Nand Flash介绍和Nand Flash控制器使用

一、Flash介绍

??? 常用的flash类型有NOR Flash 和Nand Flash 两种；

??? （1）Nor Flash

????1、Nor Flash的接口和RAM完全相同，可以随机访问任意地址的数据，在其上进行读操作的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，另外，Nor Flash的容量一般比较小，通常，Nor Flash用于存储程序；
????2、Nor Flash的块大小范围为64KB—128KB；
????3、擦写一个Nor Flash块需要4s，
??? 4、市场上Nor Flash 的容量通常为1MB—4MB

??? （2）Nand Flash
?? ?1、Nand Flash的接口仅仅包含几个I/O引脚，需要串行地访问，Nand Flash进行擦除和写操作的效率很高，容量较大，

通常Nand Flash用于存储数据；
??? 2、Nand Flash的块大小范围为8KB—64KB；
????3、擦写一个Nand Flash块需要2ms；
??? 4、Nand Flash 一般以512字节为单位进行读写
??? 5、?市场上 Nand Flash 的容量一般为 8M—512M

?

二、Nand? Flash的物理结构

??? 以三星公司生产的 K9F1208U0M? 为例：

????1、容量：64MB，

????????????????????? 一共4个层；

??????????????????????每层1024个块（block）；

??????????????????????1块包含32页

??????????????????????1页包含 512 + 16? = 528个字节

?

?

????2、外部接口：8个I/O口，5个使能信号（ALE、CLE、nWE、nRE、nCE），1个状态引脚（RDY/B），1个写保护引脚（nWE）；????????????

????3、命令、地址、数据都通过8个I/O口输入输出；

??? 4、写入命令、地址、数据时，都需要将nWE、nCE信号同时拉低；数据在WE上升沿被锁存；

??? 5、CLE、ALE用来区分I/O引脚上传输的是数据还是地址；

????6、64MB的空间需要26位地址，因此以字节为单位访问Flash时需要4个地址序列；

??? 7、读/写页在发出命令后，需要4个地址序列，而擦除块在发出擦除命令后仅需要3个地址序列；

?

三、Nand Flash访问方法

????? 操作Nand? Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读、写数据，期间要检查flash的状态；

????? K9F1208U0M? 一页大小为528字节，而列地址A0——A7可以寻址的范围是256字节，所以将一页分为A、B、C三个区：

?????????????????A区：0—255字节

???????????????? B区：256—511字节

???????????????? C区：512—527字节

?（0）Nand Flash 初始化?


void NF_Init(void)?
{?
? ? /* 设置 Nand Flash 配置寄存器,每一位的取值见1.3 节 */?
? ? rNFCONF=(1<< 15)|(1<<14)|(1<< 13)|(1<<12)|(1<< 11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);?
? ? /* 复位外部 Nand Flash 芯片 */?
? ? NF_Reset();?
}

（1）复位

????????? 命令：FFh

??????????步骤：发出命令即可复位Nand Flash芯片；

?static void NF_Reset(void)?
{?
? ? int i;?
? ? ?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? ? ? /* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0xFF); ? ? ? ?/* 复位命令 ? ? ? ? ?*/?
? ? for(i=0;i< 10;i++); /* 等待tWB = 100ns. ? ? ? */?
? ? NF_WAITRB(); ? ? ? ?/* wait 200~500us; ? ? ?*/?
? ? NF_nFCE_H(); ? ? ? ?/* 取消Nand Flash 选中*/?
}

（2）读操作

????????? 命令：

???????????????? 00h——读A区

???????????????? 01h——读B区

???????????????? 50h——读C区

???????????操作步骤：

????????????? 1、发出命令 00h、01h 或50h，? 00h将地址位A8设为0，? 01h将A8设为1?；

??????????????2、依次发出4个地址序列；

????????????? 3、检测R/nB，待其为高电平时，就可以读取数据了；

参数说明：block ：块号?
? ? ? ? ? page ：页号?
? ? ? ? ? buffer ：指向将要读取到内存中的起始位置?
返回值：1：读成功?
? ? ? ? 0 ：读失败?
static int NF_ReadPage(unsigned int block,unsigned int page,unsigned char *buffer)?
{?
? ? int i;?
? ? unsigned int blockPage;?
? ? unsigned char ecc0,ecc1,ecc2;?
? ? unsigned char *bufPt=buffer;?
? ? unsigned char se[16];?
? ? ?
? ? page=page&0x1f;?
? ? blockPage=(block<<5)+page;?
? ? NF_RSTECC(); ? ? ?/* 初始化 ECC ? ? ? ? ? ? ?*/?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? ? /* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0x00); ? ? ?/* 从A 区开始读 ? ? ?*/?
? ? NF_ADDR(0); ? ? ? /* ?A0~A7 位(Column Address) ? ? ?*/?
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff); ? ? ? ?/* A9-A 16,(Page Address) */?
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); ? ? ? ?/* A17-A24,(Page Address) */?
? ? NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); ?/* A25,? ? (Page Address) */?


