如何编写linux下nand flash驱动-2
2012-03-30 13:37
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【Nand Flash引脚(Pin)的说明】
![](http://blog.chinaunix.net/photo/101630_090722235821.jpg)
图3.Nand Flash引脚功能说明
上图是常见的Nand Flash所拥有的引脚(Pin)所对应的功能,简单翻译如下:
1. I/O0 ~ I/O7:用于输入地址/数据/命令,输出数据
2. CLE:Command Latch Enable,命令锁存使能,在输入命令之前,要先在模式寄存器中,设置CLE使能
3. ALE:Address Latch Enable,地址锁存使能,在输入地址之前,要先在模式寄存器中,设置ALE使能
4. CE#:Chip Enable,芯片使能,在操作Nand Flash之前,要先选中此芯片,才能操作
5. RE#:Read Enable,读使能,在读取数据之前,要先使CE#有效。
6. WE#:Write Enable,写使能,在写取数据之前,要先使WE#有效。
7. WP#:Write Protect,写保护
8. R/B#:Ready/Busy Output,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是否完成,忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成.
9. Vcc:Power,电源
10. Vss:Ground,接地
11. N.C:Non-Connection,未定义,未连接。
[小常识]
在数据手册中,你常会看到,对于一个引脚定义,有些字母上面带一横杠的,那是说明此引脚/信号是低电平有效,比如你上面看到的RE头上有个横线,就是说明,此RE是低电平有效,此外,为了书写方便,在字母后面加“#”,也是表示低电平有效,比如我上面写的CE#;如果字母头上啥都没有,就是默认的高电平有效,比如上面的CLE,就是高电平有效。
【为何需要ALE和CLE】
突然想明白了,Nand Flash中,为何设计这么多的命令,把整个系统搞这么复杂的原因了:
比如命令锁存使能(Command Latch Enable,CLE) 和地址锁存使能(Address Latch Enable,ALE),那是因为,Nand
Flash就8个I/O,而且是复用的,也就是,可以传数据,也可以传地址,也可以传命令,为了区分你当前传入的到底是啥,所以,先要用发一个CLE(或ALE)命令,告诉nand
Flash的控制器一声,我下面要传的是命令(或地址),这样,里面才能根据传入的内容,进行对应的动作。否则,nand flash内部,怎么知道你传入的是数据,还是地址,还是命令啊,也就无法实现正确的操作了.
【Nand Flash只有8个I/O引脚的好处】
1. 减少外围引脚:相对于并口(Parellel)的Nor Flash的48或52个引脚来说,的确是大大减小了引脚数目,这样封装后的芯片体积,就小很多。现在芯片在向体积更小,功能更强,功耗更低发展,减小芯片体积,就是很大的优势。同时,减少芯片接口,也意味着使用此芯片的相关的外围电路会更简化,避免了繁琐的硬件连线。
2. 提高系统的可扩展性,因为没有像其他设备一样用物理大小对应的完全数目的addr引脚,在芯片内部换了芯片的大小等的改动,对于用全部的地址addr的引脚,那么就会引起这些引脚数目的增加,比如容量扩大一倍,地址空间/寻址空间扩大一倍,所以,地址线数目/addr引脚数目,就要多加一个,而对于统一用8个I/O的引脚的Nand
Flash,由于对外提供的都是统一的8个引脚,内部的芯片大小的变化或者其他的变化,对于外部使用者(比如编写nand flash驱动的人)来说,不需要关心,只是保证新的芯片,还是遵循同样的接口,同样的时序,同样的命令,就可以了。这样就提高了系统的扩展性。
【Nand flash的一些典型(typical)特性】
1.页擦除时间是200us,有些慢的有800us。
2.块擦除时间是1.5ms.
