nand Flash
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了nand Flash相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1.NAND_FLASH操作原理
首先看到nand flash的电路图：
可以看到nand flash只有地址线，同时注意到nand flash是一个存储芯片，那么就可以执行"读地址A的数据，把数据B写到地址A"这样的操作。
下面有几个问题：
问1. 原理图上NAND FLASH和S3C2440之间只有数据线，怎么传输地址？
答：在DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址，当ALE为高电平时传输的是地址
问2. 从NAND FLASH芯片手册可知，要操作NAND FLASH需要先发出命令，怎么传入命令？
答：在DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址，也传输命令
当ALE为高电平时传输的是地址，
当CLE为高电平时传输的是命令
当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据
问3. 数据线既接到NAND FLASH，也接到NOR FLASH，还接到SDRAM、DM9000等等,那么怎么避免干扰？
答：这些设备，要访问之必须"选中"，没有选中的芯片不会工作，相当于没接一样
问4. 假设烧写NAND FLASH，把命令、地址、数据发给它之后，NAND FLASH肯定不可能瞬间完成烧写的，怎么判断烧写完成？
答： 通过状态引脚RnB来判断：它为高电平表示就绪，它为低电平表示正忙
问5. 怎么操作NAND FLASH呢？
答： 根据NAND FLASH的芯片手册，一般的过程是：
发出命令
发出地址
发出数据/读数据
对于我们s3c2440来说，内部集成了一个NAND FLASH控制器，NAND FLASH控制器，帮我们简化了对NAND FLASH的操作，下面来分析一下不使用NAND FLASH控制器和使用NAND FLASH控制器对外设NAND FLASH的操作
发命令：
发地址：
发数据：
读数据：
用UBOOT来体验NAND FLASH的操作：
1.读ID
看到下面读ID的时序图：
对应的操作如下：
S3C2440 u-boot
选中 NFCONT的bit1设为0 md.l 0x4E000004 1; mw.l 0x4E000004 1
发出命令0x90 NFCMMD=0x90 mw.b 0x4E000008 0x90
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
读数据得到0xEC val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
读数据得到device code val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
0xda
退出读ID的状态 NFCMMD=0xff mw.b 0x4E000008 0xff
2. 读内容: 读0地址的数据
下图是读操作时序图
对于存储为256M的NAND FLASH，需要28条地址线，来表示这个地址值，根据原理图可以，只用8根地址线，所以需要4个周期的地址，为了兼容更大容量的NAND FLASH，要发出5个周期的地址
我们可以先使用uboot的命令：nand dump 0来查看0地址的内容
具体操作如下：
nand dump 0
Page 00000000 dump:
17 00 00 ea 14 f0 9f e5 14 f0 9f e5 14 f0 9f e5
S3C2440 u-boot
选中 NFCONT的bit1设为0 md.l 0x4E000004 1; mw.l 0x4E000004 1
发出命令0x00 NFCMMD=0x00 mw.b 0x4E000008 0x00
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
发出地址0x00 NFADDR=0x00 mw.b 0x4E00000C 0x00
发出命令0x30 NFCMMD=0x30 mw.b 0x4E000008 0x30
读数据得到0x17 val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
读数据得到0x00 val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
读数据得到0x00 val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
读数据得到0xea val=NFDATA md.b 0x4E000010 1
退出读状态 NFCMMD=0xff mw.b 0x4E000008 0xff
2.NandFlash时序及初始化
NAND FLASH控制器的时序，是为了让NAND FLASH外设工作起来，假如外接不同的NAND FLASH外设，那么它的操作时序可能就会不同，所以NAND FLASH控制器发出的时序图，就是不一样的，所以我们根据NAND FLASH外设来设置NAND FLASH控制器
NAND FLASH时序图，如下所示：
注意这里的HCLK在之前我们就设置为100M了，即1000/100 = 10ns。
来看到TACLS，我们可以将它理解为当我们发出CLE/ALE信号之后，再过多长时间可以发出nWE信号（nWE和WE非都是表示低电平有效）
来看到命令锁存周期：
可以发现涉及到的时间有tCLS，tALS，tWP
三者时间最小都为12ns,说明三者可以同时发出，因此TACLS可以设置为0
再来看TWRPH0，表明写使能信号WE的持续时间，涉及到的时间为tWP = 12ns，再通过以下计算公式：
即：10*（TWRPH0 + 1）>= 12ns—>TWRPH0 >= 1
即可以取TWRPH0为1
同理来看TWRPH1，表示写使能信号结束之后过多长时间，CLE/ALE才会释放，涉及到的时间为tCH，tALH，最小都为5ns，再通过以下计算公式：
即：10*（TWRPH1 + 1）>= 5ns—>TWRPH1 >= 0
即可以取TWRPH0为0
综上，将TACLS设置为0，TWRPH0设置为1，TWRPH1设置为0
MODE [0]: 设置为1，使能NAND FLASH。
Reg_nCE [1]: 设置为1，禁止片选。因为我们现在还没有使用。为例错误的操作。