? ? /* 等待Nand Flash 处于再准备状态 */?
? ? for(i=0;i< 10;i++);?
? ? NF_WAITRB(); ? ? ? /*等待 tR(max 12us) */?
? ? /* 读整个页,512 字节 ? ? ? ? ? ? */?
? ? for(i=0;i<512;i++)?
? ? {?
? ? ? ? ?*bufPt++=NF_RDDATA();?
? ? }?
? ? ?
? ? /* 读取 ECC 码 */?
? ? ecc0=rNFECC0;?
? ? ecc 1=rNFECC 1;?
? ? ecc2=rNFECC2;?

/* 读取该页的OOB 块 */?
? ? for(i=0;i< 16;i++)?
? ? {?
? ? ? ? ?se[i]=NF_RDDATA();?
? ? }?
? ? ?
? ? NF_nFCE_H(); ? ? ? ?/* 取消Nand Flash 选中*/?


? ? /* 校验 ECC 码,并返回 */?
? ? if(ecc0==se[0] && ecc 1==se[1] && ecc2==se[2])?
? ? ? ? ? ?return 1;?
? ? else?
? ? ? ? ? return 0;?
}?

（3）flash编程

????????? ? 命令：

?????????????????? 80h——10h?：写单页；

???????????????????80h——11h?：对多个层进行些页操作；????

?????????????操作步骤：

?????????????????1、写单页步骤：

??????????????????????????? 【1】发出80h命令后；

????????????????????????????【2】发送4个地址序列；

????????????????????????????【3】向flash发送数据；

????????????????????????????【4】发出命令10h启动写操作，flash内部自动完成写、校验操作；

????????????????????????????【5】通过命令70h读取状态位，查询写操作是否完成；

??????????????????2、多页写

????????????????????????????【1】发出80h、4个地址序列、最多528字节的数据；

????????????????????????????【2】发出11h命令；

????????????????????????????【3】接着在相邻层执行【1】、【2】两步操作；

????????????????????????????【4】第四页的最后使用10h代替11h，启动flash内部的写操作；

????????????????????????????【5】可以通过71h查询写操作是否完成；

以页为单位写入.?
参数说明：block ? ? ? ?块号?
? ? ? ? ? page ? 页号?
? ? ? ? ? buffer ?指向内存中待写入Nand flash 中的数据起始位置?
返回值: ? ? ?0 ：写错误?
? ? ? ? ?1：写成功?
static int NF_WritePage(unsigned int block,unsigned char *buffer)?
{?
? ? int i;?
? ? unsigned int blockPage = (block<<5)+page;?
? ? unsigned char *bufPt = buffer;?


? ? NF_RSTECC(); ? ? ?/* 初始化 ECC ? ? ? ? ? ?*/?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? /* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0x0); ? ? ?/* 从A 区开始写 ? ? ?*/?
? ? NF_CMD(0x80); ?/* 写第一条命令 ? ? ?*/?
? ? NF_ADDR(0); ? ? ?/* A0~A7 位(Column Address) ? ? */?
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff); ? ? ?/* A9-A 16,(Page Address) */?
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); ? ? ?/* A17-A24,? ?(Page Address) */?


? ? for(i=0;i<512;i++)?
? ? {?
? ? ? ? NF_WRDATA(*bufPt++); ? ? ? ? ? ?/* 写一个页512 字节到 Nand Flash 芯片 */?
? ? }?
? ? ?
? ? /*?
? ? * OOB 一共16 Bytes,每一个字节存放什么由程序员自己定义,通常,?
? ? * 我们在 Byte0-Byte2 存 ECC 检验码. Byte6 存放坏块标志.?
? ? */?
? ? seBuf[0]=rNFECC0; ?/* 读取 ECC 检验码 0 */?
? ? seBuf[1]=rNFECC 1; ?/* 读取 ECC 检验码 1 */?
? ? seBuf[2]=rNFECC2; ?/* 读取 ECC 检验码 2 */?
? ? seBuf[5]=0xff; ? ? ? /* 非坏块标志 ? ? ? */?
? ? ?
? ? for(i=0;i< 16;i++)?
? ? {?
? ? ? ? NF_WRDATA(seBuf [i]); /* 写该页的OOB 数据块 ?*/?
? ? }?