3.页数据读取到数据寄存器的时间一般是20us。
4.串行访问(Serial access)读取一个数据的时间是25ns,而一些旧的nand
flash是30ns,甚至是50ns。
5.输入输出端口是地址和数据以及命令一起multiplex复用的。
以前老的Nand Flash,编程/擦除时间比较短,比如K9G8G08U0M,才5K次,而后来很多6.nand
flash的编程/擦除的寿命,最多允许的次数,以前的nand flash多数是10K次,也就是1万次,而现在很多新的nand
flash,技术提高了,比如,Micron的MT29F1GxxABB,Numonyx的
NAND04G-B2D/NAND08G-BxC,都可以达到100K,也就是10万次的编程/擦除。和之前常见的Nor
Flash达到同样的使用寿命了。
7.48引脚的TSOP1封装或 52引脚的ULGA封装
【Nand Flash中的特殊硬件结构】
由于nand flash相对其他常见设备来说,比较特殊,所以,特殊的设备,也有特殊的设计,所以,有些特殊的硬件特性,就有比较解释一下:
1. 页寄存器(Page Register):由于Nand Flash读取和编程操作来说,一般最小单位是页,所以,nand
flash在硬件设计时候,就考虑到这一特性,对于每一片,都有一个对应的区域,专门用于存放,将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的,一页的数据,这个数据缓存区,本质上就是一个buffer,但是只是名字叫法不同,datasheet里面叫做Page
Register,此处翻译为页寄存器,实际理解为页缓存,更为恰当些。而正是因为有些人不了解此内部结构,才容易产生之前遇到的某人的误解,以为内存里面的数据,通过Nand Flash的FIFO,写入到Nand
Flash里面去,就以为立刻实现了实际数据写入到物理存储单元中了。而实际上,只是写到了这个页缓存中,只有等你发了对应的编程第二阶段的确认命令0x10之后,实际的编程动作才开始,才开始把页缓存中的数据,一点点写到物理存储单元中去。
所以,简单总结一下就是,对于数据的流向,实际是经过了如下步骤:
![](http://blog.chinaunix.net/photo/101630_090722235829.jpg)
图4 Nand Flash读写时的数据流向
【Nand Flash中的坏块(Bad Block)】
Nand Flash中,一个块中含有1个或多个位是坏的,就成为其为坏块。
坏块的稳定性是无法保证的,也就是说,不能保证你写入的数据是对的,或者写入对了,读出来也不一定对的。而正常的块,肯定是写入读出都是正常的。
坏块有两种:
(1)一种是出厂的时候,也就是,你买到的新的,还没用过的Nand Flash,就可以包含了坏块。此类出厂时就有的坏块,被称作factory
(masked)bad block或initial bad/invalid block,在出厂之前,就会做对应的标记,标为坏块。
具体标记的地方是,对于现在常见的页大小为2K的Nand Flash,是块中第一个页的oob起始位置(关于什么是页和oob,下面会有详细解释)的第1个字节(旧的小页面,pagesize是512B甚至256B的nand
flash,坏块标记是第6个字节),如果不是0xFF,就说明是坏块。相对应的是,所有正常的块,好的块,里面所有数据都是0xFF的。
(2)第二类叫做在使用过程中产生的,由于使用过程时间长了,在擦块除的时候,出错了,说明此块坏了,也要在程序运行过程中,发现,并且标记成坏块的。具体标记的位置,和上面一样。这类块叫做worn-out
bad block。
对于坏块的管理,在Linux系统中,叫做坏块管理(BBM,Bad
Block Managment),对应的会有一个表去记录好块,坏块的信息,以及坏块是出厂就有的,还是后来使用产生的,这个表叫做坏块表(BBT,Bad Block Table)。在Linux
内核MTD架构下的Nand Flash驱动,和Uboot中Nand
Flash驱动中,在加载完驱动之后,如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描的话,那么都会去主动扫描坏块,建立必要的BBT的,以备后面坏块管理所使用。
而关于好块和坏块,Nand Flash在出厂的时候,会做出保证:
1.关于好的,可以使用的块的数目达到一定的数目,比如三星的K9G8G08U0M,整个flash一共有4096个块,出厂的时候,保证好的块至少大于3996个,也就是意思是,你新买到这个型号的nand
flash,最坏的可能,有3096-3996=100个坏块。不过,事实上,现在出厂时的坏块,比较少,绝大多数,都是使用时间长了,在使用过程中出现的。
2.保证第一个块是好的,并且一般相对来说比较耐用。做此保证的主要原因是,很多Nand Flash坏块管理方法中,就是将第一个块,用来存储上面提到的BBT,否则,都是出错几率一样的块,那么也就不太好管理了,连放BBT的地方,都不好找了,^_^。
