NAND FLASH控制器
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摘自：《嵌入式Linux应用开发完全手册》——韦东山 一、NAND Flash介绍和NAND Flash控制器的使用 NAND Flash在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘 常见的Flash有NOR Flash和NAND Flash，NOR Flash上进行读取的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，容量一般比较小；NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高，并且容量更大。一般NOR Flash用于存储程序，NAND Flash用于存储数据。 1）NAND Flash的物理结构 笔者用的开发板上NAND Flash型号是K9F1G08，大小为128M，下图为它的封装和外部引脚
*?NandFlash接口信号较少 *?数据宽度只有8Bit，没有地址总线。地址和数据总线复用，串行读取
? 2）K9F1G08功能结构图如下 ?
K9F1G08内部结构有下面一些功能部件 ①X-Buffers Latches & Decoders：用于行地址 ②X-Buffers Latches & Decoders：用于列地址 ③Command Register：用于命令字 ④Control Logic & High Voltage Generator：控制逻辑及产生Flash所需高压 ⑤Nand Flash Array：存储部件 ⑥Data Register & S/A：数据寄存器，读、写页时，数据存放此寄存器 ⑦Y-Gating ⑧I/O Buffers & Latches ⑨Global Buffers ⑩Output Driver 3）NAND Flash 存储单元组织结构图如下：
K9F1G08容量为1056Mbit，分为65536行（页）、2112列，每一页大小为2kb，外加64字节的额外空间，这64字节的额外空间的列地址为2048-2111 命令、地址、数据都通过IO0-IO7输入/输出，写入命令、地址或数据时，需要将WE、CE信号同时拉低，数据在WE信号的上升沿被NAND FLash锁存；命令锁存信号CLE、地址锁存信号ALE用来分辨、锁存命令或地址。 K9F1G08有128MB的存储空间，需要27位地址，以字节为单位访问Flash时，需要4个地址序列 NandFlash地址结构 *?NandFlash设备的存储容量是以页(Page)和块(Block)为单位的。*?Page=528Byte?(512Byte用于存放数据，其余16Byte用于存放其他信息，如块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等)。Block=32Page *?容量为64MB的NandFlash存储结构为：512Byte×32Page×4096Block *?NandFlash以页为单位进行读和编程（写）操作，一页为512Byte；以块为单位进行擦除操作，一块为512Byte*32page=16KB *?对于NAND设备，需要26根地址线，由于NAND设备数据总线宽度是8位的，因此必须经过4个时钟周期才能把全部地址信息接收下来
? *?可以这么说，第一个时钟周期给出的是目标地址在一个page内的偏移量，而后三个时钟周期给出的是页地址。*?由于一个页内有512Byte，需要9bit的地址寻址，而第一个时钟周期只给出了低8bit，最高位A8由不同的读命令(Read Mode2)来区分的。 4）.?NandFlash的命令?
NAND Flash访问方法 NAND Flash硬件连接如下图： ?
NAND Flash和S3C2440的连线包括，8个IO引脚，5个使能信号（nWE、ALE、CLE、nCE、nRE）、1个状态引脚（R/B）、1个写保护引脚（nWP）。地址、数据和命令都是在这些使能信号的配合下，通过8个IO引脚传输。写地址、数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在 nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存使能信号ALE用来区别IO引脚上传输的是命令还是地址。 命令字及操作方法 ?? ? ? ?操作NAND Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读写数据，这个期间要检查Flash的状态。K9F1G08容量为128MB，需要一个27位的地址，发出命令后，后面要紧跟着4个地址序列。 下图为K9F1G08的命令字
下图为K9F1G08的地址序列
