uboot移植中对NAND Flash读数据时地址移位的疑惑

发布时间：2020-12-15 07:09:49 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：移植环境： Linux系统：Fedora9 交叉编译环境：arm-linux-gcc4.4.3 目标板:华中科技大学惠世科技S3C2440实验箱，采用SAMSUNG公司型号为K9F2G08U0B 的 256M*8Bit?NAND?Flash?Memory 1.? NAND?Flash的组织结构 ? NAND? F lash 芯片的存储空间是按照块和页的概

移植环境：

Linux系统：Fedora9

交叉编译环境：arm-linux-gcc4.4.3

目标板:华中科技大学惠世科技S3C2440实验箱，采用SAMSUNG公司型号为K9F2G08U0B的256M*8Bit?NAND?Flash?Memory

1.?NAND?Flash的组织结构

?NAND?Flash芯片的存储空间是按照块和页的概念来组织的。现在市面上的NAND主要按大页和小页两种存储类型来进行数据管理。以NAND型号K9F2G08U0B为例，该NAND为大页结构，即芯片每块(Block)有64页(Page)，每页有2K?Byte的数据存储区和64Byte的冗余数据区（用来存放ECC校验码）。2K?Byte的数据存储区作为数据缓冲单元，用来实现I/0缓冲和存储器之间的数据传输。

?NAND?Flash的物理层驱动主要涉及到：NAND?Flash的初始化（ID以及相关属性信息的读取）、擦除（以块作为单位），数据读写（以页作为基本单位）。在这一系列的过程中，会涉及到NAND?Flash命令的发送以及?NAND?Flash地址的发送。其中地址的发送会因NAND?Flash型号的不同而有所区别。一般来说，小页的?NAND?Flash其地址周期通常为4个:1个列地址(Column?Address)和3个行地址(Row?Address)，而对大页的NAND?Flash来说，列地址至少是2个周期，行地址会因芯片的容量大小而有所区别。本文采用的三星NAND?Flash芯片是2个列地址和3个行地址（行地址就是页地址，列地址为页内地址）。对于?NAND?FLASH?来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上并行传递。NAND?Flash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。NAND的数据传输方式有基本的I/O传输方式，即在I/O[7:0]数据线上进行的数据传输。这种操作的缺点是系统CPU要频繁参与控制数据的传输，会影响到数据传输速度。S3C2440芯片集成了?NAND?Flash控制寄存器，大大简化了对?NAND?Flash的操作。

K9F2G08U0B?Array?Organization

2.?NAND?Flash?中的坏块(Bad?Block)?

?NAND?Flash?中,一个块中含有?1?个或多个位是坏的,就称为其为坏块?Bad?Block。坏块的稳定性是无法保证的,也就是说,不能保证你写入的数据是对的,或者写入对了,读出来也不一定对的。与此对应的正常的块,肯定是写入读出都是正常的。坏块有两种:

?(1)?出厂时就有存在的坏块:

?一种是出厂的时候,也就是,你买到的新的,还没用过的?NAND?Flash,就可以包含了坏块。此类出厂时就有的坏块,被称作?factory?(masked)?bad?block?或?initial?bad/invalid?block,在出厂之前,就会做对应的标记,标为坏块。

?(2)?使用过程中产生的坏块:

?第二类叫做在使用过程中产生的,由于使用过程时间长了,在擦块除的时候,出错了,说明此块坏了,也要在程序运行过程中,发现,并且标记成坏块的。具体标记的位置,和上面一样。这类块叫做?worn-out?bad?block。即用坏了的块。

