STM32学习笔记——FSMC 驱动大容量NAND FLASH [复制链接]

本文原创于观海听涛，原作者版权所有，转载请注明出处。 近几天开发项目需要用到STM32驱动NAND FLASH，但由于开发板例程以及固件库是用于小页（512B），我要用到的FLASH为1G bit的大页（2K），多走了两天弯路。以下笔记将说明如何将默认固件库修改为大页模式以驱动大容量NAND，并作驱动。
本文硬件：控制器：STM32F103ZET6，存储器：HY27UF081G2A
首先说一下NOR与NAND存储器的区别，此类区别网上有很多，在此仅大致说明：
1、Nor读取速度比NAND稍快 2、Nand写入速度比Nor快很多 3、NAND擦除速度（4ms）远快于Nor（5s） 4、Nor 带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很轻松的挂接到CPU地址和数据总线上，对CPU要求低 5、NAND用八个（或十六个）引脚串行读取数据，数据总线地址总线复用，通常需要CPU支持驱动，且较为复杂 6、Nor主要占据1-16M容量市场，并且可以片内执行，适合代码存储 7、NAND占据8-128M及以上市场，通常用来作数据存储 8、NAND便宜一些 9、NAND寿命比Nor长 10、NAND会产生坏块，需要做坏块处理和ECC 更详细区别请继续百度，以上内容部分摘自神舟三号开发板手册
下面是NAND的存储结构：
由此图可看出NAND存储结构为立体式 正如硬盘的盘片被分为磁道，每个磁道又分为若干扇区，一块nand flash也分为若干block，每个block分为如干page。一般而言，block、page之间的关系随着芯片的不同而不同。 需要注意的是，对于flash的读写都是以一个page开始的，但是在读写之前必须进行flash的擦写，而擦写则是以一个block为单位的。 我们这次使用的HY27UF081G2A其PDF介绍： Memory Cell Array = (2K+64) Bytes x 64 Pages x 1,024 Blocks 由此可见，该NAND每页2K，共64页，1024块。其中：每页中的2K为主容量Data Field，64bit为额外容量Spare Field。Spare Field用于存贮检验码和其他信息用的，并不能存放实际的数据。由此可算出系统总容量为2K*64*1024=134217728个byte，即1Gbit。 NAND闪存颗粒硬件接口： 由此图可见，此颗粒为八位总线，地址数据复用，芯片为SOP48封装。
软件驱动：（此部分写的是伪码，仅用于解释含义，可用代码参见附件） 主程序：

1. #define BUFFER_SIZE         0x2000 //此部分定义缓冲区大小，即一次写入的数据
2. #define NAND_HY_MakerID     0xAD   //NAND厂商号
3. #define NAND_HY_DeviceID    0xF1   //NAND器件号
4.   /*配置与SRAM连接的FSMC BANK2 NAND*/
5.   NAND_Init();
6.   /*读取Nand Flash ID并打印*/
7.   NAND_ReadID(&NAND_ID);

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Tips:NAND器件的ID包含四部分： 1st Manufacturer Code
2nd Device Identifier 3rd Internal chip number, cell Type, Number of Simultaneously Programmed pages. 4th Page size, spare size, Block size, Organization

1. if((NAND_ID.Maker_ID == NAND_HY_MakerID) && (NAND_ID.Device_ID == NAND_HY_DeviceID)) //判断器件符合  
2.   {
3. /*设置NAND FLASH的写地址*/
4.     WriteReadAddr.Zone = 0x00;
5.     WriteReadAddr.Block = 0x00;
6.     WriteReadAddr.Page = 0x05;
7. /*擦除待写入数据的块*/
8.     status = NAND_EraseBlock(WriteReadAddr);  //写入前必须擦出
9.     /*将写Nand Flash的数据BUFFER填充为从0x25开始的连续递增的一串数据 */
10.     Fill_Buffer(TxBuffer, BUFFER_SIZE , 0x25);  //填充数据以测试
11.     /*将数据写入到Nand Flash中。WriteReadAddr:读写的起始地址*/
12.     status = NAND_WriteSmallPage(TxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber); //主要写入函数，此部分默认为小页需要修改
13.     /*从Nand Flash中读回刚写入的数据。riteReadAddr:读写的起始地址*/
14.     status = NAND_ReadSmallPage (RxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber); //读取主要函数，也需要修改
15.   
16.     /*判断读回的数据与写入的数据是否一致*/  
17.     for(j = 0; j < BUFFER_SIZE; j++)
18.     {
19.       if(TxBuffer[j] != RxBuffer[j])
20.       {
21.         WriteReadStatus++;
22.       }
23.     }
24.     if (WriteReadStatus == 0)
25.     {
26.       printf("\n\r Nand Flash读写访问成功");
27.       GPIO_ResetBits(GPIO_LED, DS2_PIN);   
28.     }
29.     else
30.     {
31.       printf("\n\r Nand Flash读写访问失败");   
32.    printf("0x%x",WriteReadStatus);
33.    
34.       GPIO_ResetBits(GPIO_LED, DS3_PIN);   
35.    
36.     }
37.   }
38.   else
39.   {
40.       printf("\n\r 没有检测到Nand Flash的ID");   
41.       GPIO_ResetBits(GPIO_LED, DS4_PIN);
42.   }

