ARM开发步步深入之NandFlash 4KB突围

实验目的：突破4KB的Steppingstone存储空间限制，读取NandFlash中4KB后的代码实现“点灯大法”，借此掌握NandFlash的操作。?
实验环境及说明：恒颐S3C2410开发板H2410。H2410核心板的NandFlash选用的是三星片上(SOP)K9F1208U0M，该NandFlash容量为64MB。?
实验思路：开发板上电启动后，自动将NandFlash开始的4K数据复制到SRAM中，然后跳转到0地址开始执行。然后初始化存储控制器SDRAM，调用NandFlash读函数操作把4KB后的点灯代码复制到SDRAM中，跳到点灯代码的入口点实现点灯操作。?
知识掌握：NandFlash内部结构、命令字及存储控制器?
一、NandFlash内部结构?
不同开发板使用的NandFlash的型号可能不一样，本文只是以K9F1208U0M为例做个简单介绍。引脚描述如下所示：?

NandFlash存储单元结构图如下所示：?

Device、Block和Page之间的关系---1 Device = 4,096 Blocks = 4096*32 Pages = 128K Pages；1 Block = 32 Page；1 Page = 528 Byte = 512 Byte + 16 Byte。其中1 Page中包含有数据寄存器512 Byte和16 Byte的备用位用于ECC校验存储。所以有528 columns * 128K rows(Pages)。1 Page中的512 Byte的数据寄存器又分为两个部分1st 256 Bytes和 2nd 256 Bytes。用于数据存储的单元有 512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 MB，用于ECC校验单元有16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 2MB 。?
二、NandFlash命令字?
操作NandFlash时，先传输命令，然后传输地址，最后进行数据的读/写。K9F1208U0M的命令字如下所示：?

由于寻址需要26bit的地址，该26bit地址通过四个周期发送到NandFlash，如下图所示：?

