【简介】如何编写linux下nand flash驱动-2【转载】
2010-08-13 12:30
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【简介】如何编写linux下nand flash驱动-2
version: 1.0
date:20090721
Author:crifan
Mail:green-waste(At)163.com
上接:【简介】如何编写linux下nand flash驱动-1
http://green-waste.blog.163.com/blog/static/3267767820096221127554/
【读(read)操作过程详解】
以最简单的read操作为例,解释如何理解时序图,以及将时序图
中的要求,转化为代码。
解释时序图之前,让我们先要搞清楚,我们要做的事情:那就是,要从nand flash的某个页里面,读取我们要的数据。
要实现此功能,会涉及到几部分的知识,至少很容易想到的就是:需要用到哪些命令,怎么发这些命令,怎么计算所需要的地址,怎么读取我们要的数据等等。
下面,就一步步的解释,需要做什么,以及如何去做:
1.需要使用何种命令
首先,是要了解,对于读取数据,要用什么命令。
下面是datasheet中的命令集合:
![](http://img.bimg.126.net/photo/wiFJn_U8o41vll5r54iTMw==/1972013686835479312.jpg)
图5.Nand Flash K9K8G08U0A的命令集合
很容易看出,我们要读取数据,要用到Read命令,该命令需要2个周期,第一个周期发0x00,第二个周期发0x30。
2.发送命令前的准备工作以及时序图各个信号的具体含义
知道了用何命令后,再去了解如何发送这些命令。
[小常识]
在开始解释前,多罗嗦一下”使能”这个词,以便有些读者和我以前一样,在听这类虽然对于某些专业人士说是属于最基本的词汇了,但是对于初次接触,或者接触不多的人来说,听多了,容易被搞得一头雾水:使能(Enable),是指使其(某个信号)有效,使其生效的意思,“使其”“能够”怎么怎么样。。。。比如,上面图中的CLE线号,是高电平有效,如果此时将其设为高电平,我们就叫做,将CLE使能,也就是使其生效的意思。
![](http://img.bimg.126.net/photo/omPw-Z1jPRvqSK01M1UaiA==/1972013686835479315.jpg)
图6.Nand Flash数据读取操作的时序图
注:此图来自三星的型号K9K8G08U0A的nand flash的数据手册(datasheet)。
我们来一起看看,我在图6中的特意标注的①边上的黄色竖线。
黄色竖线所处的时刻,是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。
让我们看看,在那一刻,其所穿过好几行都对应什么值,以及进一步理解,为何要那个值。
(1)黄色竖线穿过的第一行,是CLE。还记得前面介绍命令所存使能(CLE)那个引脚吧?CLE,将CLE置1,就说明你将要通过I/O复用端口发送进入Nand Flash的,是命令,而不是地址或者其他类型的数据。只有这样将CLE置1,使其有效,才能去通知了内部硬件逻辑,你接下来将收到的是命令,内部硬件逻辑,才会将受到的命令,放到命令寄存器中,才能实现后面正确的操作,否则,不去将CLE置1使其有效,硬件会无所适从,不知道你传入的到底是数据还是命令了。
(2)而第二行,是CE#,那一刻的值是0。这个道理很简单,你既然要向Nand Flash发命令,那么先要选中它,所以,要保证CE#为低电平,使其有效,也就是片选有效。
(3)第三行是WE#,意思是写使能。因为接下来是往nand Flash里面写命令,所以,要使得WE#有效,所以设为低电平。
(4)第四行,是ALE是低电平,而ALE是高电平有效,此时意思就是使其无效。而对应地,前面介绍的,使CLE有效,因为将要数据的是命令,而不是地址。如果在其他某些场合,比如接下来的要输入地址的时候,就要使其有效,而使CLE无效了。
(5)第五行,RE#,此时是高电平,无效。可以看到,知道后面低6阶段,才变成低电平,才有效,因为那时候,要发生读取命令,去读取数据。
(6)第六行,就是我们重点要介绍的,复用的输入输出I/O端口了,此刻,还没有输入数据,接下来,在不同的阶段,会输入或输出不同的数据/地址。
(7)第七行,R/B#,高电平,表示R(Ready)/就绪,因为到了后面的第5阶段,硬件内部,在第四阶段,接受了外界的读取命令后,把该页的数据一点点送到页寄存器中,这段时间,属于系统在忙着干活,属于忙的阶段,所以,R/B#才变成低,表示Busy忙的状态的。
介绍了时刻①的各个信号的值,以及为何是这个值之后,相信,后面的各个时刻,对应的不同信号的各个值,大家就会自己慢慢分析了,也就容易理解具体的操作顺序和原理了。
3.如何计算出,我们要传入的地址
在介绍具体读取数据的详细流程之前,还要做一件事,那就是,先要搞懂我们要访问的地址,以及这些地址,如何分解后,一点点传入进去,使得硬件能识别才行。
此处还是以K9K8G08U0A为例,此nand flash,一共有8192个块,每个块内有64页,每个页是2K+64 Bytes,假设,我们要访问其中的第7000个块中的第25页中的1208字节处的地址,此时,我们就要先把具体的地址算出来:
物理地址=块大小×块号+页大小×页号+页内地址=7000×128K+64×2K+1208=0x36B204B8,接下来,我们就看看,怎么才能把这个实际的物理地址,转化为nand Flash所要求的格式。
在解释地址组成之前,先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍:
![](http://img.bimg.126.net/photo/WXIBVgereGlpWeEDD_o4bA==/4284893570467025916.jpg)
图7 Nand Flash的地址周期组成
结合图7和图5中的2,3阶段,我们可以看出,此nand flash地址周期共有5个,2个列(Column)周期,3个行(Row)周期。而对于对应地,我们可以看出,实际上,列地址A0~A10,就是页内地址,地址范围是从0到2047,而对出的A11,理论上可以表示2048~4095,但是实际上,我们最多也只用到了2048~2011,用于表示页内的oob区域,其大小是64字节。
对应地,A12~A30,称作页号,页的号码,可以定位到具体是哪一个页。而其中,A18~A30,表示对应的块号,即属于哪个块。
简单解释完了地址组成,那么就很容易分析上面例子中的地址了:
0x36B204B8 = 0011 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000,分别分配到5个地址周期就是:
1st 周期,A7~A0 :1011 1000 = 0x B8
