nand flash控制

结构

引脚名称	引脚功能
I/$O_0$ - I/$O_7$	数据输入输出
CLE	命令锁存使能
ALE	地址锁存使能
$\overset{-}{CE}$	芯片使能
$\overset{-}{RE}$	读使能
$\overset{-}{WE}$	写使能
$\overset{-}{WP}$	写保护
$R/\bar{B}$	就绪/忙输出信号
$V_{cc}$	电源
$V_{ss}$	池
NC	不接

K9F1208U0M容量64mb，每一页的大小是512字节，并且每一页上还有额外的字节。也就是说总共有$2^{18}$个字节

读写nand的过程：

1. 发出命令字
2. 发出地址
3. 读写数据

命令字及操作方法

命令	第一个周期	第二个周期	第三个周期
Read1(读)	00h/01h	-	-
Read2(读)	50h	-	-
Read ID(读芯片ID)	90h	-	-
Page Program(写页)	80h	10h	-
Block Erase(擦除块)	60h	D0h	-
Read Status(读状态)	70h	-	-
Read Multi-Plane Status (读多层状态)	71h	-	-
Reset(复位)	FF	-	-
Page Program (Dummy)	80h	11	-
Copy-Back Program(True)	00	8a	10
Copy-Back Program(Dummy)	03	8a	11
Multi-Plane Block Erase	60	D0	-

命令字后发送的地址序列

	I/O 0	I/O 1	I/O 2	I/O 3	I/O 4	I/O 5	I/O 6	I/O 7	备注
第一个地址序列	0	1	2	3	4	5	6	7	列地址
第二个地址序列	9	10	11	12	13	14	15	16	行地址(页地址)
第三个地址序列	17	18	19	20	21	22	23	24	行地址
第四个地址序列	25	-	-	-	-	-	-	-	行地址

列地址是为了选择行内具体某个位置的，可以看到列地址可以选择256个字节，因此读命令00表示前256个字节，而01表示后256个字节。总共发出的地址数也只有25个，还有一位就是由命令决定的。

每一页共有528个字节，分为三部分，前256个称为A区，中间256个称为B区，最后16个字节称为C区。A区命令字为00h，B区01h，C区50h。

• Read1： 00或01。决定读A区还是B区，然后发送地址开始读数据
• Read2： 50h。读C区
• Reset： FF。复位NAND FLASH芯片，如果正在处于读、写、擦除撞他那么会终止这些命令。
• Page Program（True): 写数据。分为两阶段，80和10
  NAND写操作一般都是以页为单位的，但是可以只写一部分，首先发送80后发送4个地址序列，然后向Flash中发送数据，然后发出命令字10h启动写操作，此时Flash内部会自动完成写、校验操作。一旦发出命令字10后，就可以使用70获知当前写操作是否完成
• Page Program(Dummy):命令字为80和11
  
  如图所示每个为512m的flash存储器，有四个128m存储器(Plane)排列构成。因此我们可以在4个连续的块内同时进行写或者擦除操作

• Copy-Back Program(True): 该命令将一页复制到同一个Plane中的另一页，它省略了独处再写入的过程，加快了速度。它的命令字分为三个阶段，00h，8ah, 10h

  首先发送读命令，然后发送地址，将这528个字节存到内部存储器中，然后发出8ah, 再发出目标地址序列，最后发10h启动写操作

• Block Erase: 擦除NAND Flash块。命令分为三个阶段

  一块的大小为16Kb，有32页，在发出命令字60后，发出block地址，只需要发出三个行地址，并且A9-A13被忽略。然后发出Do和70

• 读状态命令有两种70和71，在Flash中有状态寄存器，启动读操作可以读入此寄存器，状态寄存器的含义如下表所示

I/O引脚	所标志的状态	70对应含义	71对应含义
I/O0	总标记，成功或失败	成功0，失败1	同70
1	Plane0标记	忽略	成功0，失败1
2	Plane1标记	…	…
3	Plane2标记	…	…
4	Plane3标记	…	…
5	保留	忽略	忽略
6	设备状态	忙： 0 ， 就绪：1	成功0，失败1
7	写保护状态	保护0， 没有保护1	同70

寄存器介绍

NAND FLash的读写顺序如下：

1. 设置NFCONF寄存器
2. 向NFCMD寄存器写入命令
3. 向NFADDR写入地址
4. 读写数据，通过NFSTAT检测NAND Flash状态，在启动某个操作后，应检测R/nB信号判断该操作是否已经完成

寄存器介绍

1. NFCONF： 在S3C2440中用来设置时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1,设置数据位宽，还有一些只读位，用来指示是否支持其他大小的页
2. NFCONT：用来使能/禁止NAND Flash，使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC
3. NFCMD: 写入命令字
4. NFADDR： 写这个寄存器就会按序发出地址信号
5. NFDATA: 只用到低8位，读写此寄存器将启动对NAND Flash的读写操作
6. NFSTAT： 只用到最低位，0: busy, 1: ready

