JZ2440：nandflash

本篇文章链接：http://blog.csdn.net/qqliyunpeng/article/details/51180276

芯片的型号：K9F2G08U0C

1. 硬件部分：

1.1 简介：

• 芯片大小：256M Byte
• 记忆单元阵列：(256M + 8,192K)bit x 8bit
  
• 擦写次数比较少：10 万次 
  
• 数据保留时间：10 年
  
• 8个IO 口进行数据和地址的复用，因此，读写的时候要用到多个周期

几个特殊的引脚：

    

引脚名字	引脚功能
RE#	读使能，低电平有效
WE#	写使能，上升沿有效
WP#	写保护，低电平有效
R/B#	READY/BUSY 输出，这个引脚表征设备操作的状态，低电平表示忙，高电平表示完成（状态包括：读、写、擦除）
PRE	POWER-ON READ 使能，高电平时上电时执行芯片的读操作

1.2 内部存储单元的组织结构：

对 nandflash 的结构的几点说明：

1.  一页中 1k 表示的是main 区（用于存储用户数据）容量，32 表示的是 spare 区（用于在读写操作的时候存放校验码）容量
2. 块的大小一般是 128kb、256kb、512kb，貌似这里更小，是64kb
3. 每个块里边包含很多页，老的 nandflash ，页大小是 256 Bytes、512Bytes，这类被称作 small block，地址周期只有 4 个。常见的nandflash，页大小多数是 2k Bytes，被称作 big block，地址周期 5 个，更新的 nandflash 页大小是 4k Bytes，这里的这个芯片，页大小是 2k Bytes，属于 big block。
4. 这个芯片的写操作是以页为单位的，擦除是以块为单位的。
5. 在一个块中，对每一页的编程必须是顺序的，比如，一个块中有128个页，那么你只能先对 Page0 编程，再对 Page1 编程 ...
6. 为了能让 nandflash 作为启动介质，s3c2440 内部集成了4k 的 sram ，当从 nand 启动的时候，nandflash 代码的前 4k 空间会被赋值到 s3c2440 内部，然后从内部的 sram 开始启动。
7. s3c2440 硬件产生 ECC 校验码。

2. 软件部分：

由于 s3c2440 内部有nand 的控制器，去查看芯片的原理图，自己编写时序操作程序不是明智的选择，正确的方式是配置好 s3c2440 的 nandflash 控制器：

2.1 初始化部分：

设置好时序中的几个间隔时间：

从 s3c2440 芯片手册上可以知道：

     图1：

对于 CLE/ALE 上的时序，我们需要设置 TACLS，TWRPH0，TWRPH1，这几个都在 NFCONF 寄存器里。

寄存器	地址	R/W	描述	复位值
NFCONF	0x4E000000	R/W	Nandflash 的配置寄存器	0x0000100X

 

NFCONF	Bit	描述	初始值
Reserved	[15:14]	保留	-
TACLS	[13:12]	CLE & ALE duration setting value (0~3) Duration =  HCLK x TACLS	01
...	...	...	...
TWRPH0	[10:8]	TWRPH0 duration setting value (0~7) Duration =  HCLK x ( TWRPH0 + 1 )	000
...	...	...	...
TWRPH1	[6:4]	TWRPH1 duration setting value (0~7) Duration =  HCLK x ( TWRPH1 + 1 )	000
从这里之后的几个都是由硬件决定（就是上下拉）的不需要软件管。

 原理图中的这个地方设置的是上表中 TWRPH1 之后的位：

CCON = 1; // 支持 1k 字节或 2k 字字节每页的NAND flash存储器

GPG13 = 1; // 每页 2k 字节

GPG14 = 1; // 5个地址周期

GPG15 = 0; // 8位总线

要 求上边的 TACLS、TWRPH0、TWRPH1 的值：

1. 我们假设 HCLK 为 是 100MHz 则 HCLK 的周期是 1/100MHz = 10ns
   
2. 查看 nandflash 的数据手册，找到跟时间相关的时序图和时间：
   

        时间表：

        时序：

找一个跟上边 红字 图1 中都有的一张时序图：

我们把图一也拿过来

      图1：

则 

TACLS 时间是 tcls -twp，查 时间表 得到 15ns -15ns = 0ns

    根据寄存器中描述的计算公式： Duration =  HCLK x TACLS =>  0ns = 10ns x TACLS  => TACLS = 0

TWRPH0 的时间是 twp ，查 时间表 得到 15ns 

    根据寄存器中描述的计算公式： Duration =  HCLK x ( TWRPH0 + 1 )  =>  15ns = 10ns x (TWRPH0 + 1)  => TWRPH0 = 0.5 ,由于他的取值范围是 (0~7) ,并且，时间表中的时间是最小能识别的时间，那我们取TWRPH0 = 1