2nd周期,A11~A8 :0000 0100 = 0x04
3rd周期,A19~A12 :0010 0000 = 0x20
4th周期,A27~A20 :0110 1011 = 0x6B
5th周期,A30~A28 :0000 0011 = 0x03
注意,与图7中对应的,*L,意思是地电平,由于未用到那些位,datasheet中强制要求设为0,所以,才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是类似原理,都是0。
因此,接下来要介绍的,我们要访问第7000个块中的第25页中的1208字节处的话,所要传入的地址就是分5个周期,分别传入两个列地址的:0xB8,0x04,然后再传3个行地址的:0x20,0x6B,0x03,这样硬件才能识别。
4.读操作过程的解释
准备工作终于完了,下面就可以开始解释说明,对于读操作的,上面图中标出来的,1-6个阶段,具体是什么含义。
(1) 操作准备阶段:此处是读(Read)操作,所以,先发一个图5中读命令的第一个阶段的0x00,表示,让硬件先准备一下,接下来的操作是读。
(2) 发送两个周期的列地址。也就是页内地址,表示,我要从一个页的什么位置开始读取数据。
(3) 接下来再传入三个行地址。对应的也就是页号。
(4) 然后再发一个读操作的第二个周期的命令0x30。接下来,就是硬件内部自己的事情了。
(5) Nand Flash内部硬件逻辑,负责去按照你的要求,根据传入的地址,找到哪个块中的哪个页,然后把整个这一页的数据,都一点点搬运到页缓存中去。而在此期间,你所能做的事,也就只需要去读取状态寄存器,看看对应的位的值,也就是R/B#那一位,是1还是0,0的话,就表示,系统是busy,仍在”忙“(着读取数据),如果是1,就说系统活干完了,忙清了,已经把整个页的数据都搬运到页缓存里去了,你可以接下来读取你要的数据了。
对于这里。估计有人会问了,这一个页一共2048+64字节,如果我传入的页内地址,就像上面给的1208一类的值,只是想读取1028到2011这部分数据,而不是页开始的0地址整个页的数据,那么内部硬件却读取整个页的数据出来,岂不是很浪费吗?答案是,的确很浪费,效率看起来不高,但是实际就是这么做的,而且本身读取整个页的数据,相对时间并不长,而且读出来之后,内部数据指针会定位到你刚才所制定的1208的那个位置。
(6) 接下来,就是你“窃取“系统忙了半天之后的劳动成果的时候了,呵呵。通过先去Nand Flash的控制器中的数据寄存器中写入你要读取多少个字节(byte)/字(word),然后就可以去Nand Flash的控制器的FIFO中,一点点读取你要的数据了。
至此,整个Nand Flash的读操作就完成了。
对于其他操作,可以根据我上面的分析,一点点自己去看datasheet,根据里面的时序图去分析具体的操作过程,然后对照代码,会更加清楚具体是如何实现的。
【Flash的类型】
Flash的类型主要分两种,nand flash和nor flash。
除了网上最流行的这个解释之外:
NAND和NOR的比较
再多说几句:
1.nor的成本相对高,具体读写数据时候,不容易出错。总体上,比较适合应用于存储少量的代码。
2.Nand flash相对成本低。使用中数据读写容易出错,所以一般都需要有对应的软件或者硬件的数据校验算法,统称为ECC。由于相对来说,容量大,价格便宜,因此适合用来存储大量的数据。其在嵌入式系统中的作用,相当于PC上的硬盘,用于存储大量数据。
所以,一个常见的应用组合就是,用小容量的Nor Flash存储启动代码,比如uboot,系统启动后,初始化对应的硬件,包括SDRAM等,然后将Nand Flash上的Linux 内核读取到内存中,做好该做的事情后,就跳转到SDRAM中去执行内核了,然后内核解压(如果是压缩内核的话,否则就直接运行了)后,开始运行,在Linux内核启动最后,去Nand Flash上,挂载根文件,比如jffs2,yaffs2等,挂载完成,运行初始化脚本,启动consle交互,才运行你通过console和内核交互。至此完成整个系统启动过程。
而Nor Flash就分别存放的是Uboot,Nand Flash存放的是Linux的内核镜像和根文件系统,以及余下的空间分成一个数据区。
Nor flash,有类似于dram之类的地址总线,因此可以直接和CPU相连,CPU可以直接通过地址总线对nor flash进行访问,而nand flash没有这类的总线,只有IO接口,只能通过IO接口发送命令和地址,对nand flash内部数据进行访问。相比之下,nor flash就像是并行访问,nand flash就是串行访问,所以相对来说,前者的速度更快些。
但是由于物理制程/制造方面的原因,导致nor 和nand在一些具体操作方面的特性不同:
表3 Nand Flash 和 Nor Flash的区别
1. 理论上是可以的,而且也是有人验证过可以的,只不过由于nand flash的物理特性,不能完全保证所读取的数据/代码是正确的,实际上,很少这么用而已。因为,如果真是要用到nand flash做XIP,那么除了读出速度慢之外,还要保证有数据的校验,以保证读出来的,将要执行的代码/数据,是正确的。否则,系统很容易就跑飞了。。。
2. 芯片内执行(XIP, eXecute In Place):
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html
【Nand Flash的种类】
具体再分,又可以分为
1)Bare NAND chips:裸片,单独的nand 芯片
2)SmartMediaCards: =裸片+一层薄塑料,常用于数码相机和MP3播放器中。之所以称smart,是由于其软件smart,而不是硬件本身有啥smart之处。^_^
3)DiskOnChip:裸片+glue logic,glue logic=硬件ECC产生器+用于静态的nand 芯片控制的寄存器+直接访问一小片地址窗口,那块地址中包含了引导代码的stub桩,其可以从nand flash中拷贝真正的引导代码。
【spare area/oob】
Nand由于最初硬件设计时候考虑到,额外的错误校验等需要空间,专门对应每个页,额外设计了叫做spare area空区域,在其他地方,比如jffs2文件系统中,也叫做oob(out of band)数据。
其具体用途,总结起来有:
1. 标记是否是坏快
2. 存储ECC数据
3. 存储一些和文件系统相关的数据,如jffs2就会用到这些空间存储一些特定信息,yaffs2文件系统,会在oob中,存放很多和自己文件系统相关的信息。
2. 软件方面
如果想要在Linux下编写Nand Flash驱动,那么就先要搞清楚Linux下,关于此部分的整个框架。弄明白,系统是如何管理你的nand flash的,以及,系统都帮你做了那些准备工作,而剩下的,驱动底层实现部分,你要去实现哪些功能,才能使得硬件正常工作起来。
