ARM9(2440)对nand flash的读写操作

s3c2440对nandflash的操作(K9F2G08)

nandflash在对大容量的数据存储中发挥着重要的效果。相关于norflash，它具有一些优势，但它的一个下风是很简略发生坏块，因而在运用nandflash时，往往要运用校验算法发现坏块并标示出来，以便今后不再运用该坏块。nandflash没有地址或数据总线，假如是8位nandflash，那么它只需8个IO口，这8个IO口用于传输指令、地址和数据。nandflash首要以page（页）为单位进行读写，以block（块）为单位进行擦除。每一页中又分为main区和spare区，main区用于正常数据的存储，spare区用于存储一些附加信息，如块好坏的符号、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等。

三星公司是最首要的nandflash供货商，因而在它所开发的各类处理器中，完结对nandflash的支撑就家常便饭了。s3c2440不只具有nandflash的接口，并且还能够运用某些机制完结直接从nandflash发动并运转程序。本文只介绍怎么对nandflash完结读、写、擦除等根本操作，不触及nandflash发动程序的问题。

在这儿，咱们运用的nandflash为K9F2G08U0A，它是8位的nandflash。不同类型的nandflash的操作会有所不同，但硬件引脚根本相同，这给产品的开发扩展带来了便当。咱们不同类型的PCB板是相同的，只需更新一下软件就能够运用不同容量巨细的nandflash。

K9F2G08U0A的一页为（2K＋64）字节（加号前面的2K总共的是main区容量，加号后边的64总共的是spare区容量），它的一块为64页，而整个设备包含了2048个块。这样算下来总共有2112M位容量，假如只算main区容量则有256M字节（即256M×8位）。要完结用8个IO口来要拜访这么大的容量，K9F2G08U0A规则了用5个周期来完结。第一个周期拜访的地址为A0~A7；第二个周期拜访的地址为A8~A11，它效果在IO0~IO3上，而此刻IO4~IO7有必要为低电平；第三个周期拜访的地址为A12~A19；第四个周期拜访的地址为A20~A27；第五个周期拜访的地址为A28，它效果在IO0上，而此刻IO1~IO7有必要为低电平。前两个周期传输的是列地址，后三个周期传输的是行地址。经过剖析可知，列地址是用于寻址页内空间，行地址用于寻址页，假如要直接拜访块，则需求从地址A18开端。

（2的12次方是4096，并不是2048，这是为什么？个人了解：为了兼容今后更大的NAND，NAND的地址序列能够把“列地址的长度”预留出来，观赏送的是A0-A7，A8-A11，实践获得是A0-A7，A8-A10；（页内地址空间））··········总共是2048*64=131072页，2的17次方

咱们一切的指令、地址和数据全部从8位IO口传输，所以nandflash界说了一个指令集来完结各种操作。有的操作只需求一个指令（即一个周期）即可，而有的操作则需求两个指令（即两个周期）来完结。下面的宏界说为K9F2G08U0A的常用指令：

#define CMD_READ1 0x00 //页读指令周期1

#define CMD_READ2 0x30 //页读指令周期2

#define CMD_READID 0x90 //读ID指令

#define CMD_WRITE1 0x80 //页写指令周期1

#define CMD_WRITE2 0x10 //页写指令周期2

#define CMD_ERASE1 0x60 //块擦除指令周期1

#define CMD_ERASE2 0xd0 //块擦除指令周期2

#define CMD_STATUS 0x70 //读状况指令

#define CMD_RESET 0xff //复位

#define CMD_RANDOMREAD1 0x05 //随意读指令周期1

#define CMD_RANDOMREAD2 0xE0 //随意读指令周期2

#define CMD_RANDOMWRITE 0x85 //随意写指令

在这儿，随意读指令和随意写指令能够完结在一页内恣意地址地读写。读状况指令能够完结读取设备内的状况寄存器，经过该指令能够获悉写操作或擦除操作是否完结（判别第6位），以及是否成功完结（判别第0位）。

引脚装备：

OM[1:0] = 00: Enable NAND flash memory boot
NCON : NAND flash memory selection(Normal / Advance)
0: Normal NAND flash(256Words/512Bytes page size, 3/4 address cycle)
1: Advance NAND flash(1KWords/2KBytes page size, 4/5 address cycle)
GPG13 : NAND flash memory page capacitance selection
0: Page=256Words(NCON = 0) or Page=1KWords(NCON = 1)
1: Page=512Bytes(NCON = 0) or Page=2KBytes(NCON = 1)
GPG14: NAND flash memory address cycle selection
0: 3 address cycle(NCON = 0) or 4 address cycle(NCON = 1)
1: 4 address cycle(NCON = 0) or 5 address cycle(NCON = 1)