K9F1G08有2112列，所以必须使用A0-A11共12位来寻址，有65535行，所以必须使用A12-A27共16位来寻址。 3）S3C2440 NAND Flash控制器介绍 NAND Flash的读写操作次序如下： ①设置NFCONF配置NAND Flash ②向NFCMD寄存器写入命令 ③向NFADDR寄存器写入地址 ④读写数据：通过寄存器NFSTAT检测NAND Flash的状态，在启动某个操作后，应该检测R/nB信号以确定该操作是否完成、是否成功。 下面介绍这些寄存器： ①NFCONF：配置寄存器 ?? ? ? ?用来设置NAND Flash的时序参数，设置数据位宽，设置是否支持其他大小的页等。 ②NFCONT：控制寄存器 ?? ? ? ?用来使能NAND Flash控制器、使能控制引脚信号nFCE、初始化ECC，锁定NAND Flash等功能 ③NFCMD：命令寄存器 ?? ? ? ?用来发送Flash操作命令 ④NFADDR：地址寄存器 ?? ? ? ?用来向Flash发送地址信号 ⑤NFDATA：数据寄存器 ?? ? ? ?读写此寄存器启动对NAND Flash的读写数据操作 ⑥NFSTAT：状态寄存器 ?? ? ? ?0：busy，1：ready 二、NAND Flash控制器操作实例：读Flash 1）读NAND Flash的步骤 ①设置NFCONF ?? ? ? ?在HCLK=100Mhz的情况下，TACLS=0，TWRPH0=3，TWRPH1=0，则 ?? ? ? ?NFCONF = 0x300 ?? ? ? ?使能NAND Flash控制器、禁止控制引脚信号nFCE，初始化ECC ?? ? ? ?NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0) ②操作NAND Flash前，复位 ?? ? ? ?NFCONT &= ~(1<<1)?? ? ? ?发出片选信号 ?? ? ? ?NFCMD = 0xff?? ? ? ?reset命令 ?? ? ? ?然后循环查询NFSTAT位0，直到等于1，处于就绪态 ?? ? ? ?最后禁止片选信号，在实际使用时再使能 ?? ? ? ?NFCONT |= 0x2?? ? ? ?禁止NAND Flash ③发出读命令 ?? ? ? ?NFCMD = 0?? ? ? ?读命令 ④发出地址信号 ⑤循环查询NFSTAT，直到等于1 ⑥连续读NFDATA寄存器，得到一页数据 ⑦最后禁止NAND Flash片选信号 ?? ? ? ?NFCONT |= (1<<1) ?2）代码详解 本实例的目的是把一部分代码存放在NAND Flash地址4096之后，当程序启动后通过NAND Flash控制器读出代码，执行。 连接脚本 nand.lds SECTIONS {? ??firtst ? 0x00000000 : { head.o init.o nand.o} ??second? 0x30000000 : AT(4096) { main.o } }? head.o init.o nand.o三个文件运行地址为0，生成的镜像文件偏移地址也为0 main.0的运行地址为0x30000000，生成的镜像文件偏移地址为4096 @****************************************************************************** @ File：head.s @ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行 @****************************************************************************** ? ? ?? ?? .text .global _start _start: ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???@函数disable_watch_dog,memsetup,init_nand,nand_read_ll在init.c中定义 ?? ? ? ? ? ?ldr ? ? sp,=4096 ? ? ? ? ? ??? @设置堆栈? ?? ? ? ? ? ?bl ? ? ?disable_watch_dog ? ? ??@关WATCH DOG ?? ? ? ? ? ?bl ? ? ?memsetup ? ? ? ? ? ? ???@初始化SDRAM ?? ? ? ? ? ?bl ? ? ?nand_init ? ? ? ? ? ? ??@初始化NAND Flash ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?@将NAND Flash中地址4096开始的1024字节代码(main.c编译得到)复制到SDRAM中 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?@nand_read_ll函数需要3个参数： ?? ? ? ? ? ?ldr ? ? r0,? ? =0x30000000 ??? @1. 目标地址=0x30000000，这是SDRAM的起始地址 ?? ? ? ? ? ?mov ? ? r1,? ? #4096 ? ? ??? ? @2. ?源地址 ? = 4096，连接的时候，main.c中的代码都存在NAND Flash地址4096开始处 ?? ? ? ? ? ?mov ? ? r2,? ? #2048 ? ??? ? ? @3. ?复制长度= 2048(bytes)，对于本实验的main.c，这是足够了 ?? ? ? ? ? ?bl ? ? ?nand_read ? ? ? ? ? ? ??@调用C函数nand_read @设置栈 ?? ? ? ? ? ?ldr ? ? lr,=halt_loop ? ??? ? ?@设置返回地址 ?? ? ? ? ? ?ldr ? ? pc,=main ? ? ? ? ? ??? @b指令和bl指令只能前后跳转32M的范围，所以这里使用向pc赋值的方法进行跳转 halt_loop: ?? ? ? ? ? ?b ? ? ? halt_loop ?
init.c 用于初始化操作
/* WOTCH DOG register */
#define? WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
?