Read 1操作：该操作是对512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 M的数据寄存器进行寻址。第一个周期发送A7~A0的8bit Column地址，8bit的寻址范围是0~255，只能对1st 256 Bytes部分进行寻址。00h命令是1st 256 Bytes部分寻址。当发送01h命令时，A8将会被置1，此时寻址范围变成了256~511了，所以01h命令是对2nd 256 Bytes部分进行寻址。(*注意：A8在发送00h命令后被清0，在发送01h命令后被置1，并且在发送01h对2nd寻址完毕后，A8会自动清0，指针会自动地指向1st)；第二个周期的A9~A13的5bit是对Page进行寻址(因为1 Block = 32 Pages，5bit的寻址范围是0~31，可以对1 Block里面的所有Page进行寻址)。A14~A25的12bit则是对Block进行寻址，12bit的寻址范围是0~4095，对整个Device的4096个Blocks进行寻址。Read 2操作：该操作是对16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks =2MB的备用位(ECC)进行寻址。50h命令为Read2操作，对1 Page里面的后16 Byte寻址。这样，通过四个周期的发送即可对整个Device的所有存储单元进行寻址。?
三、NandFlash存储控制器?
S3C2410为简化对NandFlash的操作，提供了一组NandFlash控制器来实现对K9F1208U0M命令字的操作，主要有配置寄存器NFCONF、控制寄存器NFCONT、命令寄存器NFCMD、地址寄存器NFADDR、数据寄存器NFDATA和状态寄存器NFSTAT。?
★NFCONF被用来使能/禁止NandFlash控制器、使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC、设置NandFlash的时序参数。TACLS、TWRPH0、TWRPH1---这三个参数控制着NandFlash信号线CLE/ALE与写控制信号new的时序关系。根据NandFlash的Datasheet中对其最小读/写/控制时间的要求，联系HCLK实际取值一般为100MHz，可以设这三个参数分别为1：3：1个HCLK即可(貌似ViVi中是1：3：1)，这样可以满足其时序要求。?
★NandFlash状态寄存器NFSTAT。只用到最低位[0]，0：busy；1：ready。?
NandFlash存储控制器根据OM[1:0]位的取值可以工作在①自动启动模式---OM[1:0]=00时，复位之后，NandFlash的最先4KB的代码被复制到Steppingstone中即内部4KB的SRAM。Steppingstone被映射为Bank0(nGS0)，且CPU在此4KB内部SRAM中开始执行启动代码；②NandFlash模式。?
示例代码解析：?
★head.S头文件来设置SDRAM，设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行。?
.equ??????? MEM_CTL_BASE,?????? 0x48000000?
.text?
.global _start?
_start:?
??? bl? disable_watch_dog?????????????? @关门喂狗?
??? bl? mem_control_setup?????????????? @设置存储控制器?
??? ldr sp,=4096???????????????????????????????? @设置栈指针，以下C函数调用前需要设好栈?
??? bl? nand_init????????????????????????????????? @初始化NandFlash?
@将NandFlash中地址4096开始的1024字节代码(led.c编译得到)复制到SDRAM中?
??? ldr? r0,=0x30000000????????????????? @目标地址=0x30000000，SDRAM起始地址?
??? mov? r1,#4096??????????????????????????? @源地址=4096，连接的时候led代码在4096开始处?
??? mov? r2,#1024??????????????????????????? @复制长度=1024，对于本实验的led足够?
??? bl? nand_read????????????????????????????? @调用C函数nand_read?
??? ldr? lr,=halt_loop???????????????????????? @设置返回地址?
??? ldr? sp,=0x34000000???????????????? @重新设置栈?????
??? ldr? pc,=main?????????????????????????????? @使用向pc赋值的方法进行跳转到点灯代码?
halt_loop:?
??? b? halt_loop?
★nand.c文件实现NandFlash的初始化和数据读取?
#define BUSY? 1?
typedef unsigned long S3C2410_REG32;? //貌似此处定义为unsigned int反汇编结果一样的，也没问题。猜可能是ARM指令直接按32位存储了吧，知道的可以和我说一下！ ?
/* NandFlash结构体 */?
typedef struct {?
??? S3C2410_REG32?? NFCONF;?
??? ......?
??? S3C2410_REG32?? NFECC;?
}S3C2410_NAND;?
static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000;?
/* 供外部调用的函数声明 */?
void nand_init(void);?
void nand_read(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size);?
/* S3C2410的NandFlash处理函数声明 */?
static void s3c2410_nand_reset(void);?
......?
static unsigned char s3c2410_read_data();?
/* S3C2410的NandFlash操作函数实现 */?
/* 复位 */?
static void s3c2410_nand_reset(void)?
{?
??? s3c2410_nand_select_chip();?
??? s3c2410_write_cmd(0xff);? //发命令字0xFF实现复位操作复位?
??? s3c2410_wait_idle();?
??? s3c2410_nand_deselect_chip();?
}?
/* 等待NandFlash就绪 */?
static void s3c2410_wait_idle(void)?
??? int i;?
??? volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFSTAT;?
??? while(!(*p & BUSY))?
??????? for(i=0; i<10; i++);?
/* 发出片选信号 */?
static void s3c2410_nand_select_chip(void)?
??? s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11);? //对NFCONF的11位写0，激活NandFlash?
??? for(i=0; i<10; i++);?????
/* 取消片选信号 */?
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)?
??? s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11);? //对NFCONF的11位写1，使NandFlash不活动?
/* 发出命令 */?
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)?
??? volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;?
??? *p = cmd;?
/* 发出地址 */?
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr)?
??? volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR;?
??? *p = addr & 0xff;?
??? for(i=0; i<10; i++);?
??? *p = (addr >> 9) & 0xff;?
??? *p = (addr >> 17) & 0xff;?
??? *p = (addr >> 25) & 0xff;?
/* 读取数据 */?
static unsigned char s3c2410_read_data(void)?
??? volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;?
??? return *p;?
//设置TACLS、TWRPH0、TWRPH1三者的值，貌似ViVi等代码中TWRPH0设为3，不知这样的好处，知道的可以告诉我！ #define TACLS?? 0?
#define TWRPH0? 2?
#define TWRPH1? 0?
/* 初始化NandFlash */?
void nand_init(void)?
??? /* 使能NandFlash控制器,初始化ECC,禁止片选,设置时序 */?
??? s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);?
??? /* 复位s3c2410 NandFlash */?
??? s3c2410_nand_reset();?
#define NAND_SECTOR_SIZE??? 512?
#define NAND_BLOCK_MASK???? (NAND_SECTOR_SIZE - 1)?
/* 读函数 */?
??? int i,j;?
??? if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {?
??????? return ;??? /* 地址或长度不对齐 */?
??? }?
??? /* 选中芯片 */?
??? for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {?
????? /* 发出READ0命令 */?
????? s3c2410_write_cmd(0);?
????? /* 写地址*/?
????? s3c2410_write_addr(i);?
????? /*等待*/?
????? s3c2410_wait_idle();?
????? for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++,i++) {?
????????? *buf = s3c2410_read_data();?
????????? buf++;?
????? }?
??? /* 取消片选信号 */?
??? return ;?
};