令一般不一樣。

NFADDR：NAND Flash地址寄存器。

當(dāng)寫這個(gè)寄存器時(shí)，它將對Flash發(fā)出地址信號(hào)。

NFDATA：NAND Flash數(shù)據(jù)寄存器。

只用到低8位，讀，寫此寄存器將啟動(dòng)對NAND Flash的讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)操作。

NFSTAT：NAND Flash狀態(tài)寄存器。

只用到位0，0：busy，1：ready。

在使用NAND Flash之前，需要先對NAND進(jìn)行初始化：

/************************************************************************

* 名稱: init_nandconf

* 功能:初始化2410內(nèi)部nandflash控制寄存器

* 返回:無

************************************************************************/

void init_nandcof(void)

{

rNFCONF=0xf820;//設(shè)置NANDFLASH，各位定義如表3所示：

表3：NFCONF寄存器

[15]：設(shè)置為1，NANDFLASH 控制器開，由datasheet得到，在自動(dòng)啟動(dòng)后，nandflash控制器會(huì)關(guān)閉，如果要使用控制器，就要手工開。

[12]：初始化ECC寄存器，設(shè)置為1

[11]：外部NAND使能，這里設(shè)置為1，先關(guān)一下。

[10:8]：TACLS設(shè)置，由表4得，ALE和CLE要求保持10ns，而現(xiàn)在的HCLK為100m，所以TACLS為0就可以了。

表4：AC TIMING CHARACTERISTICS FOR COMMAND / ADDRESS / DATA INPUT

[6:4]：由表4得，twp在3.3V時(shí)需要至少25ns的時(shí)間，現(xiàn)在在HCLK為100M的情況下，需要3個(gè)周期，所以TWRPH0為2，

[2:0]：由表4得到，tch要求時(shí)間為10ns,所以在HCLK為100M的情況下，只要1個(gè)周期就行了，所以TWRPH1為0

rNFCONF &= ~0x800;//NAND使能。CE低電平有效

rNFCMD=0xff;//重啟一下NAND，由表5所示，得到復(fù)位的命令

表5：NANDFLASH命令表

while(!(rNFSTAT&0x1));//等待復(fù)位完成，由表6得，NFSTAT寄存器定義

表6：NFSTAT寄存器

}

對于NANDFLASH操作來說，一般有4種：1、讀NAND ID，2、讀NAND內(nèi)容，3、寫NANDFLASH，4、擦除NANDFLASH。以下分4個(gè)函數(shù)說明NANDFLASH的4種操作：

1、讀NANDFLASH的ID

/************************************************************************

* 名稱: nand_read_id

* 功能:讀取nandflash的ID

* 輸入:無

* 返回: id

************************************************************************/

static int nand_read_id(void)

{

int i，id;//i用于記錄當(dāng)前的，id用于記錄讀取的ID

/* NAND使能 */

rNFCONF &= ~0x800;使能//NANDFLASH

for(i=0; i<10; i++);//等待10個(gè)周期，等待Nand準(zhǔn)備就緒

圖2：NAND讀時(shí)序圖

以下部分按照圖2時(shí)序圖而寫

rNFCMD=0x90;

for(i=0;i<5;i++);//由于FCLK為200MHz，這里5個(gè)周期為25ns

查器件手冊得tAR最小需要10ns，最大沒有上限

id=rNFDATA;//讀出NAND的制做商編號(hào)：這里三星為0xEC

id=(id<<8)+rNFDATA

//關(guān)芯片使能，防止誤操作對NAND中的數(shù)據(jù)修改

rNFCONF |= 0x800;

return id;//返回讀取的ID

}

2、讀NAND內(nèi)容

/************************************************************************

* 名稱: nand_read

* 功能:讀取nandflash上一塊內(nèi)容到指定的地址中

* 輸入: unsigned char *buf：要寫入數(shù)據(jù)的首地址

unsigned long start_addr:要讀取的數(shù)據(jù)在Nand上的首地址

int size：讀取長度

* 返回: 0

************************************************************************/

static int nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)

{

int i, j;//i用于記錄當(dāng)前的，j記錄每一頁中的byte地址

/* NAND使能 */

rNFCONF &= ~0x800;//使能NANDFLASH

for(i=0; i<10; i++);//等待10個(gè)周期

圖3：NAND讀時(shí)序圖

以下部分按照圖3時(shí)序圖而寫

for(i=start_addr; i < (start_addr + size);)

{

/* READ0 */

rNFCMD = 0;//由表3-4-5所示，讀數(shù)據(jù)區(qū)的命令為0x0或者0x1，而對于512bytes來說，0x0是從第0個(gè)字節(jié)開始讀起，而0x1是從第256個(gè)字節(jié)讀起。當(dāng)使用NFCMD寄存器時(shí)，控制NAND的ALE會(huì)置0，CLE會(huì)置1，數(shù)據(jù)寫入時(shí)，WE也會(huì)由低變高，而當(dāng)WE由低變高的過程后，命令將鎖存在了NAND中的命令寄存器中，而這些都是自動(dòng)的

/* Write Address */

//nand的寫入方法見時(shí)序圖，由于向2410的NAND的NFADDR寄存器寫數(shù)據(jù)，此時(shí)ALE至1，CLE至0，數(shù)據(jù)寫入時(shí)，WE也會(huì)由低變高，而當(dāng)WE由低變高的過程后，地址數(shù)據(jù)將鎖存在了NAND中的地址寄存器中，這些全是自動(dòng)的，而又因?yàn)?2M的NAND只需要3個(gè)周期尋址，所以這里只向地址寄存器發(fā)3個(gè)周期的命令就可以了

rNFADDR = i & 0xff;

rNFADDR = (i >> 9) & 0xff;//（左移9位，不是8位）

rNFADDR = (i >> 17) & 0xff;//（左移17位，不是16位）

表3-4-2列出了在地址操作的3個(gè)步驟對應(yīng)的NAND內(nèi)部地址線，沒有A8（它由讀命令設(shè)置，當(dāng)讀命令為0時(shí)，A8=0；當(dāng)讀命令為1時(shí)，A8=1），所以在第二，第三次向rNFADDR寄存器發(fā)送地址時(shí)，需要再多移一位，而不是原來的8和16。

wait_idle();//由時(shí)序圖得到，當(dāng)輸入地址完成后，NANDFLASH會(huì)進(jìn)入忙狀態(tài)，我個(gè)人認(rèn)為是NAND內(nèi)部對輸入的地址進(jìn)行解釋。

for(j=0; j < 512; j++, i++)

{

*buf = (rNFDATA & 0xff);//讀取NAND中的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入到指定的數(shù)據(jù)寫入位置，當(dāng)使用NFDATA寄存器時(shí)，控制NAND的CLE和ALE都會(huì)自動(dòng)1。而buf指針是外面?zhèn)鬟M(jìn)來的地址，在下面的函數(shù)調(diào)用會(huì)用到，每讀取一次NFDATA寄存器，控制NAND的OE都會(huì)由高電平到低電平轉(zhuǎn)變。而NANDFLASH的數(shù)據(jù)每讀取一次，都會(huì)指向下一個(gè)內(nèi)部的地址，而一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)由512bytes組成，當(dāng)繼續(xù)讀下去的時(shí)候，將讀到16bytes的ECC區(qū)，所以每對完512個(gè)字節(jié)后，要對nand的地址重新定位。

buf++;//寫入地址位置+1

}

}

//關(guān)芯片使能，防止誤操作對NAND中的數(shù)據(jù)修改

rNFCONF |=