Nand Flash控制器

发布时间：2020-12-15 19:58:50 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：回忆一下，一上电以后，Nand Flash的前面4K就会被拷贝到2440的片内存里面。在前面几个程序，编译出来的程序都小于4K；如果我们编译出来的程序大于了4K，这时候Nand Flash的前面4K拷贝到2440的片内存里面，拷贝到2440里面的这4K的任务就是将更大的程序从Nand

回忆一下，一上电以后，Nand Flash的前面4K就会被拷贝到2440的片内存里面。
在前面几个程序，编译出来的程序都小于4K；如果我们编译出来的程序大于了4K，这时候Nand Flash的前面4K拷贝到2440的片内存里面，拷贝到2440里面的这4K的任务就是将更大的程序从Nand Flash里面读出来放到SDRAM里面去。

这里写图片描述

地址空间：

Nand Flash只有数据线，地址总线并没有跟CPU相连。

至少这里的寻址方法有两种：
1），SDRAM、DM9000（网卡）的地址总线接到2440上面的地址总线。
2），Nand Flash没有地址总线

显然至少可以得到一个结论：DM9000、Nand Flash的寻址方式不一样。

SDRAM、DM9000接在2440上的，与2440地址总线相连的，它们用的地址是CPU发出来的，即CPU统一编址，这些对CPU是可见的。

与2440 CPU连接的Nand Flash，Nand Flash也有自己的寻址空间。

片内内存，SDARM，网卡，寄存器，这些都有一个地址，这些地址都是由CPU统一编址的。当我们说片内内存的0地址指的是相对于CPU角度0地址

由于寻址方式的不同，Nand Flash的0地址与片内内存的0地址不是同一个概念。

这里写图片描述

Nand怎么寻址，怎么编址？

Nand Flash与通过数据线与CPU相连，如图：

这里写图片描述

LDATA0 - 7 线上是传的数据还是地址，是通过控制线来区分的。

Nand Flash典型结构：

每一页由2048字节和一个64字节的区域（OOB）。
若干页组成一块，具体多少页组成一块，可以看一下手册。

64页组成一块。

Nand的编址：
64字节在大多数场合是不参与编址的。比如，要读取Nand上的2049这个地址的数据。读2048这个地址的时候，并不是读取oob空间，而是读取第二页的第二个地址处。

但如果对于特定于某一页来说，要去读取2049这个地址的数据，这时候很可能说的就是oob。

这里写图片描述

Nand的命令：

怎么访问Nand Flash？

先看一下怎么访问内存？发出地址、传输数据。

对于Nand Flash的访问来说，同样来说也有地址、数据。但对于内存来说有读、写命令。同样对于Nand Flash来说也有读、写、复位、擦除等命令。

对于上述命令来说，是通过控制引脚的状态来说实现的，如：

这里写图片描述

这些引脚的驱动是通过相应的寄存器来控制的，只要我们往对应寄存器写入相应的数据即可，2440会自动驱动这些引脚工作。

先总结一下：
从硬件来说，访问Nand Flash要做哪些事情？
1，发出命令； CLE引脚、 Data bus
2,Addr : ALE 、 Data bus
3，传输数据

从2440来说，把上述给精简了，如果我们要发命令，只要向NFCCMMD寄存器写入数据；如果我们想发地址，就向NFAADDR寄存器定入数据；如果想传输数据，就向NFDATA寄存器写入数据；另外，比如擦除，擦除肯定需要时间，怎么知道什么时候擦除成功了，我们可以通过读取NFSTAT寄存器来获取。

这里写图片描述

看一下具体的源码。

当我们想了解一个程序的时候，首先看makefile文件，makefile文件代码如下：

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
    arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<

clean:
    rm -f  nand.dis nand.bin nand_elf *.o

从makefile文件中的“objs := head.o init.o nand.o main.o”可以看出该程序由4个文件组成。
从“ -Tnand.lds”中可以看出有一个名为nand.lds的链接脚本。

nand.lds脚本的内容如下：

SECTIONS { 
  firtst    0x00000000 : { head.o init.o nand.o}
  second    0x30000000 : AT(4096) { main.o }
}

从链接脚本可以看出，把程序分成了2段；第一段的链接地址为0x00000000；在4096地址这个地方开始放第二段，第二段的链接地址为0x30000000；注意地址4096与链接地址不是同一个概念。示意图如下：

这里写图片描述

完整的流程图如下：

这里写图片描述

然后看一下head.s 文件，代码如下：

@******************************************************************************
@ 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

