嵌入式学习-uboot-lesson12-NandFlash相关

一、NandFlash原理解析

1.NandFlash简介

根据物理结构上的区别,NandFlash主要分为如下两类:
•SLC (Single Level Cell): 单层式存储
•MLC (Multi Level Cell): 多层式存储
SLC在存储格上只存一位数据，而MLC则存放两位数据。
SLC的访问速度比MLC快3倍，SLC能进行10万次的擦写，MLC能进行1万次，MLC功耗比SLC高15%左右

2.访问方式

NANDFlash在地址空间以外，采用独立编址的方式，不同于内存的非独立编址。
根据其原理图可以得知，

一共有8个数据端口DATA0 ~ DATA7，这8个数据端口，需要传递地址、命令、数据。通过寄存器控制这8个端口，实现不同的功能。

3.构成

从上图可以看到，一共有4096个block，每个block又划分为128pages，每一页的4K存放数据，218B存放校验码。

存储单元的构成：

从上图可以看到，存储单元可以被划分为行地址和列地址。
通过行地址可以找到某个页，通过列地址则是找到偏移，扎到存储单元。

4.信号引脚

1. CLE(Command Latch Enable): 命令锁存允许
2. ALE(Address Lactch Enable): 地址锁存允许
3. CE:芯片选择
4. RE:读允许
5. WE:写允许
6. WP:在写或擦除期间，提供写保护
7. R/B:读/忙

二、NandFlash读操作

1.读取的方式

页读：把整个页都读出来，需要提供页地址
随机读：读取页中某一个单元格的地址，需要提供页地址和列地址

本次是使用页读的方式
其流程如下：

2.页读操作

2.1流程

根据上面的图，看I/Ox的执行顺序，便得到页读的主要流程：
1.发送命令0x00
2.address 发送行地址
3.address 发送列地址
4.发送0x30命令
当发送0x30之后，发现RB信号处于忙的状态，因此需要等待一段时间，使其处于等待的状态。
5.等待RB信号
6读取数据

在等待RB信号之前，需要对RB信号做一个初始化的操作，即清除工作，因此需要补充一个，即
0.清除RB信号

然后在操作nandflash之前，需要选中nandflash芯片
0.选中nandflash芯片

综合以上流程，得到页读的总体流程：

• 1.选中nandflash芯片
• 2.清除RB信号
• 3.发送命令0x00
• 4.address 发送行地址
• 5.address 发送列地址
• 6.发送0x30命令
• 7.等待RB信号
• 8.读取数据
• 9.取消选中nandflash芯片

2.2编程实现

• 1.选中nandflash芯片
  使能nandflash片选信号，根据下面的图可知，将NFCONT 的第一位置0即可
  

#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))
 NFCONT &= ~(1<<1);    

• 2.清除RB信号

在等待RB信号之前，需要对RB信号做一个初始化的操作，即清除工作

#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))
NFSTAT |= (1<<4);

• 3.发送命令0x00

#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))
nand_cmd(0x00);
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{ NFCMMD = cmd; }

• 4.address 发送列地址

没有偏移，因此两个列地址都为0

从上图可以看到，两个列地址，三个行地址

#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
nand_addr(0x00);
nand_addr(0x00);
void nand_addr(unsigned char addr)
{ NFADDR = addr; }

• 5.address 发送行地址

一共8个数据IO,因此8位发送一次，

#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))
    nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));   

• 6.发送0x30命令

nand_cmd(0x30);

• 7.等待RB信号

如果这一位没有为1，说明没有处于空闲状态，所以要等其为1

while(!(NFSTAT & 0x1));

• 8.读取数据

读一个页的大小，为4KB

//读取数据
for(i = 0; i<1024*4; i++) //4KB
{
buff[i] = NFDATA;
}

• 9.取消选中nandflash芯片

#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))
NFCONT |= (1<<1);

3.初始化操作

初始化就是 对上面两个寄存器进行初始化。
因此其流程为：

• 1.初始化NFCONF
• 2.初始化NFCONT

• 3.复位

• 1.初始化NFCONF

初始化NFCONF 主要是对上面的三个寄存器进行设置。

根据上面两幅图，可以算出三个寄存器的值

#define TACLS 1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1
/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

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

• 2.初始化NFCONT

 NFCONT = 1 | (1<<1); 

• 3.复位

如上图，等待RB信号从低到高，便是reset成功。
其流程为：

1.选中

select_ship();

2.清除RnB

clean_RnB();

3.发出复位信号

nand_cmd(0xff);

4.等待就绪

wait_RnB();

5.取消选中

diselect_ship();

4.测试
对上面写的代码进行测试，主要 是通过内存拷贝来验证。

void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    /* i为页号、sdram_addr为内存中的位置、size拷贝数据的大小 */
    int i;