实例

示例的存储器容量为128M并且一页大小为2048

片选是由于存储器往往有很多个芯片，而片选是选择这些芯片中的某一个。例如s3c2440中将1G的地址分为8段，有3位地址线译码进行控制，片选信号决定选择哪个地址段。

head.s 

.equ	MEM_CTL_BASE,	0x48000000
.equ	SDRAM_BASE,		0x30000000
.equ	PROGRAM_BASE,	0x30004000

@ 从NAND启动CPU时,CPU会通过内部硬件将NAND FLASH开始的4kb数据复制到
@ 称为Steppingstone的4kb内部RAM中(起始地址为0), 然后跳转到０开始执行
@ bl是相对跳转指令，并且返回值存在R14中, ldr是搬运数据指令,如果有＝号表示将某个值给某个寄存器(伪指令)，否则用该地址的数据进行跳转
.text
.global _start
_start:
	ldr sp, =4096
	bl	disable_watch_dog		@ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
	bl	memsetup					@ 设置存储控制器
	bl nand_init
	ldr     r0,     =0x30000000     @1. 目标地址=0x30000000，这是SDRAM的起始地址
    mov     r1,     #8192           @2.  源地址   = 4096，连接的时候，main.c中的代码都存在NAND Flash地址4096开始处
    mov     r2,     #2048           @3  复制长度= 2048(bytes)，对于本实验的main.c，这是足够了
    bl      nand_read               @调用C函数nand_read
    ldr     sp, =0x34000000         @设置栈
    ldr     lr, =halt_loop          @设置返回地址
    ldr     pc, =main               @b指令和bl指令只能前后跳转32M的范围，所以这里使用向pc赋值的方法进行跳转

on_sdram:
	ldr sp, =0x34000000				@ 设置栈
	bl main

halt_loop:
	b halt_loop

disable_watch_dog:
	mov r1, #0x53000000				@ 看门狗是一个硬件，一段时间没有写值会自动重启，关闭需要在该位置置零
	mov r2, #0x0
	str r2, [r1]
	mov pc, lr @ 返回, lr的值给pc

memsetup:
	@ 设置存储控制器以便使用sdram等外设

	mov r1, #MEM_CTL_BASE	@ 存储控制器的13个寄存器开始地址
	adrl r2, mem_cfg_val	@ １３个值的初始存储地址
	add r3, r1, #52			@ 13 * 4 = 52
1:
	ldr r4, [r2], #4		@ 读取设置值,并让r2加4
	str r4, [r1], #4
	cmp r1, r3
	bne 1b
	mov pc, lr

.align 4
mem_cfg_val:
	@ 存储控制器13个寄存器的设置值
	.long 0x22011110	@ BWSCON, 每r位控制一个bank, ０位为启用SDRAM的数据掩码,如果为０则启用SDRAM,为１启用SRAM, １位是否启用wait信号,通常为０，后面两位设置位宽,00　是８位，０１是１６位，１０是３２位
	.long 0x00000700	@ BANKCON0 0-5是时序控制，默认的700就足以
	.long 0x00000700	@ BANKCON1
	.long 0x00000700	@ BANKCON2
	.long 0x00000700	@ BANKCON3
	.long 0x00000700	@ BANKCON4
	.long 0x00000700	@ BANKCON5
	@ 6-7可以接sdram或sram, 因此有所不同.[16: 15]表示是sdram(11)还是sram(00，且设置和0-5相同),如果是sdram，则[3: 2]ras to cas delay,推荐01。[1: 0]列地址位数00是８位，０１是９位，１０是１０位
	.long 0x00018005	@ BANKCON6
	.long 0x00018005	@ BANKCON7
	.long 0x008c07a3	@ REFRESH [23]: 是否启用刷新，１启动。[22]:刷新模式.[21: 20]设置成０, [19:18]:默认１１，[10: 0]: 是R_CNT=2^11 + 1 - SDRAM时钟频率*ＳＤＲＡＭ刷新周期
	.long 0x000000b1	@ BANKSIZE [7]:如果为１核支持突发传输　[5]:１为使用scke信号进入省电模式　[4]: １仅在访问SDRAM期间发出SCLK(推荐)[2: 0]：　设置bank6-7大小
	.long 0x00000030	@ MRSRB6，　设置ｓｄｒａｍ时序
	.long 0x00000030	@ MRSRB7

 nand_init.c
 
 #include "nand.h"
#define BUSY            1
 
#define NAND_SECTOR_SIZE_LP    2048        //K9F1G08使用2048+64列
#define NAND_BLOCK_MASK_LP     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)
 
typedef unsigned int S3C24X0_REG32;
 
 
typedef struct {
    void (*nand_reset)(void);
    void (*wait_idle)(void);
    void (*nand_select_chip)(void);
    void (*nand_deselect_chip)(void);
    void (*write_cmd)(int cmd);
    void (*write_addr)(unsigned int addr);
    unsigned char (*read_data)(void);
}t_nand_chip;        //存储nand相关操作的函数地址
 
static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000;        //s2c2440nand控制器地址
 
static t_nand_chip nand_chip;
 