? ? NF_CMD(0x10); ? ? /* 结束写命令 */?


? ? /* 等待Nand Flash 处于准备状态 */?
? ? for(i=0;i< 10;i++);?
? ? NF_WAITRB();?
??
? ? /* 发送读状态命令 ? ? ? ? ? ?Nand Flash */?
? ? NF_CMD(0x70);?
? ? for(i=0;i<3;i++);?

? if (NF_RDDATA()&0x1)?
? ? { ? /*如果写有错,则标示为坏块 ? ?*/?
? ? ? ? NF_nFCE_H(); ?/* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? ? ? NF_MarkBadBlock(block);?
? ? ? ? return 0;?
? ? } else { /* 正常退出 */?
? ? ? ? NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? ? ? return 1;?
? ? }?
}?

（4）复制

???????????????命令：

???????????????????? 00h——8Ah——10h? ：单层页内复制

???????????????????? 03h——8Ah——11h? ：多层页内复制

???????????????操作步骤：

?????????????????? 1、单层页内复制步骤：

????????????????????????????【1】发出命令00h；

??????????????????????????? 【2】4个源地址序列；

????????????????????????????【2】接着发出8Ah；

????????????????????????????【4】发出4个目的地址序列；

??????????????????????????? 【5】发出10h命令，启动写操作；

????????????????????????????【6】通过70h命令读取状态查询操作是否完成；

???????????????????2、多层页内复制步骤：

?????????????????????????????【1】发出命令00h（第一层）、4个源页地址序列；

???????????????????????????? 【2】以后各层依次发出命令03h、4个源页地址序列；

???????????????????????????? 【3】发出命令8Ah、目的地址、命令11h；

?????????????????????????????【4】各层依次执行【3】，在最后一页的地址后，用10h代替11h，启动写操作；

???????????????????????????? 【5】通过71h命令读取状态查询操作是否完成；

（5）擦除

?????????????? 命令：

???????????????????? 60h——D0h? ：单层内块擦除

?????????????????????60h-60h ——D0h? ：多层内块擦除

?????????????? 操作步骤：

??????????????????1、单层内块擦除：

??????????????????????????????【1】发出命令字60h；

??????????????????????????????【2】发出块（block）地址，仅需3个地址序列；

??????????????????????????????【3】发出D0h，启动擦除操作；

????????????????????????????? 【4】发出70h命令查询状态，是否完成擦除；

???????????????????2、多层内块擦除：

??????????????????????????????【1】发出命令字60h，3个块地址序列；

??????????????????????????????【2】对每个层执行【1】；

????????????????????????????? 【3】发出命令D0h，启动擦除操作；

??????????????????????????????【4】发出71h命令查询状态，检查是否完成擦除；

（6）读取芯片ID

???????????????? 命令：90h

???????????????? 操作步骤：

???????????????????? 1、发出命令90h；

?????????????????????2、发出4个地址序列（均设为0）；

?????????????????????3、连续读入5个数据，分别表示：厂商代码、设备代码、保留字节、多层操作代码；

返回值为Nand flash 芯片的 ID 号?


unsigned short ?NF_CheckId(void)?
{?
? ? int i;?
? ? unsigned short id;?
? ? ?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? ? ? ? ?/* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0x90); ? ? ? ? ? /* 发送读ID 命令到 Nand Flash 芯片 */?
? ? NF_ADDR(0x0); ? ? ? ? ? /* 指定地址 0x0 ，芯片手册要求 ? ?*/?
? ? for(i=0;i< 10;i++); ? ? ?/* 等待tWB = 100ns. ? ? ? ? ? */?
? ? id=NF_RDDATA()<<8; ?/* 厂商ID(K9S 1208V:0xec) ? ? ? ? ?*/?
? ? id|=NF_RDDATA(); ? ? ? ? /* 设备 ID(K9S 1208V:0x76) ?*/?
? ? NF_nFCE_H(); ? ? ? ? ? ? /* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? return id;?
}?

（7）读状态

?????????????????命令：

???????????????????????70h——单层状态

?????????????????????? 71h——多层状态

???????????????? 操作步骤：写入命令字之后，然后启动读操作即可读入此寄存器。

（8）Nand flash 标记坏块?