InitECC [4]: 初始化ECC的编码器，后边要使用，我们设置为1，来初始化。
下面进行编程设置NAND FLASH的时序：
void nand_init(void)
{
#define TACLS 0
#define TWRPH0 1
#define TWRPH1 0
/*设置NAND FLASH的时序*/
NFCONF = (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);
/*使能NAND FLASH控制器,初始化ECC，禁止片选*/
NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);
}
3.NandFlash的芯片id读取
参考NAND FLASHh的芯片手册，如下图所示：（NAND FLASH读操作时序图）
我们一般先操作片选使能，只有片选使能之后才能进行后边的操作，片选是能代码如下：
void nand_select(void)
{
/*使能片选*/
NFCONT &=~(1<<1);
}
有使能片选，一定有禁止片选，禁止片选的代码如下：
void nand_deselect(void)
{
/*禁止片选*/
NFCONT |= (1<<1);
}
我们按照从左往右的时间点，来分析，片选信号像一个总开关，只有使能了片选信号，后续的操作才会有意义，我们使能片选信号之后，片选引脚nCE后续一直为低电平，在前面的命令时序图中知道tCLS和tWP最小的时间参数都是12us，就表明CLE和nWE这两个信号可以同时发出，就表示要命令了，对于写什么命令，就要看数据总线上要发送的命令了，当CLE从高电平变为低电平后，表示上次的写操作已经结束了。
对于上面复杂的时序，我们可以使用2440上的NAND FLASH控制器简化操作，只需要往NFCMMD寄存器写入要传输的命令就可以了，NAND FLASH控制器默认把上面复杂的时序发出来。
发命令后，后面就需要发送地址了，当nWE和ALE有效的时候，表示写地址，上图中，要写入的地址是0x00，当ALE从高电平变为低电平的时候，表示写地址结束，我们可以简化为:往NFADDR寄存器中写值就可以了，比如：NFADDR=0x00。
下面我们写代码：发命令的函数，和发地址的函数代码如下：
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
volatile int i;
NFCCMD = cmd;
for(i=0; i<10; i++);
}
void nand_addr_byte(unsigned char addr)
{
volatile int i;
NFADDR = addr;
for(i=0; i<10; i++);
}
接下来就可以读取数据了，数据可以直接通过读取NFDATA寄存器里面数据来获得数据，根据时序图，是读5个字节的数据，代码如下：
unsigned char nand_data(void)
{
return NFDATA;
}
读芯片ID之前先打开片选， 读取芯片ID函数，代码如下：
void nand_chip_id(void)
{
unsigned char buf[5]={0};
nand_select();
nand_cmd(0x90);
nand_addr_byte(0x00);
buf[0] = nand_data();
buf[1] = nand_data();
buf[2] = nand_data();
buf[3] = nand_data();
buf[4] = nand_data();
nand_deselect();
printf("maker id = 0x%x\\n\\r",buf[0]);
printf("device id = 0x%x\\n\\r",buf[1]);
printf("3rd byte = 0x%x\\n\\r",buf[2]);
printf("4th byte = 0x%x\\n\\r",buf[3]);
printf("page size = %d kb\\n\\r",1 << (buf[3] & 0x03));
printf("block size = %d kb\\n\\r",64 << ((buf[3] >> 4) & 0x03));
printf("5th byte = 0x%x\\n\\r",buf[4]);
}
下面我们再写一个打印菜单的函数，在菜单中调用读取芯片ID的函数，代码如下
oid nand_flash_test(void)
{
char c;
while (1)
{
/* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */
printf("[s] Scan nand flash\\n\\r");
printf("[e] Erase nand flash\\n\\r");
printf("[w] Write nand flash\\n\\r");
printf("[r] Read nand flash\\n\\r");
printf("[q] quit\\n\\r");
printf("Enter selection: ");
c = getchar();
printf("%c\\n\\r", c);
/* 测试内容:
* 1. 识别nand flash
* 2. 擦除nand flash某个扇区
* 3. 编写某个地址
* 4. 读某个地址
*/
switch (c)
{
case 'q':
case 'Q':
return;
break;
case 's':
case 'S':
nand_chip_id();
break;
case 'e':
case 'E':
break;
case 'w':
case 'W':
break;
case 'r':
case 'R':
break;
default:
break;
}
}
}
在主函数中调用nand flash的初始化函数，和nand flash的测试函数。
int main(void)
{
led_init();
//interrupt_init(); /* 初始化中断控制器 */
key_eint_init(); /* 初始化按键, 设为中断源 */
//timer_init();
puts("\\n\\rg_A = ");
printHex(g_A);
puts("\\n\\r");
//nor_flash_test();
nand_init();
nand_flash_test();
return 0;
}
4.NandFlash的数据读取
下图为NAND FLASH内部结构图，从图中可以可以知道，一个page含有2k 字节的页数据，和64字节的oob区