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fsmc_nand.c文件：

1. void NAND_Init(void)
2. {
3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
4.   FSMC_NAND_PCCARDTimingInitTypeDef  p;
5.   FSMC_NANDInitTypeDef FSMC_NANDInitStructure;
6.   
7.   /*FSMC总线使用的GPIO组时钟使能*/
8.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |
9.                          RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);
10.   
11. /*FSMC CLE, ALE, D0->D3, NOE, NWE and NCE2初始化，推挽复用输出*/
12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15 |  
13.                                  GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 |
14.                                  GPIO_Pin_7;
15.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
16.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
17.   GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
18.   /*FSMC数据线FSMC_D[4:7]初始化，推挽复用输出*/
19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
20.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
21.   /*FSMC NWAIT初始化，输入上拉*/
22.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
23.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
24.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
25.   GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
26.   /*FSMC INT2初始化，输入上拉*/
27.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
28.   GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
29.   /*--------------FSMC 总线 存储器参数配置------------------------------*/
30.   p.FSMC_SetupTime = 0x1;         //建立时间
31.   p.FSMC_WaitSetupTime = 0x3;     //等待时间
32.   p.FSMC_HoldSetupTime = 0x2;     //保持时间
33.   p.FSMC_HiZSetupTime = 0x1;      //高阻建立时间
34.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_Bank = FSMC_Bank2_NAND; //使用FSMC BANK2
35.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_Waitfeature = FSMC_Waitfeature_Enable; //使能FSMC的等待功能
36.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b; //NAND Flash的数据宽度为8位
37.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_ECC = FSMC_ECC_Enable;                  //使能ECC特性
38.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_ECCPageSize = FSMC_ECCPageSize_2048Bytes; //ECC页大小2048
39.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_TCLRSetupTime = 0x00;            
40.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_TARSetupTime = 0x00;
41.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_CommonSpaceTimingStruct = &p;
42.   FSMC_NANDInitStructure.FSMC_AttributeSpaceTimingStruct = &p;
43.   FSMC_NANDInit(&FSMC_NANDInitStructure);
44.   /*!使能FSMC BANK2 */
45.   FSMC_NANDCmd(FSMC_Bank2_NAND, ENABLE);
46. }

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1. void NAND_ReadID(NAND_IDTypeDef* NAND_ID)
2. {
3.   uint32_t data = 0;
4.   /*!< Send Command to the command area */
5.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = 0x90;
6.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;
7.    /*!< Sequence to read ID from NAND flash */
8.    data = *(__IO uint32_t *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA);
9.    NAND_ID->Maker_ID   = ADDR_1st_CYCLE (data);//四个周期读取四个ID
10.    NAND_ID->Device_ID  = ADDR_2nd_CYCLE (data);
11.    NAND_ID->Third_ID   = ADDR_3rd_CYCLE (data);
12.    NAND_ID->Fourth_ID  = ADDR_4th_CYCLE (data);
13. }

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1. uint32_t NAND_WriteSmallPage(uint8_t *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, uint32_t NumPageToWrite)
2. {//传入参数：写入数据，写入初始地址，要写几页
3.   uint32_t index = 0x00, numpagewritten = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
4.   uint32_t status = NAND_READY, size = 0x00;
5.   while((NumPageToWrite != 0x00) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS) && (status == NAND_READY))
6.   {
7.     /*!< Page write command and address */
8.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_AREA_A;
9.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_WRITE0;
10.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;
11.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;//添加此句
12.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS);
13.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);
14. //    *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);//原版有此句
15.     /*!< Calculate the size */
16.     size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpagewritten);//统计写入数目
17.     /*!< Write data */
18.     for(; index < size; index++)
19.     {
20.       *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA) = pBuffer[index];
21.     }
22.    
23.     *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_WRITE_TRUE1;
24.     /*!< Check status for successful operation */
25.     status = NAND_GetStatus();
26.    
27.     if(status == NAND_READY)
28.     {
29.       numpagewritten++;
30.       NumPageToWrite--;
31.       /*!< Calculate Next small page Address */
32.       addressstatus = NAND_AddressIncrement(&Address);
33.     }
34.   }
35.   
36.   return (status | addressstatus);
37. }

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读取函数同理修改

1. uint32_t NAND_EraseBlock(NAND_ADDRESS Address)
2. {
3.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE0;
4.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS);
5.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);
6. //  *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);//两次即可
7.   *(__IO uint8_t *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE1;
8.   return (NAND_GetStatus());
9. }

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fsmc_nand.h文件：

1. #define NAND_PAGE_SIZE             ((uint16_t)0x0800) /* 512 bytes per page w/o Spare Area *///每页2K
2. #define NAND_BLOCK_SIZE            ((uint16_t)0x0040) /* 32x512 bytes pages per block *///64个页
3. #define NAND_ZONE_SIZE             ((uint16_t)0x0400) /* 1024 Block per zone *///1024个快
4. #define NAND_SPARE_AREA_SIZE       ((uint16_t)0x0040) /* last 16 bytes as spare area */
5. #define NAND_MAX_ZONE              ((uint16_t)0x0001) /* 4 zones of 1024 block */

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修改完即可实现512B至2K每页的变更
本文参考：器件手册，蔡于清——NAND器件读写操作，百度搜索 QQ458729218 附件：有效程序，器件手册