如果是坏块,通过写 OOB 块的Byte6 把该块标记为坏块。?
参数说明：block 块号?
返回值：1：ok ，成功完成标记。?
? ? ? ? 0 ：表示写OOB 块正确.?
static int NF_MarkBadBlock(unsigned int block)?
{?
? ? int i;?
? ? unsigned int blockPage=(block<<5);?
??
? ? seBuf[0]=0xff;?
? ? seBuf[1]=0xff;?
? ? seBuf[2]=0xff;?
? ? seBuf[5]=0x44; ? ? ?/* 设置坏块标记 */?
? ? ?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? ? /* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0x50); ? ? ? ? /* 从C 区开始写 ? ?*/?
? ? NF_CMD(0x80); ? ? ? ? /* 发送编程命令,让Nand Flash 处理写状态 */?
? ? NF_ADDR(0x0); ?/* ? ? ? ?A0~A7 位(Column Address) ? ? ? ? */?
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff); ? ? ? ? ? /* A9-A 16,(Page Address) */?
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); ? ? ? ? ? ?/* A17-A24,? ? ? ? ? (Page Address) */?
? ? ?
? ? /* 写OOB 数据块 */?
? ? for(i=0;i< 16;i++)?
? ? {?
? ? ? ? ?NF_WRDATA(seBuf [i]);?
? ? }?


? ? NF_CMD(0x10); ? ? ? ? /* 结束写命令 */?
? ? ?
? ? /* 等待NandFlash 准备好 */?
? ? for(i=0;i< 10;i++); ?/* tWB = 100ns. ? ? */?
? ? NF_WAITRB();

/*读NandFlash 的写状态 */?
? ? NF_CMD(0x70);?
? ? for(i=0;i<3;i++); ?/* twhr=60ns ?*/?
? ? if (NF_RDDATA()&0x1)?
? ? {?
? ? ? ? ? ? ? ? NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? ? ? ? ? ? ? return 0;?
? ? ?} else {?
? ? ? ? ? ? ? ? NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? }?
? ? return 1;?
}?

（9）Nand Flash 检查坏块?


检查指定块是否是坏块.?
参数说明：block ：块号?
返回值：1：指定块是坏块?
? ? ? ? 0 ：指定块不是坏块。?
static int NF_IsBadBlock(U32 block)?
{?
? ? int i;?
? ? unsigned int blockPage;?
? ? U8 data;?
? ? ? ? ?
? ? blockPage=(block<<5);?
? ? NF_nFCE_L(); ? ? ? ?/* 片选 Nand Flash 芯片*/?
? ? NF_CMD(0x50); ? ? ? /* Read OOB 数据块 ? */?
? ? NF_ADDR(517&0xf); ?/* A0~A7 位(Column Address) ? ? ? ? */?
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16,(Page Address) */?
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); ? ? ? /* A17-A24,? ?(Page Address) */?


? ? /* 等待NandFlash 准备好 */?
? ? for(i=0;i< 10;i++); /* wait tWB(100ns) ?*/?
? ? NF_WAITRB();?


? ? /* 读取读出值 */?
? ? data=NF_RDDATA();?
? ? NF_nFCE_H(); ? ? /* 取消Nand Flash 选中*/?
? ? /* 如果data 不为0xff 时,表示该块是坏块 */?
? ? if(data != 0xff)?
? ? ? ? return 1;?
? ? else?
? ? ? ? return 0;?
}?

（10）擦除指定块中数据?


参数说明：block 块号?
返回值：0 ：擦除错误。（若是坏块直接返回0 ；若擦除出现错误则标记为坏块然后返回0）?

1 ：成功擦除。? ?static int NF_EraseBlock(unsigned int block)? ?{? ? ? ?unsigned int blockPage=(block<<5);? ? ? ?int i;? ? ? ?/* 如果该块是坏块,则返回 */? ? ? ?if(NF_IsBadBlock(block))? ? ? ? ? ?return 0;? ? ? ?NF_nFCE_L(); ? ? ?/* 片选 Nand Flash 芯片*/? ? ? ?NF_CMD(0x60); ? ? /* 设置擦写模式 ? ? ?*/? ? ? ?NF_ADDR(blockPage&0xff); ? ? ? /* A9-A 16,(Page Address),是基于块擦*/? ? ? ?NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); ? ? ? ?/* A17-A24,(Page Address) */? ? ? ?NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); ?/* A25,(Page Address) */? ? ? ?NF_CMD(0xd0); ? ? /* 发送擦写命令,开始擦写 */? ? ? ?/* 等待NandFlash 准备好 */? ? ? ?for(i=0;i< 10;i++); /* tWB(100ns) */? ? ? ?NF_WAITRB();? ? ? ?/* 读取操作状态 ? ? ? ? */? ? ? ?NF_CMD(0x70);? ? ? ?if (NF_RDDATA()&0x1)? ? ? ?{? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NF_MarkBadBlock(block); /* 标记为坏块 */? ? ? ? ? ? ? ? ? ?return 0;? ? ? ?} ?else ?{? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/? ? ? ? ? ? ? ? ? ?return 1;? ? ? ?}? ?}?