【内存技术设备,MTD(Memory Technology Device)】
MTD,是Linux的存储设备中的一个子系统。其设计此系统的目的是,对于内存类的设备,提供一个抽象层,一个接口,使得对于硬件驱动设计者来说,可以尽量少的去关心存储格式,比如FTL,FFS2等,而只需要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就可以了。而对于数据对于上层使用者来说是如何表示的,硬件驱动设计者可以不关心,而MTD存储设备子系统都帮你做好了。
对于MTD字系统的好处,简单解释就是,他帮助你实现了,很多对于以前或者其他系统来说,本来也是你驱动设计者要去实现的很多功能。换句话说,有了MTD,使得你设计Nand Flash的驱动,所要做的事情,要少很多很多,因为大部分工作,都由MTD帮你做好了。
当然,这个好处的一个“副作用”就是,使得我们不了解的人去理解整个Linux驱动架构,以及MTD,变得更加复杂。但是,总的说,觉得是利远远大于弊,否则,就不仅需要你理解,而且还是做更多的工作,实现更多的功能了。
此外,还有一个重要的原因,那就是,前面提到的nand flash和普通硬盘等设备的特殊性:
有限的通过出复用来实现输入输出命令和地址/数据等的IO接口,最小单位是页而不是常见的bit,写前需擦除等,导致了这类设备,不能像平常对待硬盘等操作一样去操作,只能采取一些特殊方法,这就诞生了MTD设备的统一抽象层。
MTD,将nand flash,nor flash和其他类型的flash等设备,统一抽象成MTD设备来管理,根据这些设备的特点,上层实现了常见的操作函数封装,底层具体的内部实现,就需要驱动设计者自己来实现了。具体的内部硬件设备的读/写/擦除函数,那就是你必须实现的了。
表4.MTD设备和硬盘设备之间的区别
多说一句,关于MTD更多的内容,感兴趣的,去附录中的MTD的主页去看。
关于mtd设备驱动,感兴趣的可以去参考
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话-续
那里,算是比较详细地介绍了整个流程,方便大家理解整个mtd框架和nand flash驱动。
【Nand flash驱动工作原理】
在介绍具体如何写Nand Flash驱动之前,我们先要了解,大概的,整个系统,和Nand Flash相关的部分的驱动工作流程,这样,对于后面的驱动实现,才能更加清楚机制,才更容易实现,否则就是,即使写完了代码,也还是没搞懂系统是如何工作的了。
让我们以最常见的,Linux内核中已经有的三星的Nand Flash驱动,来解释Nand Flash驱动具体流程和原理。
此处是参考2.6.29版本的Linux源码中的/drivers/mtd/nand/s3c2410.c,以2410为例。
1. 在nand flash驱动加载后,第一步,就是去调用对应的init函数,s3c2410_nand_init,去将在nand flash驱动注册到Linux驱动框架中。
2. 驱动本身,真正开始,是从probe函数,s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,
在probe过程中,去用clk_enable打开nand flash控制器的clock时钟,用request_mem_region去申请驱动所需要的一些内存等相关资源。然后,在s3c2410_nand_inithw中,去初始化硬件相关的部分,主要是关于时钟频率的计算,以及启用nand flash控制器,使得硬件初始化好了,后面才能正常工作。
3. 需要多解释一下的,是这部分代码:
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)/n", setno, nmtd, info);
/* 调用init chip去挂载你的nand 驱动的底层函数到nand flash的结构体中,以及设置对应的ecc mode,挂载ecc相关的函数 */
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
/* scan_ident,扫描nand 设备,设置nand flash的默认函数,获得物理设备的具体型号以及对应各个特性参数,这部分算出来的一些值,对于nand flash来说,是最主要的参数,比如nand falsh的芯片的大小,块大小,页大小等。 */
nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);
/* scan tail,从名字就可以看出来,是扫描的后一阶段,此时,经过前面的scan_ident,我们已经获得对应nand flash的硬件的各个参数,然后就可以在scan tail中,根据这些参数,去设置其他一些重要参数,尤其是ecc的layout,即ecc是如何在oob中摆放的,最后,再去进行一些初始化操作,主要是根据你的驱动,如果没有实现一些函数的话,那么就用系统默认的。 */
nand_scan_tail(&nmtd->mtd);
/* add partion,根据你的nand flash的分区设置,去分区 */
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
4. 等所有的参数都计算好了,函数都挂载完毕,系统就可以正常工作了。
上层访问你的nand falsh中的数据的时候,通过MTD层,一层层调用,最后调用到你所实现的那些底层访问硬件数据/缓存的函数中。
【Linux下nand flash驱动编写步骤简介】
关于上面提到的,在nand_scan_tail的时候,系统会根据你的驱动,如果没有实现一些函数的话,那么就用系统默认的。如果实现了自己的函数,就用你的。
估计很多人就会问了,那么到底我要实现哪些函数呢,而又有哪些是可以不实现,用系统默认的就可以了呢。
此问题的,就是我们下面要介绍的,也就是,你要实现的,你的驱动最少要做哪些工作,才能使整个nand flash工作起来。
1. 对于驱动框架部分
其实,要了解,关于驱动框架部分,你所要做的事情的话,只要看看三星的整个nand flash驱动中的这个结构体,就差不多了:
static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {
.probe = s3c2410_nand_probe,
.remove = s3c2410_nand_remove,
.suspend = s3c24xx_nand_suspend,
.resume = s3c24xx_nand_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
};
对于上面这个结构体,没多少要解释的。从名字,就能看出来:
(1)probe就是系统“探测”,就是前面解释的整个过程,这个过程中的多数步骤,都是和你自己的nand flash相关的,尤其是那些硬件初始化部分,是你必须要自己实现的。
