Nor flash 以及nandflash原理总结

?一、NOR FLASH

?1.???? NOR FLASH的简单介绍?????

???????? NOR FLASH是很常见的一种存储芯片，数据掉电不会丢失。NOR FLASH支持Execute On Chip，即程序可以直接在FLASH片内执行。这点和NAND FLASH不一样。因此，在嵌入是系统中，NOR FLASH很适合作为启动程序的存储介质。NOR FLASH的读取和RAM很类似，但不可以直接进行写操作。对NOR FLASH的写操作需要遵循特定的命令序列，最终由芯片内部的控制单元完成写操作。

???????? 从支持的最小访问单元来看，NOR FLASH一般分为8位的和16位的（当然，也有很多NOR FLASH芯片同时支持8位模式和是16位模式，具体的工作模式通过特定的管脚进行选择）。对8位的NOR FLASH芯片，或是工作在8-BIT模式的芯片来说，一个地址对应一个BYTE（8-BIT）的数据。例如一块8-BIT的NOR FLASH，假设容量为4个BYTE。那芯片应该有8个数据信号D7-D0和2个地址信号，A1-A0。地址0x0对应第0个BYTE，地址0x1对应于第1BYTE，地址0x2对应于第2个BYTE，而地址0x3则对应于第3个BYTE。.
对16位的NOR FLASH芯片，或是工作在16-BIT模式的芯片来说，一个地址对应于一个HALF-WORD（16-BIT）的数据。例如，一块16-BIT的NOR FLASH，假设其容量为4个BYTE。那芯片应该有16个数据信号线D15-D0和1个地址信号A0。地址0x0对应于芯片内部的第0个HALF-WORD，地址0x1对应于芯片内部的第1个HALF-WORD。

FLASH一般都分为很多个SECTOR，每个SECTOR包括一定数量的存储单元。对有些大容量的FLASH，还分为不同的BANK，每个BANK包括一定数目的SECTOR。FLASH的擦除操作一般都是以SECTOR，BANK或是整片FLASH为单位的。

2.处理器和NOR FLASH的硬件连接

??????? 从前面的介绍，我们知道从处理器的角度来看，每个地址对应的是一个BYTE的数据单元。而，NOR FLASH的每个地址有可能对应的是一个BYTE的数据单元，也有可能对应的是一个HALF-WORD的数据单元。所以在硬件设计中，连接ARM处理器和NOR FLASH时，必须根据实际情况对地址信号做特别的处理。
如果ARM处理器外部扩展的是8-BIT的NOR FLASH，数据线和地址线的连接应该如图1所示。从图中我们可以看到，处理器的数据信号D0-D7和FLASH的数据信号D0-D7是一一对应连接的，处理器的地址信号A0-An和NOR FLASH的地址信号A0-An也是一一对应连接的。

?????? 如果ARM处理器外部扩展的是16-BIT的NOR FLASH，地址线必须要错位连接。图2给了一个ARM处理器和16-BIT NOR FLASH的连接示意图。如图2所示，ARM处理器的数据信号D0-D15和FLASH的数据信号D0-D15是一一对应的。而ARM处理器的地址信号和NOR FLASH的地址信号是错位连接的，ARM的A0悬空，ARM的A1连接FLASH的A0，ARM的A2连接FLASH的A1，依次类推。需要错位连接的原因是：ARM处理器的每个地址对应的是一个BYTE的数据单元，而16-BIT的FLASH的每个地址对应的是一个HALF-WORD（16-BIT）的数据单元。为了保持匹配，所以必须错位连接。这样，从ARM处理器发送出来的地址信号的最低位A0对16-BIT FLASH来说就被屏蔽掉了。

上面的描述可能比较抽象，下面让我们来看2个ARM处理器访问16-BIT FLASH的例子：
例子1：ARM处理器需要从地址0x0读取一个BYTE
1 - ARM处理器在地址线An-A0上送出信号0x0；
2 – 16-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址是0x0，然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上；
3 – ARM处理器知道访问的是16-BIT的FLASH，从D7-D0上读取所需要的一个BYTE的数据；
例子2：ARM处理器需要从地址0x1读取一个BYTE
1 - ARM处理器在地址线An-A0上送出信号0x1；
2 – 16-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址依然是0x0，然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上；
3 –ARM处理器知道访问的是16-BIT的FLASH，从D15-D8上读取所需要的一个BYTE的数据；

