ARM開發(fā)步步深入之NandFlash 4KB突圍

實驗目的：突破4KB的Steppingstone存儲空間限制，讀取NandFlash中4KB后的代碼實現(xiàn)“點燈大法”，借此掌握NandFlash的操作。

實驗環(huán)境及說明：恒頤S3C2410開發(fā)板H2410。H2410核心板的NandFlash選用的是三星片上(SOP)K9F1208U0M，該NandFlash容量為64MB。

實驗思路：開發(fā)板上電啟動后，自動將NandFlash開始的4K數(shù)據(jù)復制到SRAM中，然后跳轉到0地址開始執(zhí)行。然后初始化存儲控制器SDRAM，調用NandFlash讀函數(shù)操作把4KB后的點燈代碼復制到SDRAM中，跳到點燈代碼的入口點實現(xiàn)點燈操作。

知識掌握：NandFlash內部結構、命令字及存儲控制器
一、NandFlash內部結構
不同開發(fā)板使用的NandFlash的型號可能不一樣，本文只是以K9F1208U0M為例做個簡單介紹。引腳描述如下所示：

'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_af4843899d603e0.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_af4843899d603e0.jpg');" border="0">
NandFlash存儲單元結構圖如下所示：

'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_b53cf1b5e09813b.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_b53cf1b5e09813b.jpg');" border="0" width="700">
Device、 Block和Page之間的關系---1 Device = 4,096 Blocks = 4096*32 Pages = 128K Pages；1 Block = 32 Page；1 Page = 528 Byte = 512 Byte + 16 Byte。其中1 Page中包含有數(shù)據(jù)寄存器512 Byte和16 Byte的備用位用于ECC校驗存儲。所以有528 columns * 128K rows(Pages)。1 Page中的512 Byte的數(shù)據(jù)寄存器又分為兩個部分1st 256 Bytes和 2nd 256 Bytes。用于數(shù)據(jù)存儲的單元有 512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 MB，用于ECC校驗單元有16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 2MB 。
二、NandFlash命令字
操作NandFlash時，先傳輸命令，然后傳輸?shù)刂罚詈筮M行數(shù)據(jù)的讀/寫。K9F1208U0M的命令字如下所示：

'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://img.21ic.com/21ic_pic/danpianji/73_67_9f90461920e6b01.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_9f90461920e6b01.jpg');" border="0" width="700">
由于尋址需要26bit的地址，該26bit地址通過四個周期發(fā)送到NandFlash，如下圖所示：

'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_e8c052eed36f8b9.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_e8c052eed36f8b9.jpg');" border="0">
Read 1操作：該操作是對512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 M的數(shù)據(jù)寄存器進行尋址。第一個周期發(fā)送A7~A0的8bit Column地址，8bit的尋址范圍是0~255，只能對1st 256 Bytes部分進行尋址。00h命令是1st 256 Bytes部分尋址。當發(fā)送01h命令時，A8將會被置1，此時尋址范圍變成了256~511了，所以01h命令是對2nd 256 Bytes部分進行尋址。(*注意：A8在發(fā)送00h命令后被清0，在發(fā)送01h命令后被置1，并且在發(fā)送01h對2nd尋址完畢后，A8會自動清0，指 針會自動地指向1st)；第二個周期的A9~A13的5bit是對Page進行尋址(因為1 Block = 32 Pages，5bit的尋址范圍是0~31，可以對1 Block里面的所有Page進行尋址)。A14~A25的12bit則是對Block進行尋址，12bit的尋址范圍是0~4095，對整個 Device的4096個Blocks進行尋址。Read 2操作：該操作是對16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks =2MB的備用位(ECC)進行尋址。50h命令為Read2操作，對1 Page里面的后16 Byte尋址。這樣，通過四個周期的發(fā)送即可對整個Device的所有存儲單元進行尋址。
三、NandFlash存儲控制器
S3C2410 為簡化對NandFlash的操作，提供了一組NandFlash控制器來實現(xiàn)對K9F1208U0M命令字的操作，主要有配置寄存器NFCONF、控制 寄存器NFCONT、命令寄存器NFCMD、地址寄存器NFADDR、數(shù)據(jù)寄存器NFDATA和狀態(tài)寄存器NFSTAT。
★NFCONF被用來使 能/禁止NandFlash控制器、使能/禁止控制引腳信號nFCE、初始化ECC、設置NandFlash的時序參數(shù)。TACLS、TWRPH0、 TWRPH1---這三個參數(shù)控制著NandFlash信號線CLE/ALE與寫控制信號new的時序關系。根據(jù)NandFlash的Datasheet 中對其最小讀/寫/控制時間的要求，聯(lián)系HCLK實際取值一般為100MHz，可以設這三個參數(shù)分別為1：3：1個HCLK即可(貌似ViVi中是 1：3：1)，這樣可以滿足其時序要求。
★NandFlash狀態(tài)寄存器NFSTAT。只用到最低位[0]，0：busy；1：ready。
NandFlash 存儲控制器根據(jù)OM[1:0]位的取值可以工作在①自動啟動模式---OM[1:0]=00時，復位之后，NandFlash的最先4KB的代碼被復制到 Steppingstone中即內部4KB的SRAM。Steppingstone被映射為Bank0(nGS0)，且CPU在此4KB內部SRAM中開 始執(zhí)行啟動代碼；②NandFlash模式。