(2)remove,就是和probe对应的,“反初始化”相关的动作。主要是释放系统相关资源和关闭硬件的时钟等常见操作了。
(3)suspend和resume,对于很多没用到电源管理的情况下,至少对于我们刚开始写基本的驱动的时候,可以不用关心,放个空函数即可。
2. 对于nand flash底层操作实现部分
而对于底层硬件操作的有些函数,总体上说,都可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到:
static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
void __iomem *regs = info->regs;
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
/* nand flash控制器中,一般都有对应的数据寄存器,用于给你往里面写数据,表示将要读取或写入多少个字节(byte,u8)/字(word,u32) ,所以,此处,你要给出地址,以便后面的操作所使用 */
chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;
info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;
info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;
chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;
break;
。。。。。。
}
chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;
/* 此处,多数情况下,你所用的Nand Flash的控制器,都是支持硬件ECC的,所以,此处设置硬件ECC(HW_ECC) ,也是充分利用硬件的特性,而如果此处不用硬件去做的ECC的话,那么下面也会去设置成NAND_ECC_SOFT,系统会用默认的软件去做ECC校验,相比之下,比硬件ECC的效率就低很多,而你的nand flash的读写,也会相应地要慢不少*/
chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
break;
。。。。。
}
} else {
chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;
}
if (set->ecc_layout != NULL)
chip->ecc.layout = set->ecc_layout;
if (set->disable_ecc)
chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;
}
而我们要实现的底层函数,也就是上面蓝色标出来的一些函数而已:
(1)s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf:这是两个最基本的操作函数,其功能,就是往你的nand flash的控制器中的FIFO读写数据。一般情况下,是MTD上层的操作,比如要读取一页的数据,那么在发送完相关的读命令和等待时间之后,就会调用到你底层的read_buf,去nand Flash的FIFO中,一点点把我们要的数据,读取出来,放到我们制定的内存的缓存中去。写操作也是类似,将我们内存中的数据,写到Nand Flash的FIFO中去。具体的数据流向,参考上面的图4。
(2)s3c2410_nand_select_chip : 实现Nand Flash的片选。
(3)s3c2410_nand_hwcontrol:给底层发送命令或地址,或者设置具体操作的模式,都是通过此函数。
(4)s3c2410_nand_devready:Nand Flash的一些操作,比如读一页数据,写入(编程)一页数据,擦除一个块,都是需要一定时间的,在命发送完成后,就是硬件开始忙着工作的时候了,而硬件什么时候完成这些操作,什么时候不忙了,变就绪了,就是通过这个函数去检查状态的。一般具体实现都是去读硬件的一个状态寄存器,其中某一位是否是1,对应着是出于“就绪/不忙”还是“忙”的状态。这个寄存器,也就是我们前面分析时序图中的R/B#。
(5)s3c2410_nand_enable_hwecc: 在硬件支持的前提下,前面设置了硬件ECC的话,要实现这个函数,用于每次在读写操作前,通过设置对应的硬件寄存器的某些位,使得启用硬件ECC,这样在读写操作完成后,就可以去读取硬件校验产生出来的ECC数值了。
(6)s3c2410_nand_calculate_ecc:如果是上面提到的硬件ECC的话,就不用我们用软件去实现校验算法了,而是直接去读取硬件产生的ECC数值就可以了。
(7)s3c2410_nand_correct_data:当实际操作过程中,读取出来的数据所对应的硬件或软件计算出来的ECC,和从oob中读出来的ECC不一样的时候,就是说明数据有误了,就需要调用此函数去纠正错误。对于现在SLC常见的ECC算法来说,可以发现2位,纠正1位。如果错误大于1位,那么就无法纠正回来了。一般情况下,出错超过1位的,好像几率不大。至少我看到的不是很大。更复杂的情况和更加注重数据安全的情况下,一般是需要另外实现更高效和检错和纠错能力更强的ECC算法的。
当然,除了这些你必须实现的函数之外,在你更加熟悉整个框架之后,你可以根据你自己的nand flash的特点,去实现其他一些原先用系统默认但是效率不高的函数,而用自己的更高效率的函数替代他们,以提升你的nand flash的整体性能和效率。
【引用文章】
1.Brief Intro of Nand Flash
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/3f1635d1dc041cd7562c84a1.html
2. Samsung的型号为K9G8G08U0M的Nand Flash的数据手册
要下载数据手册,可以去这里介绍的网站下载:
samsung 4K pagesize SLC Nand Flash K9F8G08U0M datasheet + 推荐一个datasheet搜索的网站
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/7f25a03def1de309bba167c8.html
3.Nand Falsh Read Operation
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/f06db3546eced11a3b29356c.html
4. Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux.