一般来说,不同型号的Nand Flash的数据手册中,也会提到,自己的这个nand flash,最多允许多少个坏块。就比如上面提到的,三星的K9G8G08U0M,最多有100个坏块。
对于坏块的标记,本质上,也只是对应的flash上的某些字节的数据是非0xFF而已,所以,只要是数据,就是可以读取和写入的。也就意味着,可以写入其他值,也就把这个坏块标记信息破坏了。对于出厂时的坏块,一般是不建议将标记好的信息擦除掉的。
uboot中有个命令是“nand scrub”就可以将块中所有的内容都擦除了,包括坏块标记,不论是出厂时的,还是后来使用过程中出现而新标记的。一般来说,不建议用这个。不过,我倒是经常用,其实也没啥大碍,呵呵。
最好用“nand erase”只擦除好的块,对于已经标记坏块的块,不擦除。
【nand Flash中页的访问顺序】
在一个块内,对每一个页进行编程的话,必须是顺序的,而不能是随机的。比如,一个块中有128个页,那么你只能先对page0编程,再对page1编程,。。。。,而不能随机的,比如先对page3,再page1,page2.,page0,page4,.。。。
【片选无关(CE don’t-care)技术】
很多Nand flash支持一个叫做CE don’t-care的技术,字面意思就是,不关心是否片选,
那有人会问了,如果不片选,那还能对其操作吗?答案就是,这个技术,主要用在当时是不需要选中芯片却还可以继续操作的这些情况:在某些应用,比如录音,音频播放等应用,中,外部使用的微秒(us)级的时钟周期,此处假设是比较少的2us,在进行读取一页或者对页编程时,是对Nand
Flash操作,这样的串行(Serial Access)访问的周期都是20/30/50ns,都是纳秒(ns)级的,此处假设是50ns,当你已经发了对应的读或写的命令之后,接下来只是需要Nand
Flash内部去自己操作,将数据读取除了或写入进去到内部的数据寄存器中而已,此处,如果可以把片选取消,CE#是低电平有效,取消片选就是拉高电平,这样会在下一个外部命令发送过来之前,即微秒量级的时间里面,即2us-50ns≈2us,这段时间的取消片选,可以降低很少的系统功耗,但是多次的操作,就可以在很大程度上降低整体的功耗了。
总结起来简单解释就是:由于某些外部应用的频率比较低,而Nand Flash内部操作速度比较快,所以具体读写操作的大部分时间里面,都是在等待外部命令的输入,同时却选中芯片,产生了多余的功耗,此“不关心片选”技术,就是在Nand
Flash的内部的相对快速的操作(读或写)完成之后,就取消片选,以节省系统功耗。待下次外部命令/数据/地址输入来的时候,再选中芯片,即可正常继续操作了。这样,整体上,就可以大大降低系统功耗了。
注:Nand Flash的片选与否,功耗差别会有很大。如果数据没有记错的话,我之前遇到我们系统里面的nand flash的片选,大概有5个mA的电流输出呢,要知道,整个系统优化之后的待机功耗,也才10个mA左右的。
【带EDC的拷回操作以及Sector的定义(Copy-Back Operation with EDC & Sector Definition for EDC)】
Copy-Back功能,简单的说就是,将一个页的数据,拷贝到另一个页。
如果没有Copy-Back功能,那么正常的做法就是,先要将那个页的数据拷贝出来放到内存的数据buffer中,读出来之后,再用写命令将这页的数据,写到新的页里面。
而Copy-Back功能的好处在于,不需要用到外部的存储空间,不需要读出来放到外部的buffer里面,而是可以直接读取数据到内部的页寄存器(page
register)然后写到新的页里面去。而且,为了保证数据的正确,要硬件支持EDC(Error Detection Code)的,否则,在数据的拷贝过程中,可能会出现错误,并且拷贝次数多了,可能会累积更多错误。
而对于错误检测来说,硬件一般支持的是512字节数据,对应有16字节用来存放校验产生的ECC数值,而这512字节一般叫做一个扇区。对于2K+64字节大小的页来说,按照512字节分,分别叫做A,B,C,D区,而后面的64字节的oob区域,按照16字节一个区,分别叫做E,F,G,H区,对应存放A,B,C,D数据区的ECC的值。
Copy-Back编程的主要作用在于,去掉了数据串行读取出来,再串行写入进去的时间,所以,而这部分操作,是比较耗时的,所以此技术可以提高编程效率,提高系统整体性能。
【多片同时编程(Simultaneously Program Multi Plane)】
对于有些新出的Nand Flash,支持同时对多个片进行编程,比如上面提到的三星的K9K8G08U0A,内部包含4片(Plane),分别叫做Plane0,Plane1,Plane2,Plane3。.由于硬件上,对于每一个Plane,都有对应的大小是2048+64=2112字节的页寄存器(Page
Register),使得同时支持多个Plane编程成为可能。 K9K8G08U0A支持同时对2个Plane进行编程。不过要注意的是,只能对Plane0和Plane1或者Plane2和Plane3,同时编程,而不支持Plane0和Plane2同时编程。
