Nandflash 驱动深度分析（基于S3C2410）

NAND Flash在嵌入式系统中的地位与PC机上的硬盘类似，用于保存系统运行所必需的操作系统、应用程序、用户数据、运行过程中产生的各类数据。与内存掉电后数据丢失不同，NAND Flash中的数据在掉电后仍可永久保存。
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。对于K9F5608U0D，它的容量为32MB，需要25位地址。发出命令后，后面要紧跟3个地址序列。比如读Flash时，发出读命令和3个地址序列后，后续的读操作就可以得到这个地址及其后续地址的数据。相应的命令字和地址序列如表1和2所示：


[align=center]表1：K9F5608U0D命令设置表[/align]
[align=center] [/align]




[align=center]表2：K9F5608U0D寻址周期表[/align]
[align=center] [/align]
K9F5608U0D一页的大小为512字节，分为两部分：前半页，后半页。由于列地址只有8根数据线，所以寻址宽度只有256个字节。而在这512个字节的一页中，当发出读命令为00h时，表示列地址将在前半部分寻址，命令为01h时，表示列地址将在后半部分寻址。A8被读命令00h设置为低电平，而在01时设置成高电平。
S3C2410对NAND Flash操作提供了几个寄存器来简化对NAND Flash的操作。比如要发出读命令时，只需要往NFCMD寄存器中写入0即可，而控制器会自动发出各种控制信号进行操作。以下几个寄存器，为2410专为NAND而设计的：
NFCONF：NAND Flash配置寄存器。
被用来使能/禁止NAND Flash控制器、使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC、设置NAND Flash的时序参数等。
TACLS、TWRPH0、TWRPH1这3个参数控制的是NAND Flash信号线CLE/ALE与写控制信号n/WE的时序关系，如图1所示：





[align=center]图1：S3C2410 NAND控制时序图[/align]
NFCMD：NAND Flash命令寄存器。
对于不同型号的Flash，操作命令一般不一样。
NFADDR：NAND Flash地址寄存器。
当写这个寄存器时，它将对Flash发出地址信号。
NFDATA：NAND Flash数据寄存器。
只用到低8位，读，写此寄存器将启动对NAND Flash的读数据、写数据操作。
NFSTAT：NAND Flash状态寄存器。
只用到位0，0：busy，1：ready。
在使用NAND Flash之前，需要先对NAND进行初始化：
/************************************************************************
* 名称: init_nandconf
* 功能: 初始化2410内部nandflash控制寄存器
* 返回: 无
************************************************************************/
void init_nandcof(void)
{
rNFCONF=0xf820;//设置NANDFLASH，各位定义如表3所示：





[align=center]表3：NFCONF寄存器[/align]
[15]：设置为1，NANDFLASH 控制器开，由datasheet得到，在自动启动后，nandflash控制器会关闭，如果要使用控制器，就要手工开。
[12]：初始化ECC寄存器，设置为1
[11]：外部NAND使能，这里设置为1，先关一下。
[10:8]：TACLS设置，由表4得，ALE和CLE要求保持10ns，而现在的HCLK为100m，所以TACLS为0就可以了。





[align=center]表4：AC TIMING CHARACTERISTICS FOR COMMAND / ADDRESS / DATA INPUT[/align]
[6:4]：由表4得，twp在3.3V时需要至少25ns的时间，现在在HCLK为100M的情况下，需要3个周期，所以TWRPH0为2，
[2:0]：由表4得到，tch要求时间为10ns,所以在HCLK为100M的情况下，只要1个周期就行了，所以TWRPH1为0
rNFCONF &= ~0x800;//NAND使能。CE低电平有效
rNFCMD=0xff; //重启一下NAND，由表5所示，得到复位的命令





[align=center]表5：NANDFLASH命令表[/align]
while(!(rNFSTAT&0x1));//等待复位完成，由表6得，NFSTAT寄存器定义





[align=center]表6：NFSTAT寄存器[/align]
}
对于NANDFLASH操作来说，一般有4种：1、读NAND ID，2、读NAND内容，3、写NANDFLASH，4、擦除NANDFLASH。以下分4个函数说明NANDFLASH的4种操作：

1、读NANDFLASH的ID
/************************************************************************
* 名称: nand_read_id
* 功能: 读取nandflash的ID
* 输入: 无
* 返回: id
************************************************************************/

static int nand_read_id(void)
{
int i，id;//i用于记录当前的，id用于记录读取的ID

/* NAND使能 */
rNFCONF &= ~0x800;使能//NANDFLASH
for(i=0; i<10; i++);//等待10个周期，等待Nand准备就绪