 ldr sp,=0x34000000 @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

其中 “bl nand_init ”表示初始化内存，其中nand_init 是一个C语言函数，代码位于nand.c中，nand.c的代码如下：

#define LARGER_NAND_PAGE #define GSTATUS1 (*(volatile unsigned int *)0x560000B0) #define BUSY 1 #define NAND_SECTOR_SIZE 512 #define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1) #define NAND_SECTOR_SIZE_LP 2048 #define NAND_BLOCK_MASK_LP (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1) typedef unsigned int S3C24X0_REG32; /* NAND FLASH (see S3C2410 manual chapter 6) */ typedef struct { S3C24X0_REG32 NFCONF; S3C24X0_REG32 NFCMD; S3C24X0_REG32 NFADDR; S3C24X0_REG32 NFDATA; S3C24X0_REG32 NFSTAT; S3C24X0_REG32 NFECC; } S3C2410_NAND; /* NAND FLASH (see S3C2440 manual chapter 6,www.100ask.net) */ 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; typedef struct { 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; static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000; static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000; 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S3C2410或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); /* S3C2410的NAND Flash处理函数 */ static void s3c2410_nand_reset(void); static void s3c2410_wait_idle(void); static void s3c2410_nand_select_chip(void); static void s3c2410_nand_deselect_chip(void); static void s3c2410_write_cmd(int cmd); static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr); static unsigned char s3c2410_read_data(); /* 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); /* S3C2410的NAND Flash操作函数 */ /* 复位 */ static void s3c2410_nand_reset(void) { s3c2410_nand_select_chip(); s3c2410_write_cmd(0xff); // 复位命令 s3c2410_wait_idle(); s3c2410_nand_deselect_chip(); } /* 等待NAND Flash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) { int i; s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11); for(i=0; i<10; i++); } /* 取消片选信号 */ static void s3c2410_nand_deselect_chip(void) { s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11); } /* 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) { int i; volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR; *p = addr & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 9) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 17) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 25) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); } /* 读取数据 */ static unsigned char s3c2410_read_data(void) { volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA; return *p; } /* 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)) for(i=0; i<10; i++); } /* 发出片选信号 */ static void s3c2440_nand_select_chip(void) { int i; 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(unsigned int addr) { int i; volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR; *p = addr & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 9) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 17) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); *p = (addr >> 25) & 0xff; for(i=0; i<10; i++); } 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; page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP; *p = col & 0xff; /* Column Address A0~A7 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (col >> 8) & 0x0f; /* Column Address A8~A11 */ for(i=0; i<10; i++); *p = page & 0xff; /* Row Address A12~A19 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (page >> 8) & 0xff; /* Row Address A20~A27 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (page >> 16) & 0x03; /* Row Address A28~A29 */ for(i=0; i<10; i++); } /* 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) { int i; 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 /* 判断是S3C2410还是S3C2440 */ if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002)) { nand_chip.nand_reset = s3c2410_nand_reset; nand_chip.wait_idle = s3c2410_wait_idle; nand_chip.nand_select_chip = s3c2410_nand_select_chip; nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2410_nand_deselect_chip; nand_chip.write_cmd = s3c2410_write_cmd; nand_chip.write_addr = s3c2410_write_addr; nand_chip.read_data = s3c2410_read_data; /* 使能NAND Flash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); } else { 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; #ifdef LARGER_NAND_PAGE nand_chip.write_addr = s3c2440_write_addr_lp; #else nand_chip.write_addr = s3c2440_write_addr; #endif 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,禁止片选 */ s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0); } /* 复位NAND Flash */ nand_reset(); } /* 读函数 */ void nand_read(unsigned char *buf,int size) { int i,j; #ifdef LARGER_NAND_PAGE if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) { return ; /* 地址或长度不对齐 */ } #else if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) { return ; /* 地址或长度不对齐 */ } #endif  /* 选中芯片 */ nand_select_chip(); for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) { /* 发出READ0命令 */ write_cmd(0); /* Write Address */ write_addr(i); #ifdef LARGER_NAND_PAGE write_cmd(0x30); #endif wait_idle(); #ifdef LARGER_NAND_PAGE for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++,i++) { #else for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++,i++) { #endif *buf = read_data(); buf++; } } /* 取消片选信号 */ nand_deselect_chip(); return ; }

注意里面的四个寄存器：命令、地址、数据、状态寄存器，这些寄存器需要配合原理图。

比如等待就绪，就得读取状态寄存器（NFSTAT）。

这里写图片描述

初始化完成以后，我们需要将Nand Flash 中的4K后面的代友读取到内存里面去，要做到正确的读取，我们需要确定三个参数：从哪里读取？读到哪里？读多少？
从4096开始读取；将数据读到0x3000,0000位置处；大概读取2K(取决于程序出来的程序大小);

关于这部份读取的代码在head.S文件中如下：

@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

其中 “bl nand_read ”中的nand_read，是一个C语言函数，调用它的时候传了三个参数，分别是r0,r1,r2;nand_read位于nand.c中，它的函数代码如下：

/* 读函数 */
void nand_read(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size)
{
    int i,j;

#ifdef LARGER_NAND_PAGE
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
#else
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
#endif 

    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();

    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
      /* 发出READ0命令 */
      write_cmd(0);

      /* Write Address */
      write_addr(i);
#ifdef LARGER_NAND_PAGE
      write_cmd(0x30);      
#endif
      wait_idle();

#ifdef LARGER_NAND_PAGE
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++,i++) {
#else
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++,i++) {
#endif
          *buf = read_data();
          buf++;
      }
    }

    /* 取消片选信号 */
    nand_deselect_chip();

    return ;
}

在nand_read中，先选中芯片，选中就是让NFCONT寄存器的 bit1 = 0即可。选中芯片以后，然后发出读命令,发出地址,…..;
要注意芯片手册关于寄存器的描述、读取功能的描述；

在我们发送地址（具体的值为4096）的时候，这个地址怎么发送给Nand Flash? 是通过NFAddr寄存器发送的，但是这个寄存器只有八位，最大只能发256。所以我们就得连续发出好几次才能实现，发送的格式如下：

这里写图片描述

从图中可以看出，需要连续发出5次；第一个Cycle发送 A0-A7,…;
发送原理如下：

这里写图片描述

发地址的C语言代码如下：

/* 其中addr为4096，*/
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;//NAND_BLOCK_MASK_LP = 2047
    page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP; //NAND_SECTOR_SIZE_LP = 2048

    *p = col & 0xff;            /* Column Address A0~A7 */
    for(i=0; i<10; i++);        
    *p = (col >> 8) & 0x0f;     /* Column Address A8~A11 */
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = page & 0xff;           /* Row Address A12~A19 */
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (page >> 8) & 0xff;    /* Row Address A20~A27 */
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (page >> 16) & 0x03;   /* Row Address A28~A29 */
    for(i=0; i<10; i++);
}

发送地址的具体算法如图：

这里写图片描述

（编辑：李大同）

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