【交错页编程(Interleave Page Program)】
多片同时编程,是针对一个chip里面的多个Plane来说的,
而此处的交错页编程,是指对多个chip而言的。
可以先对一个chip,假设叫chip1,里面的一页进行编程,然后此时,chip1内部就开始将数据一点点写到页里面,就出于忙的状态了,而此时可以利用这个时间,对出于就绪状态的chip2,也进行页编程,发送对应的命令后,chip2内部也就开始慢慢的写数据到存储单元里面去了,也出于忙的状态了。此时,再去检查chip1,如果编程完成了,就可以开始下一页的编程了,然后发完命令后,就让其内部慢慢的编程吧,再去检查chip2,如果也是编程完了,也就可以进行接下来的其他页的编程了。如此,交互操作chip1和chip2,就可以有效地利用时间,使得整体编程效率提高近2倍,大大提高nand
flash的编程/擦写速度了。
【随机输出页内数据(Random Data Output In a Page)】
在介绍此特性之前,先要说说,与Random Data Output In a Page相对应的是,普通的,正常的,sequential
data output in a page。
正常情况下,我们读取数据,都是先发读命令,然后等待数据从存储单元到内部的页数据寄存器中后,我们通过不断地将RE#(Read Enale,低电平有效)置低,然后从我们开始传入的列的起始地址,一点点读出我们要的数据,直到页的末尾,当然有可能还没到页地址的末尾,就不再读了。所谓的顺序(sequential)读取也就是,根据你之前发送的列地址的起始地址开始,每读一个字节的数据出来,内部的数据指针就加1,移到下个字节的地址,然后你再读下一个字节数据,就可以读出来你要的数据了,直到读取全部的数据出来为止。
而此处的随机(random)读取,就是在你正常的顺序读取的过程中,先发一个随机读取的开始命令0x05命令,再传入你要将内部那个数据指针定位到具体什么地址,也就是2个cycle的列地址,然后再发随机读取结束命令0xE0,然后,内部那个数据地址指针,就会移动到你所制定的位置了,你接下来再读取的数据,就是从那个制定地址开始的数据了。
而nand flash数据手册里面也说了,这样的随机读取,你可以多次操作,没限制的。
请注意,上面你所传入的地址,都是列地址,也就是页内地址,也就是说,对于页大小为2K的nand flash来说,所传入的地址,应该是小于2048+64=2112的。
不过,实际在nand flash的使用中,好像这种用法很少的。绝大多数,都是顺序读取数据。
【页编程】
Nand flash的写操作叫做编程Program,编程,一般情况下,是以页为单位的。
有的Nand Flash,比如K9K8G08U0A,支持部分页编程,但是有一些限制:在同一个页内的,连续的部分页的编程,不能超过4此。一般情况下,很少使用到部分页编程,都是以页为单位进行编程操作的。
一个操作,用两个命令去实现,看起来是多余,效率不高,但是实际上,有其特殊考虑,
至少对于块擦除来说,开始的命令0x60是擦除设置命令(erase setup comman),然后传入要擦除的块地址,然后再传入擦除确认命令(erase
confirm command)0xD0,以开始擦除的操作。
这种,分两步:开始设置,最后确认的命令方式,是为了避免由于外部由于无意的/未预料而产生的噪音,比如,由于某种噪音,而产生了0x60命令,此时,即使被nand
flash误认为是擦除操作,但是没有之后的确认操作0xD0,nand flash就不会去擦除数据,这样使得数据更安全,不会由于噪音而误操作。
![](http://blog.chinaunix.net/photo/101630_090722235821.jpg)
图3.Nand Flash引脚功能说明
上图是常见的Nand Flash所拥有的引脚(Pin)所对应的功能,简单翻译如下:
1. I/O0 ~ I/O7:用于输入地址/数据/命令,输出数据
2. CLE:Command Latch Enable,命令锁存使能,在输入命令之前,要先在模式寄存器中,设置CLE使能
3. ALE:Address Latch Enable,地址锁存使能,在输入地址之前,要先在模式寄存器中,设置ALE使能
4. CE#:Chip Enable,芯片使能,在操作Nand Flash之前,要先选中此芯片,才能操作
5. RE#:Read Enable,读使能,在读取数据之前,要先使CE#有效。
6. WE#:Write Enable,写使能,在写取数据之前,要先使WE#有效。
7. WP#:Write Protect,写保护
8. R/B#:Ready/Busy Output,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是否完成,忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成.
