嵌入式学习-uboot-lesson12-NandFlash相关

发布时间：2020-12-15 20:03:00 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：一、NandFlash原理解析 1.NandFlash简介根据物理结构上的区别,NandFlash主要分为如下两类: ?SLC (Single Level Cell): 单层式存储 ?MLC (Multi Level Cell): 多层式存储 SLC在存储格上只存一位数据，而MLC则存放两位数据。 SLC的访问速度比MLC快3倍，SLC能

一、NandFlash原理解析

1.NandFlash简介

根据物理结构上的区别,NandFlash主要分为如下两类:
?SLC (Single Level Cell): 单层式存储
?MLC (Multi Level Cell): 多层式存储
SLC在存储格上只存一位数据，而MLC则存放两位数据。
SLC的访问速度比MLC快3倍，SLC能进行10万次的擦写，MLC能进行1万次，MLC功耗比SLC高15%左右

2.访问方式

NANDFlash在地址空间以外，采用独立编址的方式，不同于内存的非独立编址。
根据其原理图可以得知，

这里写图片描述

一共有8个数据端口DATA0 ~ DATA7，这8个数据端口，需要传递地址、命令、数据。通过寄存器控制这8个端口，实现不同的功能。

这里写图片描述

3.构成

这里写图片描述

从上图可以看到，一共有4096个block，每个block又划分为128pages，每一页的4K存放数据，218B存放校验码。

存储单元的构成：

这里写图片描述

从上图可以看到，存储单元可以被划分为行地址和列地址。
通过行地址可以找到某个页，通过列地址则是找到偏移，扎到存储单元。

4.信号引脚

这里写图片描述

1. CLE(Command Latch Enable): 命令锁存允许
2. ALE(Address Lactch Enable): 地址锁存允许
3. CE:芯片选择
4. RE:读允许
5. WE:写允许
6. WP:在写或擦除期间，提供写保护
7. R/B:读/忙

二、NandFlash读操作

1.读取的方式

页读：把整个页都读出来，需要提供页地址
随机读：读取页中某一个单元格的地址，需要提供页地址和列地址

本次是使用页读的方式
其流程如下：

这里写图片描述

2.页读操作

这里写图片描述

2.1流程

根据上面的图，看I/Ox的执行顺序，便得到页读的主要流程：
1.发送命令0x00
2.address 发送行地址
3.address 发送列地址
4.发送0x30命令
当发送0x30之后，发现RB信号处于忙的状态，因此需要等待一段时间，使其处于等待的状态。
5.等待RB信号
6读取数据

在等待RB信号之前，需要对RB信号做一个初始化的操作，即清除工作，因此需要补充一个，即
0.清除RB信号

然后在操作nandflash之前，需要选中nandflash芯片
0.选中nandflash芯片

综合以上流程，得到页读的总体流程：

1.选中nandflash芯片
2.清除RB信号
3.发送命令0x00
4.address 发送行地址
5.address 发送列地址
6.发送0x30命令
7.等待RB信号
8.读取数据
9.取消选中nandflash芯片

2.2编程实现

1.选中nandflash芯片
使能nandflash片选信号，根据下面的图可知，将NFCONT 的第一位置0即可

这里写图片描述

#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))
 NFCONT &= ~(1<<1);

2.清除RB信号

在等待RB信号之前，需要对RB信号做一个初始化的操作，即清除工作

这里写图片描述

#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))
NFSTAT |= (1<<4);

3.发送命令0x00

这里写图片描述

#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))
nand_cmd(0x00);
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{ NFCMMD = cmd; }

4.address 发送列地址

没有偏移，因此两个列地址都为0

这里写图片描述

从上图可以看到，两个列地址，三个行地址

#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
nand_addr(0x00);
nand_addr(0x00);
void nand_addr(unsigned char addr)
{ NFADDR = addr; }

5.address 发送行地址

这里写图片描述

一共8个数据IO,因此8位发送一次，

#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))
    nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

6.发送0x30命令

nand_cmd(0x30);

7.等待RB信号

这里写图片描述

如果这一位没有为1，说明没有处于空闲状态，所以要等其为1

while(!(NFSTAT & 0x1));

8.读取数据

读一个页的大小，为4KB

这里写图片描述

//读取数据
for(i = 0; i<1024*4; i++) //4KB
{
buff[i] = NFDATA;
}

9.取消选中nandflash芯片

#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))
NFCONT |= (1<<1);

3.初始化操作

这里写图片描述

初始化就是对上面两个寄存器进行初始化。
因此其流程为：

1.初始化NFCONF
2.初始化NFCONT
3.复位
1.初始化NFCONF

这里写图片描述

初始化NFCONF 主要是对上面的三个寄存器进行设置。

这里写图片描述

根据上面两幅图，可以算出三个寄存器的值

#define TACLS 1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1
/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

 NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

2.初始化NFCONT

这里写图片描述

 NFCONT = 1 | (1<<1);

3.复位

这里写图片描述

如上图，等待RB信号从低到高，便是reset成功。
其流程为：

1.选中

select_ship();

2.清除RnB

clean_RnB();

3.发出复位信号

nand_cmd(0xff);

4.等待就绪

wait_RnB();

5.取消选中

diselect_ship();

4.测试
对上面写的代码进行测试，主要是通过内存拷贝来验证。

void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    /* i为页号、sdram_addr为内存中的位置、size拷贝数据的大小 */
    int i;


/* S3C6410启动时拷贝的8K代码不是存储在Nand flash的第一页上， 而是存储在Nand flash的前4页上，每页2K，总共8K， */
    for (i = 0; i < 4; i++,sdram_addr+=2048) 
        {
            NF_PageRead(i,sdram_addr);
        }

        size -= 1024*8;

        for( i=4; size>0;)
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

贴上nand.c全部代码：

/******************************************** *file name: nand.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : nandflash相关操作 *********************************************/
#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))  //控制寄存器
#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))  //NAND 状态寄存器
#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))  //命令寄存器
#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
#define NFDATA             (*((volatile unsigned char*)0x70200010))  //数据寄存器
#define NFCONF             (*((volatile unsigned long*)0x70200000))  //配置寄存器

    /* 设置时间参数 */
#define TACLS  1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1

void select_ship(void)
{
    NFCONT &= ~(1<<1); 
}

void diselect_ship(void)
{
    NFCONT |= (1<<1);
}

void clean_RnB()
{
    NFSTAT |= (1<<4);
}

void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
    NFCMMD = cmd;   
}

void nand_addr(unsigned char addr)
{
    NFADDR = addr;
}

void wait_RnB(void)
{
    while(!(NFSTAT & (0x1<4)));
}

void nand_reset(void)
{
    /* 选中 */
    select_ship();

    /* 清除RnB */
    clean_RnB();

    /* 发出复位信号 */
    nand_cmd(0xff);

    /* 等待就绪 */
    wait_RnB();

    /* 取消选中 */
    diselect_ship();
}

void nand_init(void)
{ 
 //初始化NFCONF

/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

    //NFCONF &= ~((7<<12)|(7<<8)|(7<<4));
    NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

 //初始化NFCONT
    NFCONT = 1 | (1<<1); 

 //复位
    nand_reset(); 



}

void NF_PageRead(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int i;

    //选中nandflash芯片
    select_ship();

    //清除RNB信号
    clean_RnB();

    //发送命令0x00
    nand_cmd(0x00);

    //发送列地址
    nand_addr(0x00);
    nand_addr(0x00);    

    //发送行地址
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));   

    //发送命令0x30
     nand_cmd(0x30);    

    //等待R/B信号
        wait_RnB(); 

    //读取数据
     for(i = 0; i<1024*4; i++)  //4KB
     {
       buff[i] = NFDATA;
     }  


    //取消选中nandflash芯片
    diselect_ship();


}

void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    /* i为页号、sdram_addr为内存中的位置、size拷贝数据的大小 */
    int i;

/* S3C6410启动时拷贝的8K代码不是存储在Nand flash的第一页上， 而是存储在Nand flash的前4页上，每页2K，总共8K， */
    for (i = 0; i < 4; i++,sdram_addr+=2048) 
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);
    }

    size -= 1024*8;

    for( i=4; size>0;)
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

三、NandFlash写操作

NandFlah写操作和读操作一样，也分为两种按页写，随机写
本次使用页写的方式

流程如下：

这里写图片描述

1）.使用按页写方式。

这里写图片描述

看上图，可得出流程：
1.发送命令0x80
2.发送列地址（2个周期）
3.发送行地址（3个周期）
4.写入数据
5.发送命令10
6.等待RnB
7.发送命令70
8.读取写入结果
和读操作一样，也需要选中flash芯片和清除RB,因此其最后流程为：

1.选中flash芯片
2.清除RnB
3.发送命令0x80
4.发送列地址（2个周期）
5.发送行地址（3个周期）
6.写入数据
7.发送命令10
8.等待RnB
9.发送命令70
10.读取写入结果
11.取消选中flash芯片

编程实现：

1.选中flash芯片

select_ship();

2.清除RnB

clean_RnB();

3.发送命令0x80

nand_cmd(0x80);

4.发送列地址（2个周期）

nand_addr(0x00);
nand_addr(0x00);