nand flash相比于nor flash，他有一个缺点：就是读一页数据或者写一页数据的时候会出现位反转，就比如在读取page0这一页数据的时候有可能某一位是错误的，那么怎么解决这个问题？
因此引入了OOB区，写数据的时候就把数据写进去，同时生成一个检验码，把校验码写在OOB区中，读取数据的时候，读出一页数据，去过某一位有错误，就读出原来的检验码，使用检验码来修正里面的数据。
因此OOB（out of bank）的作用就在于解决了nand flash的缺陷
下面我们开始写程序，想去读NAND FLASH应该怎样操作,下面是nand flash的地址周期。
下图为读NAND FLASH的时序操作：
读NAND FLASH步骤：(从程序的角度来说)，我们需要先发出00命令再发出5个周期的地址，再发出30命令，然后就可以读数据了。比如：我想访问某个地址的数据，需要确定在哪一行page(row)，在哪一列col(0~2047)。从NAND FLASH的地址周期中可以看出来，先发出2个col(列地址)，再发出3个(Row)行地址。
下面是程序的编写：
wait_ready函数等待NAND FLASHh空闲，从上图可以看出当NFSTAT寄存器[0]的值为1时NAND FLASH是空闲的，我们可以通过该位来判断NAND FLASH是否繁忙。代码如下：
void wait_ready(void)
{
while (!(NFSTAT & 1));
}
nand_read函数为NAND FLASH的读函数，代码如下：
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)
{
int i = 0;
int page = addr / 2048;
int col = addr & (2048 - 1);
nand_select();
while (i < len)
{
/* 发出00h命令 */
nand_cmd(00);
/* 发出地址 */
/* col addr */
nand_addr_byte(col & 0xff);
nand_addr_byte((col>>8) & 0xff);
/* row/page addr */
nand_addr_byte(page & 0xff);
nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);
nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);
/* 发出30h命令 */
nand_cmd(0x30);
/* 等待就绪 */
wait_ready();
/* 读数据 */
for (; (col < 2048) && (i < len); col++)
{
buf[i++] = nand_data();
}
if (i == len)
break;
col = 0;
page++;
}
nand_deselect();
}
在init.c文件中，加上如下代码，用来判断所使用的FLASH是NOR FLASH还是NAND FLASH。代码如下：
int isBootFromNorFlash(void)
{
volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0;
unsigned int val = *p;
*p = 0x12345678;
if (*p == 0x12345678)
{
/* 写成功, 对应nand启动 */
*p = val;
return 0;
}
else
{
return 1;
}
}
在init.c文件中的copy2sdram函数里面加上如下代码，用来支持NAND FLASH启动，当isBootFromNorFlash函数的返回值为1时，是从NOR FLASH启动，当isBootFromNorFlash函数的返回值为0是，是从NAND FLASH启动。
if (isBootFromNorFlash())
{
while (dest < end)
{
*dest++ = *src++;
}
}
else
{
nand_init();
nand_read(src, dest, len);
}
}
5.NandFlash的擦除与烧写
需要做的事情：
1，实现nand_erase
2, 实现nand_write
3, 实现测试菜单
下面我们逐个来实现他们：
这里的NAND FLASH的烧写和擦除还是比较简单的，它只涉及到页数据区，不涉及到oob区，擦出的时候是以块为单位。下图为擦除的时序图：
我们就根据擦除的时序图发出对应的命令和地址，NAND FLASH是以块为单位进行擦除的，假如我们传入len的值为1，但是它仍然会擦出一个块（128k字节），我们根据芯片手册，来操作NAND FLASH的擦出操作，函数功能：从addr地址开始，擦除len长度的数据。代码如下：
nt nand_erase(unsigned int addr, unsigned int len)
{
int page = addr / 2048;
if (addr & (0x1FFFF))
{
printf("nand_erase err, addr is not block align\\n\\r");
return -1;
}
if (len & (0x1FFFF))
{
printf("nand_erase err, len is not block align\\n\\r");
return -1;
}
nand_select();
while (1)
{
page = addr / 2048;
nand_cmd(0x60);
/* row/page addr */
nand_addr_byte(page & 0xff);
nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);
nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);
nand_cmd(0xD0);
wait_ready();
len -= (128*1024);
if (len == 0)
break;
addr += (128*1024);
}
nand_deselect();
return 0;
}
操作NAND FLASH之前要，选中芯片，然后就可以根据芯片手册来操作NAND FLASH的擦除操作了，操作完之后，要取消片选。
往NAND FLASH写数据时，只需要把要写的数据复制给NFDATA寄存器即可。代码如下：
void nand_w_data(unsigned char val)