9. Vcc:Power,电源
10. Vss:Ground,接地
11. N.C:Non-Connection,未定义,未连接。
[小常识]
在数据手册中,你常会看到,对于一个引脚定义,有些字母上面带一横杠的,那是说明此引脚/信号是低电平有效,比如你上面看到的RE头上有个横线,就是说明,此RE是低电平有效,此外,为了书写方便,在字母后面加“#”,也是表示低电平有效,比如我上面写的CE#;如果字母头上啥都没有,就是默认的高电平有效,比如上面的CLE,就是高电平有效。
【为何需要ALE和CLE】
突然想明白了,Nand Flash中,为何设计这么多的命令,把整个系统搞这么复杂的原因了:
比如命令锁存使能(Command Latch Enable,CLE) 和地址锁存使能(Address Latch Enable,ALE),那是因为,Nand
Flash就8个I/O,而且是复用的,也就是,可以传数据,也可以传地址,也可以传命令,为了区分你当前传入的到底是啥,所以,先要用发一个CLE(或ALE)命令,告诉nand
Flash的控制器一声,我下面要传的是命令(或地址),这样,里面才能根据传入的内容,进行对应的动作。否则,nand flash内部,怎么知道你传入的是数据,还是地址,还是命令啊,也就无法实现正确的操作了.
【Nand Flash只有8个I/O引脚的好处】
1. 减少外围引脚:相对于并口(Parellel)的Nor Flash的48或52个引脚来说,的确是大大减小了引脚数目,这样封装后的芯片体积,就小很多。现在芯片在向体积更小,功能更强,功耗更低发展,减小芯片体积,就是很大的优势。同时,减少芯片接口,也意味着使用此芯片的相关的外围电路会更简化,避免了繁琐的硬件连线。
2. 提高系统的可扩展性,因为没有像其他设备一样用物理大小对应的完全数目的addr引脚,在芯片内部换了芯片的大小等的改动,对于用全部的地址addr的引脚,那么就会引起这些引脚数目的增加,比如容量扩大一倍,地址空间/寻址空间扩大一倍,所以,地址线数目/addr引脚数目,就要多加一个,而对于统一用8个I/O的引脚的Nand
Flash,由于对外提供的都是统一的8个引脚,内部的芯片大小的变化或者其他的变化,对于外部使用者(比如编写nand flash驱动的人)来说,不需要关心,只是保证新的芯片,还是遵循同样的接口,同样的时序,同样的命令,就可以了。这样就提高了系统的扩展性。
【Nand flash的一些典型(typical)特性】
1.页擦除时间是200us,有些慢的有800us。
2.块擦除时间是1.5ms.