5.发送行地址（3个周期）

nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

6.写入数据
for(i=0;i<1024*4;i++)
{
NFDATA = buff[i];
}

7.发送命令10

nand_cmd(0x10);

8.等待RnB

wait_RnB();

9.发送命令70

nand_cmd(0x70);

10.读取写入结果

ret = NFDATA;

11.取消选中flash芯片

diselect_ship();

2).擦除工作

在写入数据之前，需要对其进行擦除工作，擦除的时候会把这个页所在的块全部擦除。

这里写图片描述

1.选中flash芯片

select_ship();

2.清除RnB

clean_RnB();

3.发送命令60

nand_cmd(0x60);

4.发送行地址（3个周期）

nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

5.发送命令D0

nand_cmd(0xD0);

6.等待RnB

wait_RnB();

7.发送命令70

nand_cmd(0x70);

8.读取擦除结果

 ret = NFDATA;

9.取消选中flash芯片

diselect_ship();

3）测试

测试时采用LED亮灭的方式进行验证。

NF_Erase(128*1+1); //第128+1页
    buf[0] = 100;
    NF_WritePage(128*1+1,buf);

    buf[0] = 10;
    NF_PageRead(128*1+1,buf);

    if( buf[0] == 100 )
        led_off();

贴上代码，仅供参考：
nand.c

/******************************************** *file name: nand.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : nandflash相关操作 *********************************************/
#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))  //控制寄存器
#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))  //NAND 状态寄存器
#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))  //命令寄存器
#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
#define NFDATA             (*((volatile unsigned char*)0x70200010))  //数据寄存器
#define NFCONF             (*((volatile unsigned long*)0x70200000))  //配置寄存器

    /* 设置时间参数 */
#define TACLS  1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1

void select_ship(void)
{
    NFCONT &= ~(1<<1); 
}

void diselect_ship(void)
{
    NFCONT |= (1<<1);
}

void clean_RnB()
{
    NFSTAT |= (1<<4);
}

void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
    NFCMMD = cmd;   
}

void nand_addr(unsigned char addr)
{
    NFADDR = addr;
}

void wait_RnB(void)
{
    while(!(NFSTAT & (0x1<4)));
}

void nand_reset(void)
{
    /* 选中 */
    select_ship();

    /* 清除RnB */
    clean_RnB();

    /* 发出复位信号 */
    nand_cmd(0xff);

    /* 等待就绪 */
    wait_RnB();

    /* 取消选中 */
    diselect_ship();
}

void nand_init(void)
{ 
 //初始化NFCONF

/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

    //NFCONF &= ~((7<<12)|(7<<8)|(7<<4));
    NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

 //初始化NFCONT
    NFCONT = 1 | (1<<1); 

 //复位
    nand_reset(); 
}

void NF_PageRead(unsigned long addr,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

//在写之前必须要擦除
int NF_Erase(unsigned long addr)
{
    int ret;

    //选中flash芯片
    select_ship();

    //清除RnB
    clean_RnB();

    //发送命令60
    nand_cmd(0x60);

    //发送行地址（3个周期）
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

    //发送命令D0
    nand_cmd(0xD0);

    //等待RnB
    wait_RnB();

    //发送命令70
    nand_cmd(0x70);

    //读取擦除结果
    ret = NFDATA;

    //取消选中flash芯片
    diselect_ship();

    return ret;
}


int NF_WritePage(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int ret,i;

    //选中flash芯片
    select_ship();

    //清除RnB
    clean_RnB();

    //发送命令80
    nand_cmd(0x80);

    //发送列地址（2个周期）
    nand_addr(0x00);
        nand_addr(0x00);

    //发送行地址（3个周期）
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
        nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

    //写入数据
    for(i=0;i<1024*4;i++)
    {
        NFDATA = buff[i];   
    }

    //发送命令10
    nand_cmd(0x10);

    //等待RnB
    wait_RnB();

    //发送命令70
    nand_cmd(0x70);

    //读取写入结果
    ret = NFDATA;

    //取消选中flash芯片
    diselect_ship();

    return ret;
}

main.c

/******************************************** *file name: main.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : 总程序 *********************************************/

int gboot_main()
{

    /*mmu 初始化，暂时不用*/
    #ifdef MMU_ON
      mmu_init();  
    #endif

    /*led初始化*/
        led_init();

    /*中断初始化*/
    init_irq();

    /*按键初始化*/
    button_init();

    led_on();

    NF_Erase(128*1+1); //第128+1页
    buf[0] = 100;
    NF_WritePage(128*1+1,buf);

    buf[0] = 10;
    NF_PageRead(128*1+1,buf);

    if( buf[0] == 100 )
        led_off();


    while(1);

    return 0;    
}

菜鸟一枚，如有错误，多多指教。。。

（编辑：李大同）

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