/* SDRAM regisers */
#define? MEM_CTL_BASE 0x48000000
void disable_watch_dog();
void memsetup();
/*上电后，WATCH DOG默认是开着的，要把它关掉 */
void disable_watch_dog()
{
WTCON = 0;
}
/* 设置控制SDRAM的13个寄存器 */
void memsetup()
int? i = 0;
unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
?? ?/* SDRAM 13个寄存器的值 */
?? ?unsigned long ?const ? ?mem_cfg_val[]={ 0x22011110,? ? //BWSCON
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x00000700,? ? //BANKCON0
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x00018005,? ? //BANKCON6
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x008C07A3,? ? //REFRESH
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x000000B1,? ? //BANKSIZE
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x00000030,? ? //MRSRB6
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?};
for(; i < 13; i++)
p[i] = mem_cfg_val[i];
?
nand.c 用于操作nand flash
#define BUSY ? ? ? ? ? ?1
#define NAND_SECTOR_SIZE_LP ? ?2048?? ? ? ?//K9F1G08使用2048+64列
#define NAND_BLOCK_MASK_LP ? ? (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)
typedef unsigned int S3C24X0_REG32;
typedef struct {
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFCONF;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFCONT;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFCMD;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFADDR;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFDATA;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFMECCD0;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFMECCD1;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFSECCD;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFSTAT;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFESTAT0;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFESTAT1;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFMECC0;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFMECC1;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFSECC;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFSBLK;
?? ?S3C24X0_REG32 ? NFEBLK;
} S3C2440_NAND;?? ??? ?//此结构体存储操作NAND Flash相关寄存器
?? ?void (*nand_reset)(void);
?? ?void (*wait_idle)(void);
?? ?void (*nand_select_chip)(void);
?? ?void (*nand_deselect_chip)(void);
?? ?void (*write_cmd)(int cmd);
?? ?void (*write_addr)(unsigned int addr);
?? ?unsigned char (*read_data)(void);
}t_nand_chip;?? ? ? ?//存储nand相关操作的函数地址
static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000;?? ? ? ?//s2c2440nand控制器地址
static t_nand_chip nand_chip;
/* 供外部调用的函数 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size);
/* NAND Flash操作的总入口,它们将调用S3C2440的相应函数 */
static void nand_reset(void);
static void wait_idle(void);
static void nand_select_chip(void);
static void nand_deselect_chip(void);
static void write_cmd(int cmd);
static void write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char read_data(void);
/* S3C2440的NAND Flash处理函数 */
static void s3c2440_nand_reset(void);
static void s3c2440_wait_idle(void);
static void s3c2440_nand_select_chip(void);
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void);
static void s3c2440_write_cmd(int cmd);
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char s3c2440_read_data(void);
/* S3C2440的NAND Flash操作函数 */
/* 复位 */
static void s3c2440_nand_reset(void)
?? ?s3c2440_nand_select_chip();
?? ?s3c2440_write_cmd(0xff); ?// 复位命令
?? ?s3c2440_wait_idle();
?? ?s3c2440_nand_deselect_chip();
/* 等待NAND Flash就绪 */
static void s3c2440_wait_idle(void)
?? ?int i;
?? ?volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFSTAT;
?? ?while(!(*p & BUSY))?? ? ???//*p=1表示就绪，跳出循环
?? ? ? ?for(i=0; i<10; i++);
/* 发出片选信号 */
static void s3c2440_nand_select_chip(void)
?? ?s3c2440nand->NFCONT &= ~(1<<1);
?? ?for(i=0; i<10; i++); ? ?
/* 取消片选信号 */
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void)
?? ?s3c2440nand->NFCONT |= (1<<1);
/* 发出命令 */
static void s3c2440_write_cmd(int cmd)
?? ?volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFCMD;
?? ?*p = cmd;
/* 发出地址 */
static void s3c2440_write_addr_lp(unsigned int addr)
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;
int col,page;
col = addr & NAND_BLOCK_MASK_LP;?? ? ???//取得列地址
page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP;?? ? ? ?//取得行地址
*p = col & 0xff;
/* 列地址 A0~A7 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (col >> 8) & 0x0f;?
