S3C2440裸机实验（6） ----NAND FLASH

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*****作者：黄仁军                                                                     *******
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1.Nand  flash以page为单位进行读写，以block为单位进行擦除，没页分为main区和spare区，main区用于存放正常的数据，spare区用于存放一些附加信息

2．S3c2440 支持从Nand 启动是因为内部有一个叫做Steppingstone的SRAM buffer，当启动的时候，nand 的前4k的将会代码将被拷贝到steppingstone中执行，注意前4k代码是不会经过ECC校验的，所以必须确保这些代码的准确

3.对nand的操作都是通过使用命令来实现，有的操作只要一个命令就可以完成，而有的需要两个命令才能完成,下面是K9F1G08U0B的命令表：

 

 

4.关于TACLS,TWRPH0,TWRH1几个参数的数值问题：

从下面的时序图不难看出这几个参数的意思，在此就不赘述。

 

 

 

                                                             图1 (s3c2440)

                                                                                        图2(K9F1G08U0B)

比较上面两个时序图，我们发现，TWRPH0 即为K9F1G08U0B 中的twp， TWRH1 为t_CLH

TACLS为tcls – twp，K9F1G08U0B的手册给出了这些参数的最小时间，如图

#include "def.h"#include "2440addr.h"#include "mynand.h"//define command#define CMD_READ1 0x00 //页读命令1#define CMD_READ2 0x30 //页读命令2#define CMD_READID 0x90 //读取ID#define CMD_RESET 0xff //复位#define CMD_WRITE1 0x80 //页写命令1#define CMD_WRITE2 0x10 //页写命令2#define CMD_ERASE1 0x60 //块擦除命令1#define CMD_ERASE2 0xd0 //块擦除命令2#define CMD_STATUS 0x70 //读取状态命令#define CMD_RANDOMREAD1 0X05 //随机读取命令1#define CMD_RANDOMREAD2 0xe0 //随机读取命令2#define CMD_RANDOMWRITE 0x85 //随机写命令#define NF_CE_L() {rNFCONT &=~(1<<1);} //使能片选#define NF_CE_H() {rNFCONT |=(1<<1);} //关闭片选#define NF_MECC_UnLock() {rNFCONT&=~(1<<5);} //解锁main去ECC#define NF_MECC_Lock() {rNFCONT|=(1<<5);} //锁定main去ECC#define NF_SECC_UnLock() {rNFCONT &= ~(1<<6); } //解锁spare区ECC#define NF_SECC_Lock() {rNFCONT |= (1<<6); } //锁定spare区ECC#define NF_RSTECC() {rNFCONT |= (1<<4); } //复位ECC#define NF_WAITRB() {while(!(rNFSTAT &(1<<0))) ;} //等待nand flash 空闲#define NF_CLEAR_RB() {rNFSTAT |= (1<<2); } //清除RnB信号#define NF_DETECT_RB() {while(!(rNFSTAT&(1<<2)));} #define NF_RDDATA8()((*(volatile unsigned char*)0x4E000010) ) #define NF_CMD(cmd) {rNFCMD = (cmd);} //命令#define NF_ADDR( addr) {rNFADDR = (addr);} //地址#define NF_RDDATA() (rNFDATA) //读取32位数据 //#define NF_RDDATA8() (rNFDATA) //读取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#define TACLS 1#define TWRPH0 2#define TWRPH1 0extern void Delay(int time);void nand_init(void){rGPACON = rGPACON & (~(0x3f<<17)) |(0x3f<<17) ;rNFCONF = (TACLS<<12) |(TWRPH0<<8) |(TWRPH1<<4) |(0<<0) ;//非锁定，屏蔽nandflash中断，初始化ECC及锁定main区和spare区ECC，使能nandflash片选及控制器 rNFCONT = (0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0);}//复位nand void nand_reset(){ int i;NF_CE_L(); //csNF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号 for(i=0;i<10;i++) ;NF_CMD(CMD_RESET); //写入复位命令NF_DETECT_RB(); //等待RnB信号变高，即不忙 NF_CE_H(); //关闭nandflash片选}//读取nand的id号，首先需要写入读ID命令，然后再写入0x00地址，就可以读取到一共五个周期的芯片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括了一些具体的该芯片信息 U8 read_id(void){int i;U8 first, second, third, forth, fifth; //分别读取1---5个周期的数据NF_CE_L(); //cs//NF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号 // for(i=0;i<10;i++) ;NF_CMD(CMD_READID); //读ID命令 NF_ADDR(0x0); //写0x00地址first = NF_RDDATA8() ; //厂商ID:0Xecsecond = NF_RDDATA8() ; //设备ID，一般从这个参数可以判断出nand的一些参数third = NF_RDDATA8() ; //0x00forth = NF_RDDATA8() ; //0x95fifth = NF_RDDATA8() ; // 0x40 NF_CE_H(); //关闭nandflash片选return second;}//带硬件ECC校验的读，page_numer为页号，每页2KU8 nand_readpage