/* 供外部调用的函数 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);
 
/* NAND Flash操作的总入口, 它们将调用S3C2440的相应函数 */
static void nand_reset(void);
static void wait_idle(void);
static void nand_select_chip(void);
static void nand_deselect_chip(void);
static void write_cmd(int cmd);
static void write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char read_data(void);
 
/* S3C2440的NAND Flash处理函数 */
static void s3c2440_nand_reset(void);
static void s3c2440_wait_idle(void);
static void s3c2440_nand_select_chip(void);
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void);
static void s3c2440_write_cmd(int cmd);
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char s3c2440_read_data(void);
 
/* S3C2440的NAND Flash操作函数 */
 
/* 复位 */
static void s3c2440_nand_reset(void)
{
    s3c2440_nand_select_chip();
    s3c2440_write_cmd(0xff);  // 复位命令
    s3c2440_wait_idle();
    s3c2440_nand_deselect_chip();
}
 
/* 等待NAND Flash就绪 */
static void s3c2440_wait_idle(void)
{
    int i;
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFSTAT;
    while(!(*p & BUSY))        //*p=1表示就绪，跳出循环
        for(i=0; i<10; i++);
}
 
/* 发出片选信号 */
static void s3c2440_nand_select_chip(void)
{
    int i;
    s3c2440nand->NFCONT &= ~(1<<1);
    for(i=0; i<10; i++);    
}
 
/* 取消片选信号 */
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void)
{
    s3c2440nand->NFCONT |= (1<<1);
}
 
/* 发出命令 */
static void s3c2440_write_cmd(int cmd)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFCMD;
    *p = cmd;
}
 
/* 发出地址 */
static void s3c2440_write_addr_lp(unsigned int addr)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;
int col, page;
 
col = addr & NAND_BLOCK_MASK_LP;        //取得列地址
page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP;        //取得行地址
*p = col & 0xff; /* 列地址 A0~A7 */
for(i=0; i<10; i++); 
*p = (col >> 8) & 0x0f; /* 列地址 A8~A11 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = page & 0xff; /* 行地址 A12~A19 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 8) & 0xff; /* 行地址 A20~A27 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 16) & 0x03; /* 行地址 A28~A29 */
for(i=0; i<10; i++);
}
 
 
/* 读取数据 */
static unsigned char s3c2440_read_data(void)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFDATA;
    return *p;
}
 
 
/* 在第一次使用NAND Flash前，复位一下NAND Flash */
static void nand_reset(void)
{
    nand_chip.nand_reset();
}
 
static void wait_idle(void)
{
    nand_chip.wait_idle();
}
 
static void nand_select_chip(void)
{
    int i;
    nand_chip.nand_select_chip();
    for(i=0; i<10; i++);
}
 
static void nand_deselect_chip(void)
{
    nand_chip.nand_deselect_chip();
}
 
static void write_cmd(int cmd)
{
    nand_chip.write_cmd(cmd);
}
static void write_addr(unsigned int addr)
{
    nand_chip.write_addr(addr);
}
 
static unsigned char read_data(void)
{
    return nand_chip.read_data();
}
 
 
/* 初始化NAND Flash */
void nand_init(void)
{
#define TACLS   0
#define TWRPH0  3
#define TWRPH1  0
        nand_chip.nand_reset         = s3c2440_nand_reset;
        nand_chip.wait_idle          = s3c2440_wait_idle;
        nand_chip.nand_select_chip   = s3c2440_nand_select_chip;
        nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2440_nand_deselect_chip;
        nand_chip.write_cmd          = s3c2440_write_cmd;
        nand_chip.write_addr         = s3c2440_write_addr_lp;
        nand_chip.read_data          = s3c2440_read_data;
 
/* 设置时序 */
        s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
        /* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */
        s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
    
    /* 复位NAND Flash */
    nand_reset();
}
 
 
/* 读函数 用于把nand flash中代码复制到sdram中*/
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
    int i, j;
 
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
 
 
    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();
 
    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
      /* 发出READ命令 */
      write_cmd(0);
 
      /* 写地址 */
      write_addr(i);
      write_cmd(0x30); 
      wait_idle();
 
 
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++, i++) {
          *buf = read_data();
          buf++;
      }
    }
 
    /* 取消片选信号 */
    nand_deselect_chip();
    
    return ;
}

 main.c
 #define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

#define GPB5_out (1<<(5*2))
#define GPB6_out (1<<(6*2))
#define GPB7_out (1<<(7*2))
#define GPB8_out (1<<(8*2))

void  wait(unsigned long dly)
{
	for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
	unsigned long i = 0;
	GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out; // 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出

	GPBDAT = ~(1<<5) | ~(1<<7) | ~(1<<8);
	while(1)
	{
		wait(30000);
		GPBDAT = (~(i<<5)); // 根据i的值，点亮LED1-4
		if(++i == 16)
			i = 0;
	}

	return 0;
}