裸机——Nand

Posted 2021-01-20 yangxinrui

1.首先需要知道Nand的基础知识

　　从Nand的芯片手册可以获得

　　我使用的芯片手册是 K9F2G08

　　首先从芯片手册的名称可以获得信息：

　　K9F：三星

　　2G   : 2Gb （256MB）

　　08    : 8位数据线

 

　　下面列出芯片手册中对编程有用的部分

　　上面这张图就是Nand存储颗粒的排列方式，

　　对Nand存储单元的管理方式如下：

　　Nand的存储单元和DDR一样按照字节编址，但是读写和擦除的最小单位不同。

　　Page是最小的读写单位

　　Block是最小的擦除单位

　　Page Register 之后的 64 Bytes 为带外数据区，用于 ECC 校验 和 坏块管理。

 

　　ECC 校验：由于Nand的物理性质导致可能发生位反转，即存的是1，却自动翻转成0，所以为了防止位反转的危害，数据写入时，会计算出ECC校验，存入带外区，将来读数据时，需要再次计算ECC校验，并对比带外区中的校验。

　　坏块管理：Nand的块可能坏掉，对于坏块的处理是标记为坏块，不再使用，标记坏块就需要确定坏块，确定的方法是：擦除块（Nand擦除后，所以数据成1），然后读出，比较数据是否每一位都为1，如果不是就标记为坏块。（这通常由文件系统处理）。

 

　　上面这张图进行对Nand传地址，

　　首先由于我这个芯片只有8根数据线（注意Nand的数据线负责传输：数据、地址、命令），所以地址信息分为5个周期传输，

　　前两个周期为 Col ，后3个为Row，

　　注意，由于Nand读写擦除都是以Page对齐的，所以Col其实都为0。

 

　　这张图是命令，也是编程。

　　这时需要了解 SoC和Nand之间是怎么通信的。

　　如下

　　CPU通过控制 SFR 控制 Nand控制器， Nand控制器按照时序与Nand芯片上的主控IC进行通信，

　　Nand芯片上的主控IC根据Nand控制器传来的命令等数据直接操作存储单元。

　

　　为什么CPU不直接操作Nand上的控制电路呢？

　　理论上是可以的，单片机上就是这么做的，但是太复杂，比如CPU需要完成这样的时序操作。

　　　CLE、CE。。。这些是什么呢？

　　查看原理图可以晓得

　　原理图告诉我们，数据线有 I/O0-7一共8根，其他几乎都是时序线（有上滑线的表示低电压有效）。

　　所以结合上面的时序图，我们晓得了，时序控制就是按照时序拉高拉低这些时序线，显然这是否困难。

　　

　　所以Nand控制器出现，Nand控制器的工作就是完成这些时序控制，SoC就只需要控制Nand控制器的SFR。

　　既然Nand控制器这么厉害，那他的逻辑结构是什么样的呢？

　　由于Nand控制器是SoC上的，所以在SoC的数据手册可以找到。

　　可以控制器工作在 HCLK，并且带有硬件实现的 ECC 模块，我们通过控制SFR，使用 ECC 和 Control & State Machine。

　　

　　下面就是使用Nand控制器后，与Nand主控IC进行通信的流程

 

　　如何实现这些流程呢？按照前面的分析就是设置Nand控制器的SFR

// 从sdram中写数据到nand  
int copy_sdram_to_nand(unsigned char *sdram_addr, unsigned long nand_addr, unsigned long length)
{
    unsigned long i = 0;

    // 1. 发出片选信号  
    nand_select_chip();

    // 2. 从sdram读数据到nand，第一周期发命令0x80，第二周期发地址nand_addr,第三个周期写一页(2k)数据，第四周期发0x10  
    while(length)
    {
        nand_send_cmd(NAND_CMD_WRITE_PAGE_1st);
        nand_send_addr(nand_addr);
        // 列地址，即页内地址  
        unsigned long col = nand_addr % NAND_PAGE_SIZE;
        i = col;
        // 写一页数据，每次拷1byte，共拷2048次(2k)，直到长度为length的数据拷贝完毕 
        for(; i<NAND_PAGE_SIZE && length!=0; i++,length--)
        {
            nand_write8(*sdram_addr);
            sdram_addr++;
            nand_addr++;
        }
        rNFSTAT = (rNFSTAT)|(1<<4);
        nand_send_cmd(NAND_CMD_WRITE_PAGE_2st);
        nand_wait_idle();
    }
    // 3. 读状态  
    unsigned char status = nand_read_status();
    if (status & 1 )
    {
        // 取消片选信号  
        nand_deselect_chip();
        printf("copy sdram to nand fail
");
        return -1;
    }
    else
    {
        nand_deselect_chip();
        return 0;
    }
}

　　这样就知道了Nand的编程和相关的基础知识。

　　接下来要做的就是结合芯片手册的工作流程和SoC手册的寄存器解释理解源码。

　　当然还需要结合Nand的基础知识理解源码的有些操作，

　　如：

　　每次发送数据后，都需要短暂的等待，以保证Nand主控IC完成操作。

　　对于Nand进行读写操作的地址应该Page对齐，擦除操作的地址应该Block对齐。

　　Nand操作前后需要先选片，后释放。

　　每次长时间的操作，如写Nand后，需要轮询的读状态寄存器，确定Nand主控IC已经完成写操作。

 　　对于写操作，写之前需要擦除。