/* S3C6410启动时拷贝的8K代码不是存储在Nand flash的第一页上， 而是存储在Nand flash的前4页上，每页2K，总共8K， */
    for (i = 0; i < 4; i++, sdram_addr+=2048) 
        {
            NF_PageRead(i,sdram_addr);
        }

        size -= 1024*8;

        for( i=4; size>0;)
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

贴上nand.c全部代码：

/******************************************** *file name: nand.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : nandflash相关操作 *********************************************/
#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))  //控制寄存器
#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))  //NAND 状态寄存器
#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))  //命令寄存器
#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
#define NFDATA             (*((volatile unsigned char*)0x70200010))  //数据寄存器
#define NFCONF             (*((volatile unsigned long*)0x70200000))  //配置寄存器

    /* 设置时间参数 */
#define TACLS  1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1

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

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

void clean_RnB()
{
    NFSTAT |= (1<<4);
}

void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
    NFCMMD = cmd;   
}

void nand_addr(unsigned char addr)
{
    NFADDR = addr;
}

void wait_RnB(void)
{
    while(!(NFSTAT & (0x1<4)));
}

void nand_reset(void)
{
    /* 选中 */
    select_ship();

    /* 清除RnB */
    clean_RnB();

    /* 发出复位信号 */
    nand_cmd(0xff);

    /* 等待就绪 */
    wait_RnB();

    /* 取消选中 */
    diselect_ship();
}

void nand_init(void)
{ 
 //初始化NFCONF

/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

    //NFCONF &= ~((7<<12)|(7<<8)|(7<<4));
    NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

 //初始化NFCONT
    NFCONT = 1 | (1<<1); 

 //复位
    nand_reset(); 



}

void NF_PageRead(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int i;

    //选中nandflash芯片
    select_ship();

    //清除RNB信号
    clean_RnB();

    //发送命令0x00
    nand_cmd(0x00);

    //发送列地址
    nand_addr(0x00);
    nand_addr(0x00);    

    //发送行地址
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));   

    //发送命令0x30
     nand_cmd(0x30);    

    //等待R/B信号
        wait_RnB(); 

    //读取数据
     for(i = 0; i<1024*4; i++)  //4KB
     {
       buff[i] = NFDATA;
     }  


    //取消选中nandflash芯片
    diselect_ship();


}

void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    /* i为页号、sdram_addr为内存中的位置、size拷贝数据的大小 */
    int i;

/* S3C6410启动时拷贝的8K代码不是存储在Nand flash的第一页上， 而是存储在Nand flash的前4页上，每页2K，总共8K， */
    for (i = 0; i < 4; i++, sdram_addr+=2048) 
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);
    }

    size -= 1024*8;

    for( i=4; size>0;)
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

三、NandFlash写操作

NandFlah写操作和读操作一样，也分为两种按页写，随机写
本次使用页写的方式

流程如下：

1）.使用按页写方式。

看上图，可得出流程：
1.发送命令0x80
2.发送列地址（2个周期）
3.发送行地址（3个周期）
4.写入数据
5.发送命令10
6.等待RnB
7.发送命令70
8.读取写入结果
和读操作一样，也需要选中flash芯片和清除RB,因此其最后流程为：

• 1.选中flash芯片
• 2.清除RnB
• 3.发送命令0x80
• 4.发送列地址（2个周期）
• 5.发送行地址（3个周期）
• 6.写入数据
• 7.发送命令10
• 8.等待RnB
• 9.发送命令70
• 10.读取写入结果
• 11.取消选中flash芯片

编程实现：

1.选中flash芯片

select_ship();

2.清除RnB

clean_RnB();

3.发送命令0x80

nand_cmd(0x80);

4.发送列地址（2个周期）

nand_addr(0x00);
nand_addr(0x00);

5.发送行地址（3个周期）

    nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

6.写入数据
for(i=0;i<1024*4;i++)
{
NFDATA = buff[i];
}

7.发送命令10

nand_cmd(0x10);

8.等待RnB

    wait_RnB();

9.发送命令70

nand_cmd(0x70);

10.读取写入结果

ret = NFDATA;

11.取消选中flash芯片

diselect_ship();

2).擦除工作

在写入数据之前，需要对其进行擦除工作，擦除的时候会把这个页所在的块全部擦除。

1.选中flash芯片

    select_ship();

2.清除RnB

    clean_RnB();

3.发送命令60

    nand_cmd(0x60);

4.发送行地址（3个周期）

    nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

5.发送命令D0

    nand_cmd(0xD0);

6.等待RnB

    wait_RnB();

7.发送命令70

nand_cmd(0x70);

8.读取擦除结果

 ret = NFDATA;

9.取消选中flash芯片

    diselect_ship();

3）测试

测试时采用LED亮灭的方式进行验证。

    NF_Erase(128*1+1); //第128+1页
    buf[0] = 100;
    NF_WritePage(128*1+1,buf);

    buf[0] = 10;
    NF_PageRead(128*1+1,buf);

    if( buf[0] == 100 )
        led_off();

