深度分析NandFlash—物理结构及地址传送（以TQ2440开发板上的K9F2G08U0A为例）

        K9F2G08U0A是三星公司生产的总容量为256M的NandFlash，常用于手持设备等消费电子产品。还是那句话，搞底层就得会看datasheet，我们就从它的datasheet看起。

    

 

        这就是 K9F2G08U0A的内部结构，具体的各个部件的介绍，就不详细介绍了，想了解的话可以参考伟东山的《嵌入式linux应用开发完全手册》。

      现在就看一下重点的，NandFlash的存储单元的组织结构，K9F2G08U0A的存储单元的组织结构如下：

结合上面的图，我们现在来分析一下：

      NandFlash的存储单元是由Block组成的，Block又是由Page组成的，数据就是存储在Page上。

   K9F2G08U0A的总容量是256M，由图可以看出，它一共有2048块，每一块有64页，每一页有（2K+64）Bytes。每一页又分为main区和spare区，2K就是指main区，64就是指spare区。

2K是指每一页上存放数据的有效空间，64是指每一页附加的空间，它不能用来存放我们写入的数据，它主要是用来存放ECC校验和坏块标记的信息数据。

      还有一个比较重要的知识就是对NandFlash的访问，你不会访问它，那你肯定不会用它!

    首先要明白NandFlash是以页（Page）为最小单位进行读写的，以块（Block）为最小单位进行擦除的，也就是说当我们给定了读取的起始位置后，读操作将从该位置开始，连续读取到本Page的最后一个 Byte为止（可以包括Spare Field）。

    在弄清楚怎么读写NandFlash之前，还有一个准备工作要做，那就是我们要告诉NandFlash，我要读写哪个地方的数据，如果我们不告诉它地址，那它就不知道我们到读哪些数据。那如何计算我们要传入的地址呢？以一个例子来说明

     以K9F2G08U0A为例，此nand flash，一共有2048个块，每个块内有64页，每个页是2K+64 Bytes，假设，我们要访问其中的第1500个块中的第25页中的1208字节处的地址，此时，我们就要先把具体的地址算出来：
物理地址=块大小×块号+页大小×页号+页内地址=1500×128K+25×2K+1208=0xBB8CCB8（196660408）,接下来，我们就看看，怎么才能把这个实际的物理地址，转化为nand Flash所要求的格式。在解释地址组成之前，先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍：

   

由上图可以看出，K9F2G08U0A是用5个周期来实现，由于NAND flash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：
Column Address：Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址，地址的低8位 ，即页内偏移地址
Page Address ：页地址
Block Address ：块地址

  我们知道K9F2G08U0A的每一页有（2K+64）=2112Byte，2112byte 需要12bit来表示，对于2112byte系列的NAND，这2112byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register，各自的访问由地址指针命令来选择，A[11:0]就是所谓的column address（列地址），在进行擦除操作时不需要它，因为以块为单位擦除。64个page需要6bit来表示，占用A[17:12]，即该page在块内的相对地址，也就是确定位于哪一页。A11这一位地址被用来设置2048byte的1st half page还是2nd half page，0表示1st，1表示2nd。Block的地址是由A18以上的bit来表示，也就是确定位于哪一块。用A[0:28]这29位，就可以将K9F2G08U0A这256M的数据存储空间全部访问到。

2的29次方是2GBit,256MByte=2GBit。

     NAND Flash 的地址表示为： Block Address|Page Address in block|Column Address 地址传送顺序是Column Address,Page Address,Block Address。
由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。 以K9F2G08U0A 为例：
第1 步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上。
第2 步就是将NAND_ADDR 右移8位，将NAND_ADDR[11:8]传到I/O[7:0]上；
第3 步将NAND_ADDR[19:12]放到I/O上；
第4步需要将NAND_ADDR[27：20]放到I/O上；

第5步需要将 NAND_ADDR[28]放到I/O上；
因此，整个地址传递过程需要5步才能完成，即5-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是32MB（256Mbit）以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。

   简单解释完了地址组成，那么就很容易分析上面例子中的地址了：
0xBB8CCB8 = 00001011  1011 1000  1100 1100  1011 1000，分别分配到5个地址周期就是：

                B      B     8    C   C    B     8    

第一个周期：A[0:7]  也就是B8

第二个周期：A[8:11]  取四位 1100， 再添4位0，也就是0000 1100   即0C

第三个周期：A[12:19]  取八位 1000 1100  即8C

第四个周期：A[20:27]  取八位 1011 1011  即BB

第五个周期：A[28]     取一位 0，补齐八位 即 0000 0000 也就是00

再往回分析，NandFlash收到前两个周期的地址A[0:11] 也就是0CB8，即 1100 1011 1000，分析：A[10:0]= 100 1011 1000=1208， 表示第1208个Byte

  收到后三个周期后，即 0000 0000 1011 1011 1000 1100，A[16:11]=011001=25，表示第25页

      0000 0000 1011 1011 100 处理后为    0101 1101 1100 =1500，表示第1500块