2.1坏块的标记

?具体标记的地方是,对于现在常见的页大小为2K的?NAND?Flash,是块中第一个页的?oob?起始位置的第1个字节（旧的小页面,pagesize是512B至256B的?NAND?Flash,坏块标记是第?6?个字节）。如果不是?0xFF,?就说明是坏块。相对应的是,所有正常的块,好的块,里面所有数据都是?0xFF?的。不过,对于现在新出的有些?Nand?Flash,很多标记方式,有些变化,有的变成该坏块的第一个页或者第二个页,也有的是,倒数最后一个或倒数第二个页,用于标记坏块的。具体的信息,请参考对应的?Nand?Flash?的数据手册,其中会有说明。对于坏块的标记,本质上,也只是对应的?flash?上的某些字节的数据是非?0xFF?而已,所以,只要是数据,就是可以读取和写入的。也就意味着,可以写入其他值,也就把这个坏块标记信息破坏了。对于出厂时的坏块,一般是不建议将标记好的信息擦除掉的。uboot?中有个命令是“nand?scrub”就可以将块中所有的内容都擦除了,包括坏块标记,不论是出厂时的,还是后来使用过程中出现而新标记的。一般来说,不建议用这个。其实最好的做法是,用“nand?erase”只擦除好的块,对于已经标记坏块的块,不要轻易擦除掉,否则就很难区分哪些是出厂时就坏的,哪些是后来使用过程中用坏的了。

2.2坏块的管理

?对于坏块的管理,在Linux系统中,叫做坏块管理(BBM,Bad?Block?Management),对应的会有一个表去记录好块,坏块的信息,以及坏块是出厂就有的,还是后来使用产生的,这个表叫做坏块表(BBT,Bad?Block?Table)?。在?Linux?内核?MTD?架构下的Nand?Flash驱动,和?Uboot?中?NAND?Flash?驱动中,在加载完驱动之后,如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描的话,那么都会去主动扫描坏块,建立必要的?BBT?的,以备后面坏块管理所使用。K9F2G08U0B建立BBT的流程图如下所示：

2.3坏块的比例

?而关于好块和坏块,Nand?Flash?在出厂的时候,会做出保证:

?1.关于好的,可以使用的块的数目达到一定的数目,比如三星的K9F2G08U0B,整个?Flash一共有2048个块,出厂的时候,保证好的块至少大于2008个,也就是意思是,你新买到这个型号的Nand?Flash,最坏的可能,?有?2048-2008=40个坏块。不过,事实上,现在出厂时的坏块,比较少,绝大多数,都是使用时间长了,在使用过程中出现的。

2.保证第一个块是好的,并且一般相对来说比较耐用。做此保证的主要原因是,很多?NandFlash?坏块管理方法中,就是将第一个块,用来存储上面提到的?BBT,否则,都是出错几率一样的块,那么也就不太好管理了,连放?BBT?的地方,都不好找了。一般来说,不同型号的Nand?Flash的数据手册中,也会提到自己的这个NAND?Flash,最多允许多少个坏块。

3.?移植uboot?NAND?Flash代码的疑问

参考Mini2440之U-boot使用及移植详细手册.pdf，移植NAND?Flash代码重定向时，新添加了nand_read.c源文件。摘录读取NAND?Flash读取数据函数如下：

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 static int nand_read_page_ll(struct boot_nand_t * nand,unsigned char *buf,?
 ?? ??unsigned long addr)
 {
 unsigned short *ptr16 = (unsigned short *)buf;
 unsigned int i,page_num;
 nand_clear_RnB();
 NFCMD = NAND_CMD_READ0;//发送读数据命令
 if (nand->page_size == 512) {
 /* Write Address */
 NFADDR = addr & 0xff;
 NFADDR = (addr >> 9) & 0xff;
 NFADDR = (addr >> 17) & 0xff;
 NFADDR = (addr >> 25) & 0xff;
 }?else if (nand->page_size == 2048) {
 page_num = addr >> 11; /* addr / 2048 */
 /* Write Address */
 NFADDR = 0;
 NFADDR = 0;
 NFADDR = page_num & 0xff;
 NFADDR = (page_num >> 8) & 0xff;
 NFADDR = (page_num >> 16) & 0xff;
 NFCMD = NAND_CMD_READSTART;
 }?else {
 return -1;
 }
 nand_wait();
 #if defined(CONFIG_S3C2410)
 for (i = 0; i < nand->page_size; i++) {
 *buf = (NFDATA & 0xff);
 buf++;
 }
 #elif defined(CONFIG_S3C2440) || defined(CONFIG_S3C2442)
 for (i = 0;?i < (nand->page_size>>1); i++) {//读2K字节数据
 *ptr16 = NFDATA16;
 ptr16++;
 }
 #endif
 return nand->page_size;
 }