贴上代码，仅供参考：
nand.c

/******************************************** *file name: nand.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : nandflash相关操作 *********************************************/
#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))  //控制寄存器
#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))  //NAND 状态寄存器
#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))  //命令寄存器
#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))  //地址寄存器
#define NFDATA             (*((volatile unsigned char*)0x70200010))  //数据寄存器
#define NFCONF             (*((volatile unsigned long*)0x70200000))  //配置寄存器

    /* 设置时间参数 */
#define TACLS  1
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 1

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

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

void clean_RnB()
{
    NFSTAT |= (1<<4);
}

void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
    NFCMMD = cmd;   
}

void nand_addr(unsigned char addr)
{
    NFADDR = addr;
}

void wait_RnB(void)
{
    while(!(NFSTAT & (0x1<4)));
}

void nand_reset(void)
{
    /* 选中 */
    select_ship();

    /* 清除RnB */
    clean_RnB();

    /* 发出复位信号 */
    nand_cmd(0xff);

    /* 等待就绪 */
    wait_RnB();

    /* 取消选中 */
    diselect_ship();
}

void nand_init(void)
{ 
 //初始化NFCONF

/* HCLK的频率为100MHZ，周期就为10ns TACLS > 0 ns TWRPH0 > 15ns TWRPH1 > 5ns TACLS的值 = HCLK x TACLS > 0ns TWRPH0的值 = HCLK x (TWRPH0 + 1) > 15ns TWRPH1的值 = HCLK x (TWRPH1 +1) > 5ns */

    //NFCONF &= ~((7<<12)|(7<<8)|(7<<4));
    NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

 //初始化NFCONT
    NFCONT = 1 | (1<<1); 

 //复位
    nand_reset(); 
}

void NF_PageRead(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int i;

    //选中nandflash芯片
    select_ship();

    //清除RNB信号
    clean_RnB();

    //发送命令0x00
    nand_cmd(0x00);

    //发送列地址
    nand_addr(0x00);
    nand_addr(0x00);    

    //发送行地址
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));   

    //发送命令0x30
     nand_cmd(0x30);    

    //等待R/B信号
        wait_RnB(); 

    //读取数据
     for(i = 0; i<1024*4; i++)  //4KB
     {
       buff[i] = NFDATA;
     }  


    //取消选中nandflash芯片
    diselect_ship();


}

void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    /* i为页号、sdram_addr为内存中的位置、size拷贝数据的大小 */
    int i;

/* S3C6410启动时拷贝的8K代码不是存储在Nand flash的第一页上， 而是存储在Nand flash的前4页上，每页2K，总共8K， */
    for (i = 0; i < 4; i++, sdram_addr+=2048) 
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);
    }

    size -= 1024*8;

    for( i=4; size>0;)
    {
        NF_PageRead(i,sdram_addr);  
        size -= 4096;  //每拷贝一次就减少4KB
        sdram_addr += 4096;
        i++;
    }      

}

//在写之前必须要擦除
int NF_Erase(unsigned long addr)
{
    int ret;

    //选中flash芯片
    select_ship();

    //清除RnB
    clean_RnB();

    //发送命令60
    nand_cmd(0x60);

    //发送行地址（3个周期）
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

    //发送命令D0
    nand_cmd(0xD0);

    //等待RnB
    wait_RnB();

    //发送命令70
    nand_cmd(0x70);

    //读取擦除结果
    ret = NFDATA;

    //取消选中flash芯片
    diselect_ship();

    return ret;
}


int NF_WritePage(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int ret,i;

    //选中flash芯片
    select_ship();

    //清除RnB
    clean_RnB();

    //发送命令80
    nand_cmd(0x80);

    //发送列地址（2个周期）
    nand_addr(0x00);
        nand_addr(0x00);

    //发送行地址（3个周期）
    nand_addr(addr&0xff);
        nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
        nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

    //写入数据
    for(i=0;i<1024*4;i++)
    {
        NFDATA = buff[i];   
    }

    //发送命令10
    nand_cmd(0x10);

    //等待RnB
    wait_RnB();

    //发送命令70
    nand_cmd(0x70);

    //读取写入结果
    ret = NFDATA;

    //取消选中flash芯片
    diselect_ship();

    return ret;
}

main.c

/******************************************** *file name: main.c *author : stone *date : 2016.7.3 *function : 总程序 *********************************************/

int gboot_main()
{

    /*mmu 初始化，暂时不用*/
    #ifdef MMU_ON
      mmu_init();  
    #endif

    /*led初始化*/
        led_init();

    /*中断初始化*/
    init_irq();

    /*按键初始化*/
    button_init();

    led_on();

    NF_Erase(128*1+1); //第128+1页
    buf[0] = 100;
    NF_WritePage(128*1+1,buf);

    buf[0] = 10;
    NF_PageRead(128*1+1,buf);

    if( buf[0] == 100 )
        led_off();


    while(1);

    return 0;    
}

菜鸟一枚，如有错误，多多指教。。。