TWRPH1 的时间是 tclh = 5ns

    根据寄存器中描述的计算公式： Duration =  HCLK x ( TWRPH1 + 1 ) => 5ns = 10ns x (TWRPH1 + 1) => TWRPH1 = 0 即能满足

#define NFCONF  (*((volatile unsigned long *)0x4E000000))

void nand_init(void )
{
    #define TACLS   0
    #define TWRPH0  1
    #define TWRPH1  0

    /* 设置时序 */
    NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
    /* 使能 nandflash 控制器，初始化ECC，关片选 */
    NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
}

2.2 芯片的选择和禁止（让芯片操作 CE 引脚）：

#define NFCONT  (*((volatile unsigned long *)0x4E000004))

void nand_select(void )
{
    NFCONT &= ~(1<<1);
}

void nand_deselect(void )
{
    NFCONT |= (1<<1);
}

2.3 写命令和写地址：

// 写命令 注意是八位的命令
#define NFCMMD (*((volatile unsigned char *)0x4E000008))

void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
 volatile int i;
 NFCMMD = cmd;
 for (i = 0; i<10; i++); // 延时一段时间
}

// 写地址 
#define NFADDR (*((volatile unsigned char *)0x4E00000C))
#define NAND_SECTOR_SIZE    2048
#define NAND_BLOCK_MASK     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)

void nand_addr(unsigned int addr)
{
// unsigned int col = addr % 2048;
// unsigned int page = addr / 2048;
 col = addr & NAND_BLOCK_MASK;
 page = addr / NAND_SECTOR_SIZE;
 volatile int i;
 NFADDR = col & 0xff;                /* Column Address A0~A7 */
 for (i = 0; i<10; i++);
 NFADDR = (col>>8) & 0x0f;       /* Column Address A8~A11 */
 for (i = 0; i<10; i++);
 NFADDR = page & 0xff;            /* Row Address A12~A19 */
 for (i = 0; i<10; i++);
 NFADDR = (page>>8) & 0xff;   /* Row Address A20~A27 */
 for (i = 0; i<10; i++);
 NFADDR = (page>>16) & 0x03;  /* Row Address A28~A29 */
 for (i = 0; i<10; i++);
}

对程序的解释：

 flash芯片的手册上有对于大页 flash 的访问 各个周期传递的位：

因此上边的命令 NFADDR = ... 就不难理解了。

至于，各个周期间的延时：

从flash芯片的数据手册上知道：

对于 I/O 引脚上的数据进行采集是在 WE 的上升沿进行的，因此， 每两个周期的间隔至少应该大于一个 tDS = 15ns，而对 flash 他的时钟来自 HCLK = 100MHz（这里如果不懂，可以查看我之前的文章（ JZ2440：时钟设置）），即使是单周期指令，也要 10ns，因此，要延时一段时间。

2.4 读数据：

flash 芯片上：

flash 芯片上：

#define NFSTAT (*((volatile unsigned char *)0x4E000020))
#define NFDATA (*((volatile unsigned char *)0x4E000010))
void nand_wait_teady(void)
{
    while(!(NFSTAT & 1))
         for(i = 0; i < 10; i++);
}

unsigned char nand_data(void)
{
    return NFDATA;
}
/*
* 参数的含义： addr 要读的地址，buf 读出来的数据存放的缓存，len 要读的长度
*/
void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)
{
    int col = addr % 2048;
    int i = 0 ;

    nand_select(); // 选中芯片
    while(i < len)
    {
        nand_cmd(0x00); // 发出读命令 00h
        nand_addr(addr); // 发送读的地址
        nand_cmd(0x30); // 发出读命令 30h
        nand_wait_ready(); // 等待不忙

        for(;(col < 2048) && (i < len);col++)
        {
            buf[i] = nand_data(); // 读数据
            i++;
            addr++;
        }
        col = 0;
    }
    nand_deselect(); // 取消片选
}

2.5 复位 flash 芯片：

知道了上边的命令的表格，那 复位的实现也就简单了：

void nand_reset(void)
{
    nand_select(); // 选中芯片
    nand_cmd(0xff);
    nand_read_ready();
    nand_deselect();
}