（注：GPG13 GPG14 read only）
GPG15 : NAND flash memory bus width selection
0: 8-bit bus width
1: 16-bit bus width

与s3c2440的硬件衔接：

下面介绍s3c2440的nandflash操控器。s3c2440支撑8位或16位的每页巨细为256字，512字节，1K字和2K字节的nandflash，这些装备是经过体系上电后相应引脚的凹凸电平来完结的。s3c2440还能够硬件发生ECC校验码，这为精确及时发现nandflash的坏块带来了便利。nandflash操控器的首要寄存器有NFCONF（nandflash装备寄存器），NFCONT（nandflash操控寄存器），NFCMMD（nandflash指令集寄存器），NFADDR（nandflash地址集寄存器），NFDATA（nandflash数据寄存器），NFMECCD0/1（nandflash的main区ECC寄存器），NFSECCD（nandflash的spare区ECC寄存器），NFSTAT（nandflash操作状况寄存器），NFESTAT0/1（nandflash的ECC状况寄存器），NFMECC0/1（nandflash用于数据的ECC寄存器），以及NFSECC（nandflash用于IO的ECC寄存器）。

NFCMMD，NFADDR和NFDATA别离用于传输指令，地址和数据，为了便利起见，咱们能够界说一些宏界说用于完结上述操作：

#define NF_CMD(data) {rNFCMD = (data); } //传输指令

#define NF_ADDR(addr) {rNFADDR = (addr); } //传输地址

#define NF_RDDATA() (rNFDATA) //读32位数据

#define NF_RDDATA8() (rNFDATA8) //读8位数据

#define NF_WRDATA(data) {rNFDATA = (data); } //写32位数据

#define NF_WRDATA8(data) {rNFDATA8 = (data); } //写8位数据

其间rNFDATA8的界说为(*(volatile unsigned char *)0x4E000010) //0x4E000010此地址是NFDATA寄存器的地址

NFCONF首要用到了TACLS、TWRPH0、TWRPH1，这三个变量用于装备nandflash的时序。s3c2440的数据手册没有详细阐明这三个变量的详细意义，但经过它所给出的时序图，咱们能够看出，TACLS为CLE/ALE有用到nWE有用之间的持续时刻，TWRPH0为nWE的有用持续时刻，TWRPH1为nWE无效到CLE/ALE无效之间的持续时刻，这些时刻都是以HCLK为单位的（本文程序中的HCLK=100MHz）。经过查阅K9F2G08U0A的数据手册，咱们能够找到并核算该nandflash与s3c2440相对应的时序：K9F2G08U0A中的tWP与TWRPH0相对应，tCLH与TWRPH1相对应，（tCLS－tWP）与TACLS相对应。K9F2G08U0A给出的都是最小时刻，s3c2440只需分量它的最小时刻即可，因而TACLS、TWRPH0、TWRPH1这三个变量取值大一些会更稳妥。在这儿，这三个值别离取1，2和0。

NFCONF的第0位总共的是外接的nandflash是8位IO仍是16位IO，这儿当然要挑选8位的IO。NFCONT寄存器是另一个需求事前初始化的寄存器。它的第13位和第12位用于确认装备，第8位到第10位用于nandflash的中止，第4位到第6位用于ECC的装备，第1位用于nandflash芯片的选取，第0位用于nandflash操控器的使能。别的，为了初始化nandflash，还需求装备GPACON寄存器，使它的第17位到第22位与nandflash芯片的操控引脚相对应。下面的程序完结了初始化nandflash操控器：

void NF_Init ( void )

{

rGPACON = (rGPACON &~(0x3f<<17)) | (0x3f<<17); //装备芯片引脚

//TACLS=1、TWRPH0=2、TWRPH1=0，8位IO，

rNFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4)|(0<<0);

//非确认，屏蔽nandflash中止，初始化ECC及确认main区和spare区ECC，使能nandflash片选及操控器

rNFCONT = (0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

}

为了更好地使用ECC和使能nandflash片选，咱们还需求一些宏界说：

#define NF_nFCE_L() {rNFCONT &= ~(1<<1); }

#define NF_CE_L() NF_nFCE_L() //翻开nandflash片选

#define NF_nFCE_H() {rNFCONT |= (1<<1); }

#define NF_CE_H() NF_nFCE_H() //封闭nandflash片选

#define NF_RSTECC() {rNFCONT |= (1<<4); } //复位ECC

#define NF_MECC_UnLock() {rNFCONT &= ~(1<<5); } //解锁main区ECC

#define NF_MECC_Lock() {rNFCONT |= (1<<5); } //确认main区ECC

#define NF_SECC_UnLock() {rNFCONT &= ~(1<<6); } //解锁spare区ECC

#define NF_SECC_Lock() {rNFCONT |= (1<<6); } //确认spare区ECC

NFSTAT是另一个比较重要的寄存器，它的第0位能够用于判别nandflash是否在忙，第2位用于检测RnB引脚信号：

#define NF_WAITRB() {while(!(rNFSTAT&(1<<0)));} //等候nandflash不忙

#define NF_CLEAR_RB() {rNFSTAT |= (1<<2); } //铲除RnB信号

#define NF_DETECT_RB() {while(!(rNFSTAT&(1<<2)));} //等候RnB信号变高，即不忙

下面就详细介绍K9F2G08U0A的根本操作，包含复位，读ID，页读、写数据，随意读、写数据，块擦除等。

复位操作最简略，只需写入复位指令即可：

static void rNF_Reset()