3.页数据读取到数据寄存器的时间一般是20us。
4.串行访问(Serial access)读取一个数据的时间是25ns,而一些旧的nand
flash是30ns,甚至是50ns。
5.输入输出端口是地址和数据以及命令一起multiplex复用的。
以前老的Nand Flash,编程/擦除时间比较短,比如K9G8G08U0M,才5K次,而后来很多6.nand
flash的编程/擦除的寿命,最多允许的次数,以前的nand flash多数是10K次,也就是1万次,而现在很多新的nand
flash,技术提高了,比如,Micron的MT29F1GxxABB,Numonyx的
NAND04G-B2D/NAND08G-BxC,都可以达到100K,也就是10万次的编程/擦除。和之前常见的Nor
Flash达到同样的使用寿命了。
7.48引脚的TSOP1封装或 52引脚的ULGA封装
【Nand Flash中的特殊硬件结构】
由于nand flash相对其他常见设备来说,比较特殊,所以,特殊的设备,也有特殊的设计,所以,有些特殊的硬件特性,就有比较解释一下:
1. 页寄存器(Page Register):由于Nand Flash读取和编程操作来说,一般最小单位是页,所以,nand
flash在硬件设计时候,就考虑到这一特性,对于每一片,都有一个对应的区域,专门用于存放,将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的,一页的数据,这个数据缓存区,本质上就是一个buffer,但是只是名字叫法不同,datasheet里面叫做Page
Register,此处翻译为页寄存器,实际理解为页缓存,更为恰当些。而正是因为有些人不了解此内部结构,才容易产生之前遇到的某人的误解,以为内存里面的数据,通过Nand Flash的FIFO,写入到Nand
Flash里面去,就以为立刻实现了实际数据写入到物理存储单元中了。而实际上,只是写到了这个页缓存中,只有等你发了对应的编程第二阶段的确认命令0x10之后,实际的编程动作才开始,才开始把页缓存中的数据,一点点写到物理存储单元中去。
所以,简单总结一下就是,对于数据的流向,实际是经过了如下步骤:
![](http://blog.chinaunix.net/photo/101630_090722235829.jpg)
图4 Nand Flash读写时的数据流向
【Nand Flash中的坏块(Bad Block)】
Nand Flash中,一个块中含有1个或多个位是坏的,就成为其为坏块。
坏块的稳定性是无法保证的,也就是说,不能保证你写入的数据是对的,或者写入对了,读出来也不一定对的。而正常的块,肯定是写入读出都是正常的。
坏块有两种:
(1)一种是出厂的时候,也就是,你买到的新的,还没用过的Nand Flash,就可以包含了坏块。此类出厂时就有的坏块,被称作factory
(masked)bad block或initial bad/invalid block,在出厂之前,就会做对应的标记,标为坏块。
具体标记的地方是,对于现在常见的页大小为2K的Nand Flash,是块中第一个页的oob起始位置(关于什么是页和oob,下面会有详细解释)的第1个字节(旧的小页面,pagesize是512B甚至256B的nand
flash,坏块标记是第6个字节),如果不是0xFF,就说明是坏块。相对应的是,所有正常的块,好的块,里面所有数据都是0xFF的。
(2)第二类叫做在使用过程中产生的,由于使用过程时间长了,在擦块除的时候,出错了,说明此块坏了,也要在程序运行过程中,发现,并且标记成坏块的。具体标记的位置,和上面一样。这类块叫做worn-out
bad block。
对于坏块的管理,在Linux系统中,叫做坏块管理(BBM,Bad
Block Managment),对应的会有一个表去记录好块,坏块的信息,以及坏块是出厂就有的,还是后来使用产生的,这个表叫做坏块表(BBT,Bad Block Table)。在Linux
内核MTD架构下的Nand Flash驱动,和Uboot中Nand
Flash驱动中,在加载完驱动之后,如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描的话,那么都会去主动扫描坏块,建立必要的BBT的,以备后面坏块管理所使用。
而关于好块和坏块,Nand Flash在出厂的时候,会做出保证:
1.关于好的,可以使用的块的数目达到一定的数目,比如三星的K9G8G08U0M,整个flash一共有4096个块,出厂的时候,保证好的块至少大于3996个,也就是意思是,你新买到这个型号的nand