/* 列地址 A8~A11 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = page & 0xff;
/* 行地址 A12~A19 */
*p = (page >> 8) & 0xff;
/* 行地址 A20~A27 */
*p = (page >> 16) & 0x03;
/* 行地址 A28~A29 */
/* 读取数据 */
static unsigned char s3c2440_read_data(void)
?? ?volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFDATA;
?? ?return *p;
/* 在第一次使用NAND Flash前，复位一下NAND Flash */
static void nand_reset(void)
?? ?nand_chip.nand_reset();
static void wait_idle(void)
?? ?nand_chip.wait_idle();
static void nand_select_chip(void)
?? ?nand_chip.nand_select_chip();
?? ?for(i=0; i<10; i++);
static void nand_deselect_chip(void)
?? ?nand_chip.nand_deselect_chip();
static void write_cmd(int cmd)
?? ?nand_chip.write_cmd(cmd);
static void write_addr(unsigned int addr)
?? ?nand_chip.write_addr(addr);
static unsigned char read_data(void)
?? ?return nand_chip.read_data();
/* 初始化NAND Flash */
void nand_init(void)
#define TACLS ? 0
#define TWRPH0 ?3
#define TWRPH1 ?0
?? ? ? ?nand_chip.nand_reset ? ? ? ? = s3c2440_nand_reset;
?? ? ? ?nand_chip.wait_idle ? ? ? ? ?= s3c2440_wait_idle;
?? ? ? ?nand_chip.nand_select_chip ? = s3c2440_nand_select_chip;
?? ? ? ?nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2440_nand_deselect_chip;
?? ? ? ?nand_chip.write_cmd ? ? ? ? ?= s3c2440_write_cmd;
?? ? ? ?nand_chip.write_addr ? ? ? ? = s3c2440_write_addr_lp;
?? ? ? ?nand_chip.read_data ? ? ? ? ?= s3c2440_read_data;
/* 设置时序 */
?? ? ? ?s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
?? ? ? ?/* 使能NAND Flash控制器,初始化ECC,禁止片选 */
?? ? ? ?s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
?? ?
?? ?/* 复位NAND Flash */
?? ?nand_reset();
/* 读函数 用于把nand flash中代码复制到sdram中*/
?? ?int i,j;
?? ?if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {
?? ? ? ?return ; ?
??/* 地址或长度不对齐 */
?? ?}
?? ?/* 选中芯片 */
?? ?nand_select_chip();
?? ?for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
?? ? ?/* 发出READ命令 */
?? ? ?write_cmd(0);
?? ? ?/* 写地址 */
?? ? ?write_addr(i);
?? ? ?write_cmd(0x30);
?? ? ?wait_idle();
?? ? ?for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++,i++) {
?? ? ? ? ?*buf = read_data();
?? ? ? ? ?buf++;
?? ? ?}
?? ?/* 取消片选信号 */
?? ?nand_deselect_chip();
?? ?return ;
main.c 很简单，点灯
#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
#define GPB5_out (1<<(5*2))
#define GPB6_out (1<<(6*2))
#define GPB7_out (1<<(7*2))
#define GPB8_out (1<<(8*2))
void ?wait(unsigned long dly)
for(; dly > 0; dly--);
int main(void)
unsigned long i = 0;
GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;
// 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出
GPBDAT = ~(1<<5) | ~(1<<7) | ~(1<<8);
while(1){
wait(30000);
GPBDAT = (~(i<<5)); // 根据i的值，点亮LED1-4
if(++i == 16)
i = 0;
}
return 0;
最后是Makefile
objs := head.o init.o nand.o main.o
nand.bin : $(objs)
arm-linux-ld -Tnand.lds -o nand_elf $^
arm-linux-objcopy -O binary -S nand_elf $@
arm-linux-objdump -D -m arm ?nand_elf > nand.dis
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<
%.o:%.S
clean:
rm -f ?nand.dis nand.bin nand_elf *.o
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