http://www.linux-mtd.infradead.org/index.html
version: 1.0
date:20090721
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http://green-waste.blog.163.com/blog/static/3267767820096221127554/
【读(read)操作过程详解】
以最简单的read操作为例,解释如何理解时序图,以及将时序图
中的要求,转化为代码。
解释时序图之前,让我们先要搞清楚,我们要做的事情:那就是,要从nand flash的某个页里面,读取我们要的数据。
要实现此功能,会涉及到几部分的知识,至少很容易想到的就是:需要用到哪些命令,怎么发这些命令,怎么计算所需要的地址,怎么读取我们要的数据等等。
下面,就一步步的解释,需要做什么,以及如何去做:
1.需要使用何种命令
首先,是要了解,对于读取数据,要用什么命令。
下面是datasheet中的命令集合:
![](http://img.bimg.126.net/photo/wiFJn_U8o41vll5r54iTMw==/1972013686835479312.jpg)
图5.Nand Flash K9K8G08U0A的命令集合
很容易看出,我们要读取数据,要用到Read命令,该命令需要2个周期,第一个周期发0x00,第二个周期发0x30。
2.发送命令前的准备工作以及时序图各个信号的具体含义
知道了用何命令后,再去了解如何发送这些命令。
[小常识]
在开始解释前,多罗嗦一下”使能”这个词,以便有些读者和我以前一样,在听这类虽然对于某些专业人士说是属于最基本的词汇了,但是对于初次接触,或者接触不多的人来说,听多了,容易被搞得一头雾水:使能(Enable),是指使其(某个信号)有效,使其生效的意思,“使其”“能够”怎么怎么样。。。。比如,上面图中的CLE线号,是高电平有效,如果此时将其设为高电平,我们就叫做,将CLE使能,也就是使其生效的意思。
![](http://img.bimg.126.net/photo/omPw-Z1jPRvqSK01M1UaiA==/1972013686835479315.jpg)
图6.Nand Flash数据读取操作的时序图
注:此图来自三星的型号K9K8G08U0A的nand flash的数据手册(datasheet)。
我们来一起看看,我在图6中的特意标注的①边上的黄色竖线。
黄色竖线所处的时刻,是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。
让我们看看,在那一刻,其所穿过好几行都对应什么值,以及进一步理解,为何要那个值。
(1)黄色竖线穿过的第一行,是CLE。还记得前面介绍命令所存使能(CLE)那个引脚吧?CLE,将CLE置1,就说明你将要通过I/O复用端口发送进入Nand Flash的,是命令,而不是地址或者其他类型的数据。只有这样将CLE置1,使其有效,才能去通知了内部硬件逻辑,你接下来将收到的是命令,内部硬件逻辑,才会将受到的命令,放到命令寄存器中,才能实现后面正确的操作,否则,不去将CLE置1使其有效,硬件会无所适从,不知道你传入的到底是数据还是命令了。
(2)而第二行,是CE#,那一刻的值是0。这个道理很简单,你既然要向Nand Flash发命令,那么先要选中它,所以,要保证CE#为低电平,使其有效,也就是片选有效。
(3)第三行是WE#,意思是写使能。因为接下来是往nand Flash里面写命令,所以,要使得WE#有效,所以设为低电平。
(4)第四行,是ALE是低电平,而ALE是高电平有效,此时意思就是使其无效。而对应地,前面介绍的,使CLE有效,因为将要数据的是命令,而不是地址。如果在其他某些场合,比如接下来的要输入地址的时候,就要使其有效,而使CLE无效了。
(5)第五行,RE#,此时是高电平,无效。可以看到,知道后面低6阶段,才变成低电平,才有效,因为那时候,要发生读取命令,去读取数据。
(6)第六行,就是我们重点要介绍的,复用的输入输出I/O端口了,此刻,还没有输入数据,接下来,在不同的阶段,会输入或输出不同的数据/地址。
(7)第七行,R/B#,高电平,表示R(Ready)/就绪,因为到了后面的第5阶段,硬件内部,在第四阶段,接受了外界的读取命令后,把该页的数据一点点送到页寄存器中,这段时间,属于系统在忙着干活,属于忙的阶段,所以,R/B#才变成低,表示Busy忙的状态的。
介绍了时刻①的各个信号的值,以及为何是这个值之后,相信,后面的各个时刻,对应的不同信号的各个值,大家就会自己慢慢分析了,也就容易理解具体的操作顺序和原理了。
3.如何计算出,我们要传入的地址
在介绍具体读取数据的详细流程之前,还要做一件事,那就是,先要搞懂我们要访问的地址,以及这些地址,如何分解后,一点点传入进去,使得硬件能识别才行。
此处还是以K9K8G08U0A为例,此nand flash,一共有8192个块,每个块内有64页,每个页是2K+64 Bytes,假设,我们要访问其中的第7000个块中的第25页中的1208字节处的地址,此时,我们就要先把具体的地址算出来:
物理地址=块大小×块号+页大小×页号+页内地址=7000×128K+64×2K+1208=0x36B204B8,接下来,我们就看看,怎么才能把这个实际的物理地址,转化为nand Flash所要求的格式。
在解释地址组成之前,先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍:
![](http://img.bimg.126.net/photo/WXIBVgereGlpWeEDD_o4bA==/4284893570467025916.jpg)
图7 Nand Flash的地址周期组成
结合图7和图5中的2,3阶段,我们可以看出,此nand flash地址周期共有5个,2个列(Column)周期,3个行(Row)周期。而对于对应地,我们可以看出,实际上,列地址A0~A10,就是页内地址,地址范围是从0到2047,而对出的A11,理论上可以表示2048~4095,但是实际上,我们最多也只用到了2048~2011,用于表示页内的oob区域,其大小是64字节。
对应地,A12~A30,称作页号,页的号码,可以定位到具体是哪一个页。而其中,A18~A30,表示对应的块号,即属于哪个块。
简单解释完了地址组成,那么就很容易分析上面例子中的地址了:
0x36B204B8 = 0011 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000,分别分配到5个地址周期就是:
1st 周期,A7~A0 :1011 1000 = 0x B8
2nd周期,A11~A8 :0000 0100 = 0x04
3rd周期,A19~A12 :0010 0000 = 0x20
4th周期,A27~A20 :0110 1011 = 0x6B
5th周期,A30~A28 :0000 0011 = 0x03
注意,与图7中对应的,*L,意思是地电平,由于未用到那些位,datasheet中强制要求设为0,所以,才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是类似原理,都是0。
因此,接下来要介绍的,我们要访问第7000个块中的第25页中的1208字节处的话,所要传入的地址就是分5个周期,分别传入两个列地址的:0xB8,0x04,然后再传3个行地址的:0x20,0x6B,0x03,这样硬件才能识别。
