S3C2416裸機(jī)開發(fā)系列五_Nand驅(qū)動以及Nand啟動

在嵌入式設(shè)計(jì)中，由于Nand Flash具有大容量，擦寫次數(shù)高，接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，常用作固化存儲器。S3C2416支持Nand啟動，因此Nand存儲器可以直接保存固化代碼以及其它的數(shù)據(jù)。筆者在此簡單的介紹Nand flash驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)以及Nand啟動。

筆者采用Nand flash為K9F2G08U0B，一頁有(2048+64)Byte，一個(gè)block有64頁，容量大小為(256M+8M)Byte，是一款8位寬的SLC flash。

S3C2416 Nand控制器需要通過一些命令來訪問Nand flash，并且需要實(shí)現(xiàn)底層的寄存器訪問。在模塊頭文件中，我們定義Nand訪問常用的命令(來自uboot命名)以及一些寄存器操作宏，并引出模塊的接口函數(shù)，其內(nèi)容如下：

#ifndef__NAND_H__

#define__NAND_H__

#ifdef__cplusplus

extern"C" {

#endif

// Nand flash5字節(jié)ID

typedefstruct Nand_ID_Info {

unsigned char Maker;

unsigned char Device;

unsigned char ID_Data3;

unsigned char ID_Data4;

unsigned char ID_Data5;

}Nand_ID_Info;

/*

* Standard NAND flash commands

*/

// 頁讀周期1(命令1)

#defineNAND_CMD_READ0 0

// 頁讀周期1(命令2)

#defineNAND_CMD_READ1 1

// 隨機(jī)地址讀周期1

#defineNAND_CMD_RNDOUT 5

// 頁寫周期2

#defineNAND_CMD_PAGEPROG 0x10

// OOB區(qū)讀命令

#defineNAND_CMD_READOOB 0x50

// 塊擦除命令周期1

#defineNAND_CMD_ERASE1 0x60

// 讀Nand狀態(tài)命令

#defineNAND_CMD_STATUS 0x70

// 讀多層狀態(tài)命令

#defineNAND_CMD_STATUS_MULTI 0x71

// 頁寫周期1

#defineNAND_CMD_SEQIN 0x80

// 隨機(jī)地址寫命令

#defineNAND_CMD_RNDIN 0x85

// 讀ID命令

#defineNAND_CMD_READID 0x90

// 塊擦除命令周期2

#define NAND_CMD_ERASE2 0xd0

// Nand復(fù)位

#defineNAND_CMD_RESET 0xff

/* Extendedcommands for large page devices */

// 頁讀周期2

#defineNAND_CMD_READSTART 0x30

// 隨機(jī)地址讀周期2

#defineNAND_CMD_RNDOUTSTART 0xE0

#defineNAND_CMD_CACHEDPROG 0x15

// 發(fā)送命令

#defineNF_CMD(Data) {rNFCMD = (Data);}

// 寫地址

#defineNF_ADDR(Addr) {rNFADDR = (Addr);}

// 讀字(4字節(jié))

#defineNF_READ_WORD() (rNFDATA)

// 讀一字節(jié)

#defineNF_READ_BYTE() (rNFDATA8)

// 寫字(4字節(jié))

#defineNF_WRITE_WORD(Data) {rNFDATA = (Data);}

// 寫一字節(jié)

#defineNF_WRITE_BYTE(Data) {rNFDATA8 = (Data);}

// 使能片選

#defineNF_CE_ENABLE() {rNFCONT &=~(1<<1);}

// 關(guān)閉片選

#defineNF_CE_DISABLE() {rNFCONT |=(1<<1);}

// 清空spare區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_INIT_SECC() {rNFCONT |= (1<<4);}

// 清空main區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_INIT_MECC() {rNFCONT |= (1<<5);}

// 解鎖spare區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_SECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<6);}

// 鎖定spare區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_SECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<6);}

// 解鎖main區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_MECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<7);}

// 鎖定main區(qū)ECC校驗(yàn)值

#defineNF_MECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<7);}

// nand傳輸完會置位NFSTAT[4],若開啟中斷,會同時(shí)發(fā)送中斷請求

#defineNF_WAIT_READY() {while(!(rNFSTAT& (1<<4)));}

// 獲得nand RnB引腳狀態(tài),1為準(zhǔn)備好,0為忙

#defineNF_GET_STATE_RB() {(rNFSTAT &(1<<0))}

// 清除nand傳輸完標(biāo)志

#defineNF_CLEAR_RB() {rNFSTAT |=(1<<4);}

/* 模塊接口函數(shù) */

externunsigned char Nand_ReadSkipBad(unsigned int Address,

unsigned char *Buffer, unsignedint Length);

externunsigned char Nand_WriteSkipBad(unsigned int Address,

unsigned char *Buffer, unsignedint Length);

extern voidNand_Init(void);

extern intNand_ReadID(Nand_ID_Info *pInfo);

externunsigned char Nand_EraseBlock(unsigned int Block);

externunsigned char Nand_MarkBadBlock(unsigned int Block);

externunsigned char Nand_IsBadBlock(unsigned int Block);

externunsigned char WriteCodeToNand(void); // 代碼固化進(jìn)Nand接口函數(shù)

#ifdef__cplusplus

}

#endif

#endif/*__NAND_H__*/

對于不同的Nand flash，其時(shí)序要求不一樣。為了達(dá)到最佳的性能，是要根據(jù)芯片手冊設(shè)定一下Nand的訪問時(shí)序參數(shù)的。Nand初始化函數(shù)如下：

static void Nand_Reset()