flash,最坏的可能,有3096-3996=100个坏块。不过,事实上,现在出厂时的坏块,比较少,绝大多数,都是使用时间长了,在使用过程中出现的。
2.保证第一个块是好的,并且一般相对来说比较耐用。做此保证的主要原因是,很多Nand Flash坏块管理方法中,就是将第一个块,用来存储上面提到的BBT,否则,都是出错几率一样的块,那么也就不太好管理了,连放BBT的地方,都不好找了,^_^。
一般来说,不同型号的Nand Flash的数据手册中,也会提到,自己的这个nand flash,最多允许多少个坏块。就比如上面提到的,三星的K9G8G08U0M,最多有100个坏块。
对于坏块的标记,本质上,也只是对应的flash上的某些字节的数据是非0xFF而已,所以,只要是数据,就是可以读取和写入的。也就意味着,可以写入其他值,也就把这个坏块标记信息破坏了。对于出厂时的坏块,一般是不建议将标记好的信息擦除掉的。
uboot中有个命令是“nand scrub”就可以将块中所有的内容都擦除了,包括坏块标记,不论是出厂时的,还是后来使用过程中出现而新标记的。一般来说,不建议用这个。不过,我倒是经常用,其实也没啥大碍,呵呵。
最好用“nand erase”只擦除好的块,对于已经标记坏块的块,不擦除。
【nand Flash中页的访问顺序】
在一个块内,对每一个页进行编程的话,必须是顺序的,而不能是随机的。比如,一个块中有128个页,那么你只能先对page0编程,再对page1编程,。。。。,而不能随机的,比如先对page3,再page1,page2.,page0,page4,.。。。
【片选无关(CE don’t-care)技术】
很多Nand flash支持一个叫做CE don’t-care的技术,字面意思就是,不关心是否片选,
那有人会问了,如果不片选,那还能对其操作吗?答案就是,这个技术,主要用在当时是不需要选中芯片却还可以继续操作的这些情况:在某些应用,比如录音,音频播放等应用,中,外部使用的微秒(us)级的时钟周期,此处假设是比较少的2us,在进行读取一页或者对页编程时,是对Nand
Flash操作,这样的串行(Serial Access)访问的周期都是20/30/50ns,都是纳秒(ns)级的,此处假设是50ns,当你已经发了对应的读或写的命令之后,接下来只是需要Nand
Flash内部去自己操作,将数据读取除了或写入进去到内部的数据寄存器中而已,此处,如果可以把片选取消,CE#是低电平有效,取消片选就是拉高电平,这样会在下一个外部命令发送过来之前,即微秒量级的时间里面,即2us-50ns≈2us,这段时间的取消片选,可以降低很少的系统功耗,但是多次的操作,就可以在很大程度上降低整体的功耗了。
总结起来简单解释就是:由于某些外部应用的频率比较低,而Nand Flash内部操作速度比较快,所以具体读写操作的大部分时间里面,都是在等待外部命令的输入,同时却选中芯片,产生了多余的功耗,此“不关心片选”技术,就是在Nand
Flash的内部的相对快速的操作(读或写)完成之后,就取消片选,以节省系统功耗。待下次外部命令/数据/地址输入来的时候,再选中芯片,即可正常继续操作了。这样,整体上,就可以大大降低系统功耗了。
注:Nand Flash的片选与否,功耗差别会有很大。如果数据没有记错的话,我之前遇到我们系统里面的nand flash的片选,大概有5个mA的电流输出呢,要知道,整个系统优化之后的待机功耗,也才10个mA左右的。
【带EDC的拷回操作以及Sector的定义(Copy-Back Operation with EDC & Sector Definition for EDC)】
Copy-Back功能,简单的说就是,将一个页的数据,拷贝到另一个页。
如果没有Copy-Back功能,那么正常的做法就是,先要将那个页的数据拷贝出来放到内存的数据buffer中,读出来之后,再用写命令将这页的数据,写到新的页里面。
而Copy-Back功能的好处在于,不需要用到外部的存储空间,不需要读出来放到外部的buffer里面,而是可以直接读取数据到内部的页寄存器(page
register)然后写到新的页里面去。而且,为了保证数据的正确,要硬件支持EDC(Error Detection Code)的,否则,在数据的拷贝过程中,可能会出现错误,并且拷贝次数多了,可能会累积更多错误。
而对于错误检测来说,硬件一般支持的是512字节数据,对应有16字节用来存放校验产生的ECC数值,而这512字节一般叫做一个扇区。对于2K+64字节大小的页来说,按照512字节分,分别叫做A,B,C,D区,而后面的64字节的oob区域,按照16字节一个区,分别叫做E,F,G,H区,对应存放A,B,C,D数据区的ECC的值。