[align=center]图2：NAND读时序图[/align]
以下部分按照图2时序图而写
rNFCMD=0x90;
for(i=0;i<5;i++);//由于FCLK为200MHz，这里5个周期为25ns
查器件手册得tAR最小需要10ns，最大没有上限
id=rNFDATA;//读出NAND的制做商编号：这里三星为0xEC
id=(id<<8)+rNFDATA
//关芯片使能，防止误操作对NAND中的数据修改
rNFCONF |= 0x800;
return id;//返回读取的ID
}
2、读NAND内容
/************************************************************************
* 名称: nand_read
* 功能: 读取nandflash上一块内容到指定的地址中
* 输入: unsigned char *buf： 要写入数据的首地址
unsigned long start_addr: 要读取的数据在Nand上的首地址
int size： 读取长度
* 返回: 0
************************************************************************/

static int nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;//i用于记录当前的，j记录每一页中的byte地址

/* NAND使能 */
rNFCONF &= ~0x800;//使能NANDFLASH
for(i=0; i<10; i++);//等待10个周期





[align=center]图3：NAND读时序图[/align]
以下部分按照图3时序图而写
for(i=start_addr; i < (start_addr + size);)
{
/* READ0 */
rNFCMD = 0;//由表3-4-5所示，读数据区的命令为0x0或者0x1，而对于512bytes来说，0x0是从第0个字节开始读起，而0x1是从第256个字节读起。当使用NFCMD寄存器时，控制NAND的ALE会置0，CLE会置1，数据写入时，WE也会由低变高，而当WE由低变高的过程后，命令将锁存在了NAND中的命令寄存器中，而这些都是自动的

/* Write Address */
//nand的写入方法见时序图，由于向2410的NAND的NFADDR寄存器写数据，此时ALE至1，CLE至0，数据写入时，WE也会由低变高，而当WE由低变高的过程后，地址数据将锁存在了NAND中的地址寄存器中，这些全是自动的，而又因为32M的NAND只需要3个周期寻址，所以这里只向地址寄存器发3个周期的命令就可以了
rNFADDR = i & 0xff;
rNFADDR = (i >> 9) & 0xff;//（左移9位，不是8位）
rNFADDR = (i >> 17) & 0xff; //（左移17位，不是16位）
表3-4-2列出了在地址操作的3个步骤对应的NAND内部地址线，没有A8（它由读命令设置，当读命令为0时，A8=0；当读命令为1时，A8=1），所以在第二，第三次向rNFADDR寄存器发送地址时，需要再多移一位，而不是原来的8和16。
wait_idle();//由时序图得到，当输入地址完成后，NANDFLASH会进入忙状态，我个人认为是NAND内部对输入的地址进行解释。

for(j=0; j < 512; j++, i++)
{
*buf = (rNFDATA & 0xff);//读取NAND中的数据，将数据写入到指定的数据写入位置，当使用NFDATA寄存器时，控制NAND的CLE和ALE都会自动1。而buf指针是外面传进来的地址，在下面的函数调用会用到，每读取一次NFDATA寄存器，控制NAND的OE都会由高电平到低电平转变。而NANDFLASH的数据每读取一次，都会指向下一个内部的地址，而一个数据区由512bytes组成，当继续读下去的时候，将读到16bytes的ECC区，所以每对完512个字节后，要对nand的地址重新定位。
buf++;//写入地址位置+1
}
}

//关芯片使能，防止误操作对NAND中的数据修改
rNFCONF |= 0x800;
return 0;//返回0，表示读取成功
}
3、写NAND内容
/************************************************************************
* 名称: nand_write
* 功能: 将内存中的一块内容写到nandflash上
* 输入: unsigned char *buf： 要读取数据的首地址
unsigned long start_addr: 要写入的数据在Nand上的首地址
int size： 写入长度
* 返回: 写入状态
************************************************************************/

static int nand_write(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;//i用于记录当前的，j记录每一页中的byte地址

