Nand Flash驱动程序编写指南-3

下面开始分析nand flash时序图，并以读操作为例编写nand flash驱动，先看下我们应该发什么命令读数据，下面是数据手册的命令集合：



由上可以看出，要读取数据，只需要发送一个命令周期，发00h或01h。

知道了发什么命令，再来看如何发送命令，下面是读命令的时序图：



上面图的红线处，它所在的时刻就是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。看下此时红线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）穿过的第一行，是CLE，即命令锁存使能的引脚，将CLE置1，就说明将要通过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）第二行，是CE#，那一刻的值是0。要发命令，就要保证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，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，一直到Busy后才变成低电平有效，因为那时候就开始读取数据了。
（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Busy阶段，硬件内部在第之前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，这段时间为系统正忙，所以R/B#才变成低，表示Busy忙的状态。
介绍了红线处时刻的各个信号的值，以及为何是这个值之后，后面的各个时刻所对应的不同信号的各个值也就容易理解了。
知道了读写指令的发送方式，接下来该指定读写的地址了，nand flash的硬件地址计算很简单，无偏移量，物理地址=块号*块大小+页号*页大小+页内偏移量。(注意，此处块号和页号是非零的，即从1记起的编号)这里列出了数据手册里关于地址周期的介绍：



以K9f5608为例，一共2048块，每块32页，每页512Byte+16Byte，要访问第1500块第15页的150字节处的地址，则其物理地址=1500*16K+15*512+150=0x01771e96。将其按照地址周期分配如下：

0x01771e96=0000 0001 0111 0111 0001 1110 1001 0110，分别分配到3个地址周期即为：
第1周期，A0~A7 ：1001 0110 = 0x96
第2周期，A9~A16 ：1000 1111 = 0x8f
第3周期，A17~A24 ：1011 1011 = 0xbb
其中的L*意思为低电平，由于未用到这些为，数据手册中强制要求为0，由上面分析，我们若要访问nand上第1500块第15页的150字节处的地址，就要分3个周期分别传递0x96、0x8f和0xbb，硬件才能识别。
现在我们再返回去看时序图，有没有清晰一些？它的几个阶段是这样的：
1、操作准备阶段：此处是读（Read）操作，所以先发一个读命令的0x00，表示让硬件先准备一下，接下来的操作是读；
2、发送一个周期的列地址，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、接下来再传入两个行地址，对应的也就是页号。
4、然后硬件开始处理所接收的数据，若有第二个命令也是在此时发送，接下来就是硬件内部自己的事情了，而我们要做的就是等待。
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。
这里需要注意的是，nand flash是整页读写的，我们传入的字节数对硬件读写是没有意义的，只是它读取整个页的数据之后，内部数据指针会定位到你刚才所制定的偏移量150所在的那个位置。
6、接下来，就是我们自己去获取数据了，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，一点点自己去看数据手册，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。
看到这里，nand flash的驱动程序的编写应该就有了几分把握了吧。至于上层软件，由于我用的是实时操作系统，接口要十分简洁，就没有使用mtd层，我采用的是yaffs的direct接口，有兴趣的可以看下我的相关文章。这里再阐述下nand flash空闲区的概念，我当时在写驱动时备受它的折磨。
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的空区域，在其他地方，比如yaffs文件系统中，也叫做spare数据，里面有块/页信息，tags即校验和。
其具体用途，总结起来如下：
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yaffs就会用到这些空间存储一些特定信息（即上面提到的Tags，具体介绍我的相关文章有解释）
下面贴出三星nand flash小页的Spare空间分配标准：