{

NF_CE_L(); //翻开nandflash片选

NF_CLEAR_RB(); //铲除RnB信号

NF_CMD(CMD_RESET); //写入复位指令

NF_DETECT_RB(); //等候RnB信号变高，即不忙

NF_CE_H(); //封闭nandflash片选

}

读取K9F2G08U0A芯片ID操作首要需求写入读ID指令，然后再写入0x00地址，就能够读取到总共五个周期的芯片ID，第一个周期为厂商ID，第二个周期为设备ID，第三个周期至第五个周期包含了一些详细的该芯片信息，这儿就不多介绍：

static char rNF_ReadID()

{

char pMID;

char pDID;

char cyc3, cyc4, cyc5;

NF_nFCE_L(); //翻开nandflash片选

NF_CLEAR_RB(); //清RnB信号

NF_CMD(CMD_READID); //读ID指令

NF_ADDR(0x0); //写0x00地址

//读五个周期的ID

pMID = NF_RDDATA8(); //厂商ID：0xEC

pDID = NF_RDDATA8(); //设备ID：0xDA

cyc3 = NF_RDDATA8(); //0x10

cyc4 = NF_RDDATA8(); //0x95

cyc5 = NF_RDDATA8(); //0x44

NF_nFCE_H(); //封闭nandflash片选

return (pDID);

}

下面介绍读操作，读操作是以页为单位进行的。假如在读取数据的进程中不进行ECC校验判别，则读操作比较简略，在写入读指令的两个周期之间写入要读取的页地址，然后读取数据即可。假如为了更精确地读取数据，则在读取完数据之后还要进行ECC校验判别，以确认所读取的数据是否正确。

在上文中咱们现已介绍过，nandflash的每一页有两区：main区和spare区，main区用于存储正常的数据，spare区用于存储其他附加信息，其间就包含ECC校验码。当咱们在写入数据的时分，咱们就核算这一页数据的ECC校验码，然后把校验码存储到spare区的特定方位中，在下次读取这一页数据的时分，相同咱们也核算ECC校验码，然后与spare区中的ECC校验码比较，假如共同则阐明读取的数据正确，假如不共同则不正确。ECC的算法较为杂乱，好在s3c2440能够硬件发生ECC校验码，这样就省去了不少的麻烦事。s3c2440即能够发生main区的ECC校验码，也能够发生spare区的ECC校验码。咱们K9F2G08U0A是8位IO口，因而s3c2440共发生4个字节的main区ECC码和2个字节的spare区ECC码。在这儿咱们规则，在每一页的spare区的第0个地址到第3个地址存储main区ECC，第4个地址和第5个地址存储spare区ECC。发生ECC校验码的进程为：在读取或写入哪个区的数据之前，先解锁该区的ECC，以便发生该区的ECC。在读取或写入完数据之后，再确认该区的ECC，这样体系就会把发生的ECC码保存到相应的寄存器中。main区的ECC保存到NFMECC0/1中（咱们K9F2G08U0A是8位IO口，因而这儿只用到了NFMECC0），spare区的ECC保存到NFSECC中。关于读操作来说，咱们还要持续读取spare区的相应地址内容，已得到前次写操作时所存储的main区和spare区的ECC，并把这些数据别离放入NFMECCD0/1和NFSECCD的相应方位中。最终咱们就能够经过读取NFESTAT0/1（咱们K9F2G08U0A是8位IO口，因而这儿只用到了NFESTAT0）中的低4位来判别读取的数据是否正确，其间第0位和第1位为main区指示过错，第2位和第3位为spare区指示过错。

下面就给出一段详细的页读操作程序：

U8 rNF_ReadPage(U32 page_number)

{

U32 i, mecc0, secc;

NF_RSTECC(); //复位ECC

NF_MECC_UnLock(); //解锁main区ECC

NF_nFCE_L(); //翻开nandflash片选

NF_CLEAR_RB(); //清RnB信号

NF_CMD(CMD_READ1); //页读指令周期1

//写入5个地址周期

NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7

NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11

NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19

NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27

NF_ADDR((page_number >> 16) & 0xff); //行地址A28

NF_CMD(CMD_READ2); //页读指令周期2

NF_DETECT_RB(); //等候RnB信号变高，即不忙

//读取一页数据内容

for (i = 0; i < 2048; i++)