参照K9F2G08U0B芯片手册，发送地址的时序如下图所示：

前两个周期发送A0~A11，为列地址，即页内地址。后三个周期发送A12~A28，为行地址，即页地址。但是程序中获取页地址是把地址addr右移11位，而不是12位。开始一直很困惑。经过一番探索之后才理解了其中缘由。首先需要了解NAND?Flash页内地址的结构，它分为Main?Field（2K）和Spare?Field（64Byte）两部分，而我们的数据是存放在2K当中，普通的数据读写不对后面64Byte操作，使用A0~A10地址就可实现对2K数据存储区的寻址。下图为K9F2G08U0B页内结构：

函数nand_read_page_ll传递进来的addr地址没有包含对Sapre?Field的寻址。所以只移11位，而不是移12位。NAND?Flash读取数据是以页为单位，当NAND?Flash接收到地址后，会把该页内addr&0x7F地址之后的数据依次输出包括Spare?Field。在nand_read_page_ll函数里，列地址为0，读取此页所有数据。所以for循环读数据时，只读前2K的内容后就跳出循环。

那如何只读取Sapre?Field中的内容呢？以检查K9F2G08U0B中某一块是否是坏块为例，我们需要读取该块第一页地址为2048处的数据是否为0xFF。摘录nand_read.c源文件中检查坏块函数is_bad_block如下：

点击(此处)折叠或打开

static int is_bad_block(struct boot_nand_t * nand,unsigned long i)

{

unsigned char data;

unsigned long page_num;

nand_clear_RnB();

if (nand->page_size == 512) {

NFCMD = NAND_CMD_READOOB; /* 0x50 */

NFADDR = nand->bad_block_offset & 0xf;

NFADDR = (i >> 9) & 0xff;

NFADDR = (i >> 17) & 0xff;

NFADDR = (i >> 25) & 0xff;

}?else?if?(nand->page_size == 2048)?{?????//K9F2G08U0B执行这里

page_num = i >> 11; /* addr / 2048 */

NFCMD = NAND_CMD_READ0;

NFADDR = nand->bad_block_offset & 0xff;

NFADDR = (nand->bad_block_offset >> 8) & 0xff;

NFADDR = page_num & 0xff;

NFADDR = (page_num >> 8) & 0xff;

NFADDR = (page_num >> 16) & 0xff;

NFCMD = NAND_CMD_READSTART;

} else {

return -1;

}

nand_wait();

data = (NFDATA & 0xff);????//读2048处一个字节数据

if (data != 0xff)

return 1;

return 0;

}

在这里只需把列地址的值设为2048，即0x80。此时就需要用到A11来寻址了。这里只需要读取第一个字节就可以了。

小结：

这里开始无法理解的原因是不知道传递进来的地址addr不包括对Spare?Feild的寻址，只有对2K数据的寻址。检查是否是坏块，是直接给列地址赋值为0x80，并没有用到传递进来的地址参数。

附nand_read.c源码(摘自Mini2440之U-boot使用及移植详细手册.pdf):

点击(此处)折叠或打开

*?nand_read.c:?Simple NAND read functions?for?booting from NAND

*?This?is?used by cpu/arm920/start.S assembler code,

*?and?the board-specific linker script must make sure this

*?file?is?linked within the first 4kB of NAND flash.

*?Taken from GPLv2 licensed vivi bootloader,

*?Copyright?(C)?2002 MIZI Research,?Inc.

*?Author:?Hwang,?Chideok?<hwang@mizi.com>

*?Date?:?$Date:?2004/02/04 10:37:37 $

*?u-boot integration?and?bad-block skipping?(C)?2006 by OpenMoko,?Inc.