{

NF_CE_ENABLE();

NF_CLEAR_RB();

NF_CMD(NAND_CMD_RESET);

NF_WAIT_READY();

NF_CE_DISABLE();

}

void Nand_Init()

{

// 配置nand控制引腳

rGPACON = (rGPACON &~(0x3f<<17)) |(0x3f<<17);

// 配置K9F2G08U0Btiming(HCLK@133M)

// TACLS=1, (tALS或tCLS-tWP=0)(ALE或CLE有效后需保持才能發(fā)出寫脈沖)

// TWRPH0=2,tWP=12ns(最小寫脈沖寬度)

// TWRPH1=1,tALH或tCLH=5ns(寫脈沖后ALE或CLE需保持有效時(shí)間)

// SLC nand 1位檢驗(yàn)就行,1-bit ECC

rNFCONF =(1<<12)|(2<<8)|(1<<4)|(0<<0);

// 上升沿檢查nand準(zhǔn)備好信號線

rNFCONT =(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)

|(0x3<<6)|(0x3<<4)|(0x3<<1)|(1<<0);

Nand_Reset();

}

Nand寫入讀ID命令(0x90)后，即可讀取5字節(jié)的ID信息，ID信息包含了生產(chǎn)廠商，設(shè)備ID，以及nand頁大小，塊大小，位寬等重要信息。其函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

intNand_ReadID(Nand_ID_Info *pInfo)

{

if (pInfo == (Nand_ID_Info *)0) {

return 1; // 參數(shù)錯(cuò)誤

}

NF_CE_ENABLE();

NF_CLEAR_RB();

NF_CMD(NAND_CMD_READID); // 發(fā)送讀ID命令

NF_ADDR(0x0); // 寫0x0地址

pInfo->Maker = NF_READ_BYTE(); //Maker:0xEC

pInfo->Device = NF_READ_BYTE(); //Device:0xDA

pInfo->ID_Data3 = NF_READ_BYTE(); //0x10

pInfo->ID_Data4 = NF_READ_BYTE(); //0x95

pInfo->ID_Data5 = NF_READ_BYTE(); //0x44

NF_CE_DISABLE();

return 0;

}

K9F2G08U0B一頁分為2k的main區(qū)與64字節(jié)的spare區(qū)，main區(qū)用來存儲正常數(shù)據(jù)，spare區(qū)用來存儲附加數(shù)據(jù)(如ECC檢驗(yàn))。對于flash存儲器，是會出現(xiàn)位反轉(zhuǎn)或壞塊的問題，寫入flash的數(shù)據(jù)或從flash讀出的數(shù)據(jù)可能是有錯(cuò)的，因此必須用ECC進(jìn)行校驗(yàn)，確保寫入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)是一致的。對于SLCNand Flash，只需1位ECC校驗(yàn)即可，而S3C2416能夠產(chǎn)生硬件ECC，可產(chǎn)生4字節(jié)的main區(qū)ECC與2字節(jié)的spare區(qū)ECC。我們把4字節(jié)的main區(qū)ECC放在spare區(qū)0～3偏移地址處，2字節(jié)的sapre區(qū)ECC放在spare區(qū)4~5偏移地址處。頁讀函數(shù)如下：

// Block為Nand塊區(qū)號，Page為對應(yīng)塊中的頁號，Buffer為數(shù)據(jù)緩存區(qū)

static intNand_ReadPage(unsigned int Block, unsigned int Page,

unsigned char*Buffer)

{

unsigned int i;

unsigned int MECC, SECC;

if (Buffer == (unsigned char *)0) {

return 1; // 緩沖區(qū)為空，參數(shù)錯(cuò)誤

}

Page &= (64-1); // 64 pagein one block

Page += (Block << 6); //Block轉(zhuǎn)換為頁數(shù)

NF_INIT_MECC(); // main區(qū)ECC清空

NF_INIT_SECC(); // spare區(qū)ECC清空

NF_MECC_UNLOCK(); // main區(qū)ECC解鎖，開始ECC計(jì)算

NF_CE_ENABLE(); // 使能片選

NF_CLEAR_RB(); // 清數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)志

NF_CMD(NAND_CMD_READ0);// page read cycle 1

NF_ADDR(0); // column address

NF_ADDR(0); // columu address

NF_ADDR(Page & 0xff); // 寫入3字節(jié)的頁地址

NF_ADDR((Page>>8) & 0xff);

NF_ADDR((Page>>16) & 0xff);

NF_CMD(NAND_CMD_READSTART); // page readcycle 2

NF_WAIT_READY(); // 等待命令完成

for (i=0; i<2048; i++) { // 讀取main區(qū)數(shù)據(jù)

Buffer[i] = NF_READ_BYTE();

}

NF_MECC_LOCK(); // 鎖定main ECC

NF_SECC_UNLOCK(); // 解鎖spare ECC

MECC = NF_READ_WORD(); // spare區(qū)前4字節(jié)為main區(qū)ECC

// main區(qū)的ECC放入到NFMECCD0/1中相應(yīng)的位中

rNFMECCD0=((MECC&0xff00)<<8) |(MECC&0xff);

rNFMECCD1=((MECC&0xff000000)>>8) |((MECC&0xff0000)>>16);

NF_SECC_LOCK(); // 鎖定spare ECC

// spare區(qū)第5,6這兩字節(jié)為spare區(qū)ECC,剩下部分未使用

SECC = NF_READ_WORD();

//