4.读操作过程的解释
准备工作终于完了,下面就可以开始解释说明,对于读操作的,上面图中标出来的,1-6个阶段,具体是什么含义。
(1) 操作准备阶段:此处是读(Read)操作,所以,先发一个图5中读命令的第一个阶段的0x00,表示,让硬件先准备一下,接下来的操作是读。
(2) 发送两个周期的列地址。也就是页内地址,表示,我要从一个页的什么位置开始读取数据。
(3) 接下来再传入三个行地址。对应的也就是页号。
(4) 然后再发一个读操作的第二个周期的命令0x30。接下来,就是硬件内部自己的事情了。
(5) Nand Flash内部硬件逻辑,负责去按照你的要求,根据传入的地址,找到哪个块中的哪个页,然后把整个这一页的数据,都一点点搬运到页缓存中去。而在此期间,你所能做的事,也就只需要去读取状态寄存器,看看对应的位的值,也就是R/B#那一位,是1还是0,0的话,就表示,系统是busy,仍在”忙“(着读取数据),如果是1,就说系统活干完了,忙清了,已经把整个页的数据都搬运到页缓存里去了,你可以接下来读取你要的数据了。
对于这里。估计有人会问了,这一个页一共2048+64字节,如果我传入的页内地址,就像上面给的1208一类的值,只是想读取1028到2011这部分数据,而不是页开始的0地址整个页的数据,那么内部硬件却读取整个页的数据出来,岂不是很浪费吗?答案是,的确很浪费,效率看起来不高,但是实际就是这么做的,而且本身读取整个页的数据,相对时间并不长,而且读出来之后,内部数据指针会定位到你刚才所制定的1208的那个位置。
(6) 接下来,就是你“窃取“系统忙了半天之后的劳动成果的时候了,呵呵。通过先去Nand Flash的控制器中的数据寄存器中写入你要读取多少个字节(byte)/字(word),然后就可以去Nand Flash的控制器的FIFO中,一点点读取你要的数据了。
至此,整个Nand Flash的读操作就完成了。
对于其他操作,可以根据我上面的分析,一点点自己去看datasheet,根据里面的时序图去分析具体的操作过程,然后对照代码,会更加清楚具体是如何实现的。
【Flash的类型】
Flash的类型主要分两种,nand flash和nor flash。
除了网上最流行的这个解释之外:
NAND和NOR的比较
再多说几句:
1.nor的成本相对高,具体读写数据时候,不容易出错。总体上,比较适合应用于存储少量的代码。
2.Nand flash相对成本低。使用中数据读写容易出错,所以一般都需要有对应的软件或者硬件的数据校验算法,统称为ECC。由于相对来说,容量大,价格便宜,因此适合用来存储大量的数据。其在嵌入式系统中的作用,相当于PC上的硬盘,用于存储大量数据。
所以,一个常见的应用组合就是,用小容量的Nor Flash存储启动代码,比如uboot,系统启动后,初始化对应的硬件,包括SDRAM等,然后将Nand Flash上的Linux 内核读取到内存中,做好该做的事情后,就跳转到SDRAM中去执行内核了,然后内核解压(如果是压缩内核的话,否则就直接运行了)后,开始运行,在Linux内核启动最后,去Nand Flash上,挂载根文件,比如jffs2,yaffs2等,挂载完成,运行初始化脚本,启动consle交互,才运行你通过console和内核交互。至此完成整个系统启动过程。
而Nor Flash就分别存放的是Uboot,Nand Flash存放的是Linux的内核镜像和根文件系统,以及余下的空间分成一个数据区。
Nor flash,有类似于dram之类的地址总线,因此可以直接和CPU相连,CPU可以直接通过地址总线对nor flash进行访问,而nand flash没有这类的总线,只有IO接口,只能通过IO接口发送命令和地址,对nand flash内部数据进行访问。相比之下,nor flash就像是并行访问,nand flash就是串行访问,所以相对来说,前者的速度更快些。
但是由于物理制程/制造方面的原因,导致nor 和nand在一些具体操作方面的特性不同:
NOR | NAND | (备注) | |
接口 | 总线 | I/O接口 | 这个两者最大的区别 |
单个cell大小 | 大 | 小 | |
单个Cell成本 | 高 | 低 | |
读耗时 | 快 | 慢 | |
单字节的编程时间 | 快 | 慢 | |
多字节的编程时间 | 慢 | 快 | |
擦除时间 | 慢 | 快 | |
功耗 | 高 | 低,但是需要额外的RAM | |
是否可以执行代码 | 是 | 不行, 但是一些新的芯片,可以在第一页之外执行一些小的loader(1) | 即是否允许,芯片内执行(XIP, eXecute In Place) (2) |
位反转(Bit twiddling/bit flip) | 几乎无限制 | 1-4次,也称作 “部分页编程限制” | 也就是数据错误,0->1或1->0 |
在芯片出厂时候是否允许坏块 | 不允许 | 允许 |
1. 理论上是可以的,而且也是有人验证过可以的,只不过由于nand flash的物理特性,不能完全保证所读取的数据/代码是正确的,实际上,很少这么用而已。因为,如果真是要用到nand flash做XIP,那么除了读出速度慢之外,还要保证有数据的校验,以保证读出来的,将要执行的代码/数据,是正确的。否则,系统很容易就跑飞了。。。
2. 芯片内执行(XIP, eXecute In Place):
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html
【Nand Flash的种类】
具体再分,又可以分为
1)Bare NAND chips:裸片,单独的nand 芯片
2)SmartMediaCards: =裸片+一层薄塑料,常用于数码相机和MP3播放器中。之所以称smart,是由于其软件smart,而不是硬件本身有啥smart之处。^_^
3)DiskOnChip:裸片+glue logic,glue logic=硬件ECC产生器+用于静态的nand 芯片控制的寄存器+直接访问一小片地址窗口,那块地址中包含了引导代码的stub桩,其可以从nand flash中拷贝真正的引导代码。
【spare area/oob】
Nand由于最初硬件设计时候考虑到,额外的错误校验等需要空间,专门对应每个页,额外设计了叫做spare area空区域,在其他地方,比如jffs2文件系统中,也叫做oob(out of band)数据。
其具体用途,总结起来有:
1. 标记是否是坏快
2. 存储ECC数据
3. 存储一些和文件系统相关的数据,如jffs2就会用到这些空间存储一些特定信息,yaffs2文件系统,会在oob中,存放很多和自己文件系统相关的信息。
2. 软件方面
如果想要在Linux下编写Nand Flash驱动,那么就先要搞清楚Linux下,关于此部分的整个框架。弄明白,系统是如何管理你的nand flash的,以及,系统都帮你做了那些准备工作,而剩下的,驱动底层实现部分,你要去实现哪些功能,才能使得硬件正常工作起来。
【内存技术设备,MTD(Memory Technology Device)】
MTD,是Linux的存储设备中的一个子系统。其设计此系统的目的是,对于内存类的设备,提供一个抽象层,一个接口,使得对于硬件驱动设计者来说,可以尽量少的去关心存储格式,比如FTL,FFS2等,而只需要去提供最简单的底层硬件设备的读/写/擦除函数就可以了。而对于数据对于上层使用者来说是如何表示的,硬件驱动设计者可以不关心,而MTD存储设备子系统都帮你做好了。