*?Author:?Harald Welte?<laforge@openmoko.org>

#include?<common.h>

#include?<linux/mtd/nand.h>

#define __REGb(x)?(*(volatile unsigned char?*)(x))

#define __REGw(x)?(*(volatile unsigned short?*)(x))

#define __REGi(x)?(*(volatile unsigned?int?*)(x))

#define NF_BASE 0x4e000000

#if?defined(CONFIG_S3C2410)

#define NFCONF __REGi(NF_BASE?+?0x0)

#define NFCMD __REGb(NF_BASE?+?0x4)

#define NFADDR __REGb(NF_BASE?+?0x8)

#define NFDATA __REGb(NF_BASE?+?0xc)

#define NFSTAT __REGb(NF_BASE?+?0x10)

#define NFSTAT_BUSY 1

#define nand_select()?(NFCONF?&=?~0x800)

#define nand_deselect()?(NFCONF?|=?0x800)

#define nand_clear_RnB()?do?{}?while?(0)

#elif defined(CONFIG_S3C2440)?||?defined(CONFIG_S3C2442)

#define NFCONF __REGi(NF_BASE?+?0x0)

#define NFCONT __REGi(NF_BASE?+?0x4)

#define NFCMD __REGb(NF_BASE?+?0x8)

#define NFADDR __REGb(NF_BASE?+?0xc)

#define NFDATA __REGb(NF_BASE?+?0x10)

#define NFDATA16 __REGw(NF_BASE?+?0x10)

#define NFSTAT __REGb(NF_BASE?+?0x20)

#define NFSTAT_BUSY 1

#define nand_select()?(NFCONT?&=?~(1?<<?1))

#define nand_deselect()?(NFCONT?|=?(1?<<?1))

#define nand_clear_RnB()?(NFSTAT?|=?(1?<<?2))

#endif

static inline void nand_wait(void)

{

????int?i;

????while?(!(NFSTAT?&?NFSTAT_BUSY))

????for?(i=0;?i<10;?i++);

}

struct boot_nand_t?{

????int?page_size;

????int?block_size;

????int?bad_block_offset;

????//?unsigned long size;

};

#if?0

#if?defined(CONFIG_S3C2410)?||?defined(CONFIG_MINI2440)

/*?configuration?for?2410 with 512byte sized flash?*/

#define NAND_PAGE_SIZE 512

#define BAD_BLOCK_OFFSET 5

#define NAND_BLOCK_MASK?(NAND_PAGE_SIZE?-?1)

#define NAND_BLOCK_SIZE 0x4000

#else

/*?configuration?for?2440 with 2048byte sized flash?*/

#define NAND_5_ADDR_CYCLE

#define NAND_PAGE_SIZE 2048

#define BAD_BLOCK_OFFSET NAND_PAGE_SIZE

#define NAND_BLOCK_MASK?(NAND_PAGE_SIZE?-?1)

#define NAND_BLOCK_SIZE?(NAND_PAGE_SIZE?*?64)

#endif

/*?compile?time?failure?in?case?of an invalid configuration?*/

#if?defined(CONFIG_S3C2410)?&&?(NAND_PAGE_SIZE?!=?512)

#error?"S3C2410 does not support nand page size != 512"

#endif

static?int?is_bad_block(struct boot_nand_t?*?nand,?unsigned long i)

{

????unsigned char data;

????unsigned long page_num;

????nand_clear_RnB();

????if?(nand->page_size?==?512)?{

????????NFCMD?=?NAND_CMD_READOOB;?/*?0x50?*/

????????NFADDR?=?nand->bad_block_offset?&?0xf;

????????NFADDR?=?(i?>>?9)?&?0xff;

????????NFADDR?=?(i?>>?17)?&?0xff;

????????NFADDR?=?(i?>>?25)?&?0xff;

????}?else?if?(nand->page_size?==?2048)?{

????????page_num?=?i?>>?11;?/*?addr?/?2048?*/

????????NFCMD?=?NAND_CMD_READ0;

????????NFADDR?=?nand->bad_block_offset?&?0xff;

????????NFADDR?=?(nand->bad_block_offset?>>?8)?&?0xff;

????????NFADDR?=?page_num?&?0xff;

????????NFADDR?=?(page_num?>>?8)?&?0xff;

????????NFADDR?=?(page_num?>>?16)?&?0xff;

????????NFCMD?=?NAND_CMD_READSTART;

????}?else?{

????????return?-1;

????}

????nand_wait();

????data?=?(NFDATA?&?0xff);

????if?(data?!=?0xff)

????????return 1;

????return 0;

}

static?int?nand_read_page_ll(struct boot_nand_t?*?nand,?unsigned char?*buf,?unsigned long addr)