/* NAND使能 */
rNFCONF &= ~0x800;使能//NANDFLASH
for(i=0; i<10; i++);//等待10个周期





[align=center]图4：NAND编程时序图[/align]
以下部分按照图4时序图而写
for(i=start_addr; i < (start_addr + size);)
{
/* READ0 */
rNFCMD = 0;//由图3-4-5所示，写数据区前先确认写入哪个区，命令为0x0或者0x1。而对于512bytes来说，0x0是从第0个字节开始读起，而0x1是从第256个字节读起。当使用NFCMD寄存器时，控制NAND的ALE会置0，CLE会置1，数据写入时，WE也会由低变高，而当WE由低变高的过程后，命令将锁存在了NAND中的命令寄存器中，而这些都是自动的。
[align=center] [/align]




[align=center]图5：NAND写入位置图[/align]
/* Write Address */
//nand的写入方法见时序图，由于向2410的NAND的NFADDR寄存器写数据，此时ALE至1，CLE至0，数据写入时，WE也会由低变高，而当WE由低变高的过程后，地址数据将锁存在了NAND中的地址寄存器中，这些全是自动的，而又因为32M的NAND只需要3个周期寻址，所以这里只向地址寄存器发3个周期的命令就可以了。
rNFADDR = i & 0xff;
rNFADDR = (i >> 9) & 0xff;//（左移9位，不是8位）
rNFADDR = (i >> 17) & 0xff; //（左移17位，不是16位）
表3-4-2列出了在地址操作的3个步骤对应的NAND内部地址线，没有A8（它由读命令设置，当读命令为0时，A8=0；当读命令为1时，A8=1），所以在第二，第三次向rNFADDR寄存器发送地址时，需要再多移一位，而不是原来的8和16。

for(j=0; j < 512; j++, i++)
{
rNFDATA =(*buf )& 0xff;//向NAND写入数据，将数据写入到指定的数据写入位置，当使用NFDATA寄存器时，控制NAND的CLE和ALE都会自动1。而buf指针是外面传进来的地址，在下面的函数调用会用到，每写一次NFDATA寄存器，控制NAND的WE都会由低电平向高电平转变。而NANDFLASH的数据每写一次，都会指向下一个内部的地址，而一个数据区由512bytes组成，当继续写下去的时候，将写到16bytes的ECC区，所以每对完512个字节后，要对nand的地址重新定位。
buf++;//写入地址位置+1
}
rNFCMD(0x10);//写入确认命令，由表3-4-5所得，在512个字节写完后，需要确认。这种设计可以防止误操作而影响了内部数据区
wait_idle();//由时序图得到，等待512字节输入完成。
rNFCMD(0x70);//读取NAND状态寄存器的内容
if(rNFDATA&0x1==0x1)
return 1;//读取状态寄存器，判读写入是否成功，由图3-4-4所得，读出的数据0位为1时，写入失败。
}

//关芯片使能，防止误操作对NAND中的数据修改
rNFCONF |= 0x800;
return 0;//返回0，表示写入成功
}
4、擦NAND内容
/************************************************************************
* 名称: nand_erase
* 功能: 擦除nandflash上一块内容到指定
* 输入: unsigned long start_addr: 要擦除的数据在Nand上的首地址
int size： 擦除长度
* 返回: 0
************************************************************************/

static int nand_ erase (unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;//i用于记录当前的，j记录每一页中的byte地址

/* NAND使能 */
rNFCONF &= ~0x800;使能//NANDFLASH
for(i=0; i<10; i++);//等待10个周期





[align=center]图6：NAND擦除时序图[/align]
以下部分按照图6时序图而写
for(i=start_addr; i < (start_addr + size);)
{
rNFCMD=0x60;//擦除命令
rNFADDR = (i >> 9) & 0xff;//（左移9位，不是8位）
rNFADDR = (i >> 17) & 0xff; //（左移17位，不是16位）
NFCMD=0xD0;//确认擦除命令
i+=512*32;//擦除一块的长度为512字节的页，此种页32页组成一块
wait_idle();//由时序图得到，等待1块内容被擦除完成。
rNFCMD(0x70);//读取NAND状态寄存器的内容
if(rNFDATA&0x1==0x1)
returen 1;//如果失败，则返回1

}
//关芯片使能，防止误操作对NAND中的数据修改
rNFCONF |= 0x800;
return 0;//返回0，表示擦除成功
}
以上4次情况可以基本完成对NAND的操作，但是这里要注意的是，在linux写入和读出时，必须是出NAND中的每一页的第0个字节读取，而不能随便从其中间的位置读取，而这一部分是MTD中有明确的方法，这里不作进一步分析了。
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