对于MTD字系统的好处,简单解释就是,他帮助你实现了,很多对于以前或者其他系统来说,本来也是你驱动设计者要去实现的很多功能。换句话说,有了MTD,使得你设计Nand Flash的驱动,所要做的事情,要少很多很多,因为大部分工作,都由MTD帮你做好了。
当然,这个好处的一个“副作用”就是,使得我们不了解的人去理解整个Linux驱动架构,以及MTD,变得更加复杂。但是,总的说,觉得是利远远大于弊,否则,就不仅需要你理解,而且还是做更多的工作,实现更多的功能了。
此外,还有一个重要的原因,那就是,前面提到的nand flash和普通硬盘等设备的特殊性:
有限的通过出复用来实现输入输出命令和地址/数据等的IO接口,最小单位是页而不是常见的bit,写前需擦除等,导致了这类设备,不能像平常对待硬盘等操作一样去操作,只能采取一些特殊方法,这就诞生了MTD设备的统一抽象层。
MTD,将nand flash,nor flash和其他类型的flash等设备,统一抽象成MTD设备来管理,根据这些设备的特点,上层实现了常见的操作函数封装,底层具体的内部实现,就需要驱动设计者自己来实现了。具体的内部硬件设备的读/写/擦除函数,那就是你必须实现的了。
HARD drives | MTD device |
连续的扇区 | 连续的可擦除块 |
扇区都很小(512B,1024B) | 可擦除块比较大 (32KB,128KB) |
主要通过两个操作对其维护操作:读扇区,写扇区 | 主要通过三个操作对其维护操作:从擦除块中读,写入擦除块,擦写可擦除块 |
坏快被重新映射,并且被硬件隐藏起来了(至少是在如今常见的LBA硬盘设备中是如此) | 坏的可擦除块没有被隐藏,软件中要处理对应的坏块问题。 |
HDD扇区没有擦写寿命超出的问题。 | 可擦除块是有擦除次数限制的,大概是104-105次. |
多说一句,关于MTD更多的内容,感兴趣的,去附录中的MTD的主页去看。
关于mtd设备驱动,感兴趣的可以去参考
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话
MTD原始设备与FLASH硬件驱动的对话-续
那里,算是比较详细地介绍了整个流程,方便大家理解整个mtd框架和nand flash驱动。
【Nand flash驱动工作原理】
在介绍具体如何写Nand Flash驱动之前,我们先要了解,大概的,整个系统,和Nand Flash相关的部分的驱动工作流程,这样,对于后面的驱动实现,才能更加清楚机制,才更容易实现,否则就是,即使写完了代码,也还是没搞懂系统是如何工作的了。
让我们以最常见的,Linux内核中已经有的三星的Nand Flash驱动,来解释Nand Flash驱动具体流程和原理。
此处是参考2.6.29版本的Linux源码中的/drivers/mtd/nand/s3c2410.c,以2410为例。
1. 在nand flash驱动加载后,第一步,就是去调用对应的init函数,s3c2410_nand_init,去将在nand flash驱动注册到Linux驱动框架中。
2. 驱动本身,真正开始,是从probe函数,s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,
在probe过程中,去用clk_enable打开nand flash控制器的clock时钟,用request_mem_region去申请驱动所需要的一些内存等相关资源。然后,在s3c2410_nand_inithw中,去初始化硬件相关的部分,主要是关于时钟频率的计算,以及启用nand flash控制器,使得硬件初始化好了,后面才能正常工作。
3. 需要多解释一下的,是这部分代码:
for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)/n", setno, nmtd, info);
/* 调用init chip去挂载你的nand 驱动的底层函数到nand flash的结构体中,以及设置对应的ecc mode,挂载ecc相关的函数 */
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);
/* scan_ident,扫描nand 设备,设置nand flash的默认函数,获得物理设备的具体型号以及对应各个特性参数,这部分算出来的一些值,对于nand flash来说,是最主要的参数,比如nand falsh的芯片的大小,块大小,页大小等。 */
nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd,
(sets) ? sets->nr_chips : 1);
if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);
/* scan tail,从名字就可以看出来,是扫描的后一阶段,此时,经过前面的scan_ident,我们已经获得对应nand flash的硬件的各个参数,然后就可以在scan tail中,根据这些参数,去设置其他一些重要参数,尤其是ecc的layout,即ecc是如何在oob中摆放的,最后,再去进行一些初始化操作,主要是根据你的驱动,如果没有实现一些函数的话,那么就用系统默认的。 */
nand_scan_tail(&nmtd->mtd);
/* add partion,根据你的nand flash的分区设置,去分区 */
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}
4. 等所有的参数都计算好了,函数都挂载完毕,系统就可以正常工作了。
上层访问你的nand falsh中的数据的时候,通过MTD层,一层层调用,最后调用到你所实现的那些底层访问硬件数据/缓存的函数中。
【Linux下nand flash驱动编写步骤简介】
关于上面提到的,在nand_scan_tail的时候,系统会根据你的驱动,如果没有实现一些函数的话,那么就用系统默认的。如果实现了自己的函数,就用你的。
估计很多人就会问了,那么到底我要实现哪些函数呢,而又有哪些是可以不实现,用系统默认的就可以了呢。
此问题的,就是我们下面要介绍的,也就是,你要实现的,你的驱动最少要做哪些工作,才能使整个nand flash工作起来。
1. 对于驱动框架部分
其实,要了解,关于驱动框架部分,你所要做的事情的话,只要看看三星的整个nand flash驱动中的这个结构体,就差不多了:
static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {
.probe = s3c2410_nand_probe,
.remove = s3c2410_nand_remove,
.suspend = s3c24xx_nand_suspend,
.resume = s3c24xx_nand_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
};
对于上面这个结构体,没多少要解释的。从名字,就能看出来:
(1)probe就是系统“探测”,就是前面解释的整个过程,这个过程中的多数步骤,都是和你自己的nand flash相关的,尤其是那些硬件初始化部分,是你必须要自己实现的。
(2)remove,就是和probe对应的,“反初始化”相关的动作。主要是释放系统相关资源和关闭硬件的时钟等常见操作了。
(3)suspend和resume,对于很多没用到电源管理的情况下,至少对于我们刚开始写基本的驱动的时候,可以不用关心,放个空函数即可。
2. 对于nand flash底层操作实现部分