{

????unsigned short?*ptr16?=?(unsigned short?*)buf;

????unsigned?int?i,?page_num;

????nand_clear_RnB();

????NFCMD?=?NAND_CMD_READ0;

????if?(nand->page_size?==?512)?{

/*?Write Address?*/

????NFADDR?=?addr?&?0xff;

????NFADDR?=?(addr?>>?9)?&?0xff;

????NFADDR?=?(addr?>>?17)?&?0xff;

????NFADDR?=?(addr?>>?25)?&?0xff;

????}?else?if?(nand->page_size?==?2048)?{

????page_num?=?addr?>>?11;?/*?addr?/?2048?*/

/*?Write Address?*/

????NFADDR?=?0;

????NFADDR?=?page_num?&?0xff;

????NFADDR?=?(page_num?>>?8)?&?0xff;

????NFADDR?=?(page_num?>>?16)?&?0xff;

????NFCMD?=?NAND_CMD_READSTART;

????}?else?{

????????return?-1;

????}

????nand_wait();

#if?defined(CONFIG_S3C2410)

????for?(i?=?0;?i?<?nand->page_size;?i++)?{

????????*buf?=?(NFDATA?&?0xff);

????????buf++;

????}

#elif defined(CONFIG_S3C2440)?||?defined(CONFIG_S3C2442)

????for?(i?=?0;?i?<?(nand->page_size>>1);?i++)?{

????????*ptr16?=?NFDATA16;

????????ptr16++;

????}

#endif

????return nand->page_size;

}

static unsigned short nand_read_id()

{

????unsigned short res?=?0;

????NFCMD?=?NAND_CMD_READID;

????NFADDR?=?0;

????res?=?NFDATA;

????res?=?(res?<<?8)?|?NFDATA;

????return res;

}

extern unsigned?int?dynpart_size[];

/*?low level nand read?function?*/

int?nand_read_ll(unsigned char?*buf,?unsigned long start_addr,?int?size)

{

????int?i,?j;

????unsigned short nand_id;

????struct boot_nand_t nand;

????/*?chip Enable?*/

????nand_select();

????nand_clear_RnB();

????for?(i?=?0;?i?<?10;?i++)

????????;

????nand_id?=?nand_read_id();

????if?(0)?{?/*?dirty little hack?to?detect?if?nand id?is?misread?*/

????????unsigned short?*?nid?=?(unsigned short?*)0x31fffff0;

????????*nid?=?nand_id;

????}

????if?(nand_id?==?0xec76?||?/*?Samsung K91208?*/

????????nand_id?==?0xad76?)?{?/*Hynix HY27US08121A*/

????????nand.page_size?=?512;

????????nand.block_size?=?16?*?1024;

????????nand.bad_block_offset?=?5;

????????//?nand.size?=?0x4000000;

????}?else?if?(nand_id?==?0xecf1?||?/*?Samsung K9F1G08U0B?*/

????????nand_id?==?0xecda?||?/*?Samsung K9F2G08U0B?*/

????????nand_id?==?0xecd3?)?{?/*?Samsung K9K8G08?*/

????????nand.page_size?=?2048;

????????nand.block_size?=?128?*?1024;

????????nand.bad_block_offset?=?nand.page_size;

????????//?nand.size?=?0x8000000;

????}?else?{

????????return?-1;?//?hang

}

????if?((start_addr?&?(nand.block_size-1))?||?(size?&?(nand.block_size-1)))

????????return?-1;?/*?invalid alignment?*/

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

????#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_SKIP_BAD

????????if?(i?&?(nand.block_size-1)==?0)?{

????????????if?(is_bad_block(&nand,?i)?||

????????????is_bad_block(&nand,?i?+?nand.page_size))?{

????????????/*?Bad block?*/

????????????i?+=?nand.block_size;

????????????size?+=?nand.block_size;

????????????continue;

????????????}

????????}

????#endif

????????j?=?nand_read_page_ll(&nand,?buf,?i);

????????i?+=?j;

????????buf?+=?j;

????}

/*?chip Disable?*/

????nand_deselect();

????return 0;

}

（编辑：李大同）

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