示例代碼解析：
★head.S頭文件來設置SDRAM，設置SDRAM，將第二部分代碼復制到SDRAM，然后跳到SDRAM繼續(xù)執(zhí)行。
.equMEM_CTL_BASE, 0x48000000

.text
.global _start
_start:
bldisable_watch_dog @關門喂狗
blmem_control_setup @設置存儲控制器
ldr sp, =4096 @設置棧指針，以下C函數(shù)調用前需要設好棧
blnand_init@初始化NandFlash
@將NandFlash中地址4096開始的1024字節(jié)代碼(led.c編譯得到)復制到SDRAM中
ldrr0, =0x30000000@目標地址=0x30000000，SDRAM起始地址
movr1, #4096@源地址=4096，連接的時候led代碼在4096開始處
movr2, #1024@復制長度=1024，對于本實驗的led足夠
blnand_read@調用C函數(shù)nand_read
ldrlr, =halt_loop @設置返回地址
ldrsp, =0x34000000 @重新設置棧
ldrpc, =main @使用向pc賦值的方法進行跳轉到點燈代碼
halt_loop:
bhalt_loop
★nand.c文件實現(xiàn)NandFlash的初始化和數(shù)據(jù)讀取
#define BUSY1

typedef unsigned long S3C2410_REG32;//貌似此處定義為unsigned int反匯編結果一樣的，也沒問題。猜可能是ARM指令直接按32位存儲了吧，知道的可以和我說一下！

/* NandFlash結構體 */
typedef struct {
S3C2410_REG32 NFCONF;
......
S3C2410_REG32 NFECC;
}S3C2410_NAND;

static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000;

/* 供外部調用的函數(shù)聲明 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);

/* S3C2410的NandFlash處理函數(shù)聲明 */
static void s3c2410_nand_reset(void);
......
static unsigned char s3c2410_read_data();

/* S3C2410的NandFlash操作函數(shù)實現(xiàn) */

/* 復位 */
static void s3c2410_nand_reset(void)
{
s3c2410_nand_select_chip();
s3c2410_write_cmd(0xff);//發(fā)命令字0xFF實現(xiàn)復位操作復位
s3c2410_wait_idle();
s3c2410_nand_deselect_chip();
}

/* 等待NandFlash就緒 */
static void s3c2410_wait_idle(void)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFSTAT;
while(!(*p & BUSY))
for(i=0; i<10; i++);
}

/* 發(fā)出片選信號 */
static void s3c2410_nand_select_chip(void)
{
int i;
s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11);//對NFCONF的11位寫0，激活NandFlash
for(i=0; i<10; i++);
}

/* 取消片選信號 */
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)
{
s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11);//對NFCONF的11位寫1，使NandFlash不活動
}

/* 發(fā)出命令 */
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)
{
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;
*p = cmd;
}

/* 發(fā)出地址 */
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR;

*p = addr & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 9) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 17) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 25) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
}

/* 讀取數(shù)據(jù) */
static unsigned char s3c2410_read_data(void)
{
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;
return *p;
}

//設置TACLS、TWRPH0、TWRPH1三者的值，貌似ViVi等代碼中TWRPH0設為3，不知這樣的好處，知道的可以告訴我！
#define TACLS 0
#define TWRPH02
#define TWRPH10
/* 初始化NandFlash */
void nand_init(void)
{
/* 使能NandFlash控制器, 初始化ECC, 禁止片選, 設置時序 */
s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
/* 復位s3c2410 NandFlash */
s3c2410_nand_reset();
}

#define NAND_SECTOR_SIZE512
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
/* 讀函數(shù) */
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;

if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
return ;/* 地址或長度不對齊 */
}
/* 選中芯片 */
s3c2410_nand_select_chip();
for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
/* 發(fā)出READ0命令 */
s3c2410_write_cmd(0);
/* 寫地址*/
s3c2410_write_addr(i);
/*等待*/
s3c2410_wait_idle();
for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) {
*buf = s3c2410_read_data();
buf++;
}
}
/* 取消片選信號 */
s3c2410_nand_deselect_chip();

return ;
};