在上一个小节里，我们简单了解了ARM处理器和FLASH的硬件连接。在这个小节里面，我们从软件的角度来理解ARM处理器和FLASH的连接。对于8-BIT的FLASH的连接，很好理解，因为ARM处理器和8-BIT FLASH的每个地址对应的都是一个BYTE的数据单元。所以地址连接毫无疑问是一一对应的。如果ARM处理器连接的是16-BIT的处理器，因为ARM处理器的每个地址对应的是一个BYTE的数据单元，而16-BIT FLASH的每个地址对应的是一个HALF-WORD的16-BIT的数据单元。所以，也毫无疑问，ARM处理器访问16-BIT处理器的时候，地址肯定是要错开一位的。在写FLASH驱动的时候，我们不需要知道地址错位是由硬件实现的，还是是通过设置ARM处理器内部的寄存器来实现的，只需要记住2点：
1 – ARM处理器访问8-BIT FLASH的时候，地址是一一对应的；
2 – ARM处理器访问16-BIT FLASH的时候，地址肯定是错位的。这一点对理解后面的例子会很有帮助。

3.从软件角度来看ARM处理器和NOR FLASH的连接

在本节后面的描述中，我们使用了下面的2个定义：
U32sysbase; //该变量用来表示FLASH的起始地址
#define SysAddr16(sysbase,offset) ((volatile U16*)(sysbase)+(offset)) //用来方便对指定的FALSH地址进行操作
SysAddr16（sysbase,offset）首先定义了一个16-BIT HALF-WORD的指针，指针的地址为sysbase，然后根据offset做个偏移操作。因为HALF-WORD指针的地址是2个BYTE对齐的，所以每个偏移操作会使得地址加2。 最终，SysAddr16（sysbase,offset）相当于定义了一个HALF-WORD的指针，其最终地址为（sysbase + 2*offset）。在使用SysAddr16的时候，将sysbase设置成FLASH的起始地址，offset则可以理解为相对于FLASH起始地址的HALF-WORD偏移量或是偏移地址。假设FLASH的起始地址为0x10000000，SysAddr16(0x10000000,0)指向16-BIT FLASH的第0个HALF-WORD,SysAddr16(0x10000000,1)指向16-BIT FLASH的第1个HALF-WORD。依次类推。如果要将0xABCD分别写到FLASH的第0个和第1个HALF-WORD中去，可以用下面的代码：
*SysAddr16(0x10000000,0x0) = 0xABCD;
*SysAddr16(0x10000000,0x1) = 0xABCD;

二、NAND FLASH

1.NAND Flash 地址分类

NAND flash 以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成
所谓的三类地址：
Column Address：Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址，地址的低8
位
Page Address ：页地址
Block Address ：块地址
对于NAND Flash 来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度是8 位。

2、NAND Flash 地址的表示

512byte 需要9bit 来表示，对于528byte 系列的NAND，这512byte 被分成1st half Page Register 和2nd half Page Register，各自的访问由地址指针命令来选择，A[7:0]就是所
谓的column address（列地址），在进行擦除操作时不需要它，why？因为以块为单位擦除。32 个page 需要5bit 来表示，占用A[13:9]，即该page 在块内的相对地址。A8 这一位地址被用来设置512byte 的1st half page 还是2nd half page，0 表示1st，1 表示2nd。Block的地址是由A14 以上的bit 来表示。例如64MB（512Mb）的NAND flash（实际中由于存在spare area,故都大于这个值），共4096block，因此，需要12 个bit 来表示，即A[25:14]，如果是128MB(1Gbit) 的528byte/page的NAND Flash，则block address 用A[26:14]表示。而page address 就是blcok address|pageaddress in block NAND Flash 的地址表示为： Block Address|Page Address inblock|halfpage pointer|Column Address 地址传送顺序是Column Address,PageAddress,Block Address。由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。 例如，对于512Mbit x8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。

以NAND_ADDR 为例： 第1 步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上， 而halfpage pointer 即A8 是由操作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage 上进行读 写，而真正的A8 的值是不需程序员关心的。 第2 步就是将NAND_ADDR 右移9 位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上； 第3 步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O 上； 第4 步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O 上； 因此，整个地址传递过程需要4 步才能完成，即4-step addressing。 如果NAND Flash 的 容量是32MB（256Mbit）以下，那么，block adress 最高位只到bit24，因此寻址只需要3 步。