{
NFDATA = val;
}
下图为烧写的时序图：
从上图中的NAND FLASH烧写时序图可以知道对于NAND FLASH的烧写，先发出0x80命令，再发出地址周期，然后发出要烧写的数据，最后发出0x10，就开始内部烧写，然后等待烧写成功。（我们写数据的时候是逐页写的，开始要烧写的数据地址可能不是该页的起始地址）。操作之前需要选中片选，操作完之后取消片选，代码如下：
void nand_write(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)
{
int page = addr / 2048;
int col = addr & (2048 - 1);
int i = 0;
nand_select();
while (1)
{
nand_cmd(0x80);
/* 发出地址 */
/* col addr */
nand_addr_byte(col & 0xff);
nand_addr_byte((col>>8) & 0xff);
/* row/page addr */
nand_addr_byte(page & 0xff);
nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);
nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);
/* 发出数据 */
for (; (col < 2048) && (i < len); )
{
nand_w_data(buf[i++]);
}
nand_cmd(0x10);
wait_ready();
if (i == len)
break;
else
{
/* 开始下一个循环page */
col = 0;
page++;
}
}
nand_deselect();
}
我们封装擦除操作NAND FLASH函数的时候，每一次擦除的大小是一个块(128*1024)代码如下：
void do_erase_nand_flash(void)
{
unsigned int addr;
/* 获得地址 */
printf("Enter the address of sector to erase: ");
addr = get_uint();
printf("erasing ...\\n\\r");
nand_erase(addr, 128*1024);
}
我们封装读取操作NAND FLASH函数，我们实现NAND FLASH每次的读取，每次读取64字节数据。把从地址addr读取得到的64字节数据存放到buf缓冲区中，然后通过串口显示出来，代码如下图所示：
void do_read_nand_flash(void)
{
unsigned int addr;
volatile unsigned char *p;
int i, j;
unsigned char c;
unsigned char str[16];
unsigned char buf[64];
/* 获得地址 */
printf("Enter the address to read: ");
addr = get_uint();
nand_read(addr, buf, 64);
p = (volatile unsigned char *)buf;
printf("Data : \\n\\r");
/* 长度固定为64 */
for (i = 0; i < 4; i++)
{
/* 每行打印16个数据 */
for (j = 0; j < 16; j++)
{
/* 先打印数值 */
c = *p++;
str[j] = c;
printf("%02x ", c);
}
printf(" ; ");
for (j = 0; j < 16; j++)
{
/* 后打印字符 */
if (str[j] < 0x20 || str[j] > 0x7e) /* 不可视字符 */
putchar('.');
else
putchar(str[j]);
}
printf("\\n\\r");
}
}
NAND FLASH的烧写封装函数代码如下：
void do_write_nand_flash(void)
{
unsigned int addr;
unsigned char str[100];
int i, j;
unsigned int val;
/* 获得地址 */
printf("Enter the address of sector to write: ");
addr = get_uint();
printf("Enter the string to write: ");
gets(str);
printf("writing ...\\n\\r");
nand_write(addr, str, strlen(str)+1);
}
NAND FLASH的测试菜单函数代码如下：
void nand_flash_test(void)
{
char c;
while (1)
{
/* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */
printf("[s] Scan nand flash\\n\\r");
printf("[e] Erase nand flash\\n\\r");
printf("[w] Write nand flash\\n\\r");
printf("[r] Read nand flash\\n\\r");
printf("[q] quit\\n\\r");
printf("Enter selection: ");
c = getchar();
printf("%c\\n\\r", c);
/* 测试内容:
* 1. 识别nand flash
* 2. 擦除nand flash某个扇区
* 3. 编写某个地址
* 4. 读某个地址
*/
switch (c)
{
case 'q':
case 'Q':
return;
break;
case 's':
case 'S':
nand_chip_id();
break;
case 'e':
case 'E':
do_erase_nand_flash();
break;
case 'w':
case 'W':
do_write_nand_flash();
break;
case 'r':
case 'R':
do_read_nand_flash();
break;
default:
break;
}
}
}
以上是关于nand Flash的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章