{

buffer[i] = NF_RDDATA8();

}

NF_MECC_Lock(); //确认main区ECC值

NF_SECC_UnLock(); //解锁spare区ECC

mecc0=NF_RDDATA(); //读spare区的前4个地址内容，即第2048~2051地址，这4个字节为main区的ECC

//把读取到的main区的ECC校验码放入NFMECCD0/1的相应方位内

rNFMECCD0=((mecc0&0xff00)<<8)|(mecc0&0xff);

rNFMECCD1=((mecc0&0xff000000)>>8)|((mecc0&0xff0000)>>16);

NF_SECC_Lock(); //确认spare区的ECC值

secc=NF_RDDATA(); //持续读spare区的4个地址内容，即第2052~2055地址，其间前2个字节为spare区的ECC值

//把读取到的spare区的ECC校验码放入NFSECCD的相应方位内

rNFSECCD=((secc&0xff00)<<8)|(secc&0xff);

NF_nFCE_H(); //封闭nandflash片选

//判别所读取到的数据是否正确

if ((rNFESTAT0&0xf) == 0x0)

return 0x66; //正确

else

return 0x44; //过错

}

这段程序是把某一页的内容读取到全局变量数组buffer中。该程序的输入参数直接就为K9F2G08U0A的第几页，例如咱们要读取第128064页中的内容，能够调用该程序为：rNF_ReadPage(128064);。咱们第128064页是第2001块中的第0页（128064＝2001×64＋0），所以为了更清楚地总共页与块之间的联系，也能够写为：rNF_ReadPage(2001*64);。

页写操作的大致流程为：在两个写指令周期之间别离写入页地址和数据，当然假如为了确保下次读取该数据时的正确性，还需求把main区的ECC值和spare区的ECC值写入到该页的spare区内。然后咱们还需求读取状况寄存器，以判别这次写操作是否正确。下面就给出一段详细的页写操作程序，其间输入参数也是要写入数据到第几页：

U8 rNF_WritePage(U32 page_number)

{

U32 i, mecc0, secc;

U8 stat, temp;

temp = rNF_IsBadBlock(page_number>>6); //判别该块是否为坏块

if(temp == 0x33)

return 0x42; //是坏块，回来

NF_RSTECC(); //复位ECC

NF_MECC_UnLock(); //解锁main区的ECC

NF_nFCE_L(); //翻开nandflash片选

NF_CLEAR_RB(); //清RnB信号

NF_CMD(CMD_WRITE1); //页写指令周期1

//写入5个地址周期

NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7

NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11

NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19

NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27

NF_ADDR((page_number >> 16) & 0xff); //行地址A28

//写入一页数据

for (i = 0; i < 2048; i++)

{

NF_WRDATA8((char)(i+6));

}

NF_MECC_Lock(); //确认main区的ECC值

mecc0=rNFMECC0; //读取main区的ECC校验码

//把ECC校验码由字型转换为字节型，并保存到全局变量数组ECCBuf中

ECCBuf[0]=(U8)(mecc0&0xff);

ECCBuf[1]=(U8)((mecc0>>8) & 0xff);

ECCBuf[2]=(U8)((mecc0>>16) & 0xff);

ECCBuf[3]=(U8)((mecc0>>24) & 0xff);

NF_SECC_UnLock(); //解锁spare区的ECC

//把main区的ECC值写入到spare区的前4个字节地址内，即第2048~2051地址

for(i=0;i<4;i++)

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_SECC_Lock(); //确认spare区的ECC值

secc=rNFSECC; //读取spare区的ECC校验码

//把ECC校验码保存到全局变量数组ECCBuf中

ECCBuf[4]=(U8)(secc&0xff);

ECCBuf[5]=(U8)((secc>>8) & 0xff);

//把spare区的ECC值持续写入到spare区的第2052~2053地址内

for(i=4;i<6;i++)

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_CMD(CMD_WRITE2); //页写指令周期2

delay(1000); //延时一段时刻，以等候写操作完结

NF_CMD(CMD_STATUS); //读状况指令

//判别状况值的第6位是否为1，即是否在忙，该查办的效果与NF_DETECT_RB();相同

do{

stat = NF_RDDATA8();

}while(!(stat&0x40));

NF_nFCE_H(); //封闭nandflash片选

//判别状况值的第0位是否为0，为0则写操作正确，不然过错

if (stat & 0x1)

{

temp = rNF_MarkBadBlock(page_number>>6); //标示该页地点的块为坏块

if (temp == 0x21)

return 0x43 //标示坏块失利

else

return 0x44; //写操作失利

}

else

return 0x66; //写操作成功

}