而对于底层硬件操作的有些函数,总体上说,都可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到:
static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd,
struct s3c2410_nand_set *set)
{
struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
void __iomem *regs = info->regs;
chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
/* nand flash控制器中,一般都有对应的数据寄存器,用于给你往里面写数据,表示将要读取或写入多少个字节(byte,u8)/字(word,u32) ,所以,此处,你要给出地址,以便后面的操作所使用 */
chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;
info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;
info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;
chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;
break;
。。。。。。
}
chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;
nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;
nmtd->set = set;
if (hardware_ecc) {
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;
/* 此处,多数情况下,你所用的Nand Flash的控制器,都是支持硬件ECC的,所以,此处设置硬件ECC(HW_ECC) ,也是充分利用硬件的特性,而如果此处不用硬件去做的ECC的话,那么下面也会去设置成NAND_ECC_SOFT,系统会用默认的软件去做ECC校验,相比之下,比硬件ECC的效率就低很多,而你的nand flash的读写,也会相应地要慢不少*/
chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW;
switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:
chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
break;
。。。。。
}
} else {
chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT;
}
if (set->ecc_layout != NULL)
chip->ecc.layout = set->ecc_layout;
if (set->disable_ecc)
chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;
}
而我们要实现的底层函数,也就是上面蓝色标出来的一些函数而已:
(1)s3c2410_nand_write_buf 和 s3c2410_nand_read_buf:这是两个最基本的操作函数,其功能,就是往你的nand flash的控制器中的FIFO读写数据。一般情况下,是MTD上层的操作,比如要读取一页的数据,那么在发送完相关的读命令和等待时间之后,就会调用到你底层的read_buf,去nand Flash的FIFO中,一点点把我们要的数据,读取出来,放到我们制定的内存的缓存中去。写操作也是类似,将我们内存中的数据,写到Nand Flash的FIFO中去。具体的数据流向,参考上面的图4。
(2)s3c2410_nand_select_chip : 实现Nand Flash的片选。
(3)s3c2410_nand_hwcontrol:给底层发送命令或地址,或者设置具体操作的模式,都是通过此函数。
(4)s3c2410_nand_devready:Nand Flash的一些操作,比如读一页数据,写入(编程)一页数据,擦除一个块,都是需要一定时间的,在命发送完成后,就是硬件开始忙着工作的时候了,而硬件什么时候完成这些操作,什么时候不忙了,变就绪了,就是通过这个函数去检查状态的。一般具体实现都是去读硬件的一个状态寄存器,其中某一位是否是1,对应着是出于“就绪/不忙”还是“忙”的状态。这个寄存器,也就是我们前面分析时序图中的R/B#。
(5)s3c2410_nand_enable_hwecc: 在硬件支持的前提下,前面设置了硬件ECC的话,要实现这个函数,用于每次在读写操作前,通过设置对应的硬件寄存器的某些位,使得启用硬件ECC,这样在读写操作完成后,就可以去读取硬件校验产生出来的ECC数值了。
(6)s3c2410_nand_calculate_ecc:如果是上面提到的硬件ECC的话,就不用我们用软件去实现校验算法了,而是直接去读取硬件产生的ECC数值就可以了。
(7)s3c2410_nand_correct_data:当实际操作过程中,读取出来的数据所对应的硬件或软件计算出来的ECC,和从oob中读出来的ECC不一样的时候,就是说明数据有误了,就需要调用此函数去纠正错误。对于现在SLC常见的ECC算法来说,可以发现2位,纠正1位。如果错误大于1位,那么就无法纠正回来了。一般情况下,出错超过1位的,好像几率不大。至少我看到的不是很大。更复杂的情况和更加注重数据安全的情况下,一般是需要另外实现更高效和检错和纠错能力更强的ECC算法的。
当然,除了这些你必须实现的函数之外,在你更加熟悉整个框架之后,你可以根据你自己的nand flash的特点,去实现其他一些原先用系统默认但是效率不高的函数,而用自己的更高效率的函数替代他们,以提升你的nand flash的整体性能和效率。
【引用文章】
1.Brief Intro of Nand Flash
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/3f1635d1dc041cd7562c84a1.html
2. Samsung的型号为K9G8G08U0M的Nand Flash的数据手册
要下载数据手册,可以去这里介绍的网站下载:
samsung 4K pagesize SLC Nand Flash K9F8G08U0M datasheet + 推荐一个datasheet搜索的网站
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/7f25a03def1de309bba167c8.html
3.Nand Falsh Read Operation
http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/f06db3546eced11a3b29356c.html
4. Memory Technology Device (MTD) Subsystem for Linux.
http://www.linux-mtd.infradead.org/index.html
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