Copy-Back编程的主要作用在于,去掉了数据串行读取出来,再串行写入进去的时间,所以,而这部分操作,是比较耗时的,所以此技术可以提高编程效率,提高系统整体性能。
【多片同时编程(Simultaneously Program Multi Plane)】
对于有些新出的Nand Flash,支持同时对多个片进行编程,比如上面提到的三星的K9K8G08U0A,内部包含4片(Plane),分别叫做Plane0,Plane1,Plane2,Plane3。.由于硬件上,对于每一个Plane,都有对应的大小是2048+64=2112字节的页寄存器(Page
Register),使得同时支持多个Plane编程成为可能。 K9K8G08U0A支持同时对2个Plane进行编程。不过要注意的是,只能对Plane0和Plane1或者Plane2和Plane3,同时编程,而不支持Plane0和Plane2同时编程。
【交错页编程(Interleave Page Program)】
多片同时编程,是针对一个chip里面的多个Plane来说的,
而此处的交错页编程,是指对多个chip而言的。
可以先对一个chip,假设叫chip1,里面的一页进行编程,然后此时,chip1内部就开始将数据一点点写到页里面,就出于忙的状态了,而此时可以利用这个时间,对出于就绪状态的chip2,也进行页编程,发送对应的命令后,chip2内部也就开始慢慢的写数据到存储单元里面去了,也出于忙的状态了。此时,再去检查chip1,如果编程完成了,就可以开始下一页的编程了,然后发完命令后,就让其内部慢慢的编程吧,再去检查chip2,如果也是编程完了,也就可以进行接下来的其他页的编程了。如此,交互操作chip1和chip2,就可以有效地利用时间,使得整体编程效率提高近2倍,大大提高nand
flash的编程/擦写速度了。
【随机输出页内数据(Random Data Output In a Page)】
在介绍此特性之前,先要说说,与Random Data Output In a Page相对应的是,普通的,正常的,sequential
data output in a page。
正常情况下,我们读取数据,都是先发读命令,然后等待数据从存储单元到内部的页数据寄存器中后,我们通过不断地将RE#(Read Enale,低电平有效)置低,然后从我们开始传入的列的起始地址,一点点读出我们要的数据,直到页的末尾,当然有可能还没到页地址的末尾,就不再读了。所谓的顺序(sequential)读取也就是,根据你之前发送的列地址的起始地址开始,每读一个字节的数据出来,内部的数据指针就加1,移到下个字节的地址,然后你再读下一个字节数据,就可以读出来你要的数据了,直到读取全部的数据出来为止。
而此处的随机(random)读取,就是在你正常的顺序读取的过程中,先发一个随机读取的开始命令0x05命令,再传入你要将内部那个数据指针定位到具体什么地址,也就是2个cycle的列地址,然后再发随机读取结束命令0xE0,然后,内部那个数据地址指针,就会移动到你所制定的位置了,你接下来再读取的数据,就是从那个制定地址开始的数据了。
而nand flash数据手册里面也说了,这样的随机读取,你可以多次操作,没限制的。
请注意,上面你所传入的地址,都是列地址,也就是页内地址,也就是说,对于页大小为2K的nand flash来说,所传入的地址,应该是小于2048+64=2112的。
不过,实际在nand flash的使用中,好像这种用法很少的。绝大多数,都是顺序读取数据。
【页编程】
Nand flash的写操作叫做编程Program,编程,一般情况下,是以页为单位的。
有的Nand Flash,比如K9K8G08U0A,支持部分页编程,但是有一些限制:在同一个页内的,连续的部分页的编程,不能超过4此。一般情况下,很少使用到部分页编程,都是以页为单位进行编程操作的。
一个操作,用两个命令去实现,看起来是多余,效率不高,但是实际上,有其特殊考虑,
至少对于块擦除来说,开始的命令0x60是擦除设置命令(erase setup comman),然后传入要擦除的块地址,然后再传入擦除确认命令(erase
confirm command)0xD0,以开始擦除的操作。
这种,分两步:开始设置,最后确认的命令方式,是为了避免由于外部由于无意的/未预料而产生的噪音,比如,由于某种噪音,而产生了0x60命令,此时,即使被nand
flash误认为是擦除操作,但是没有之后的确认操作0xD0,nand flash就不会去擦除数据,这样使得数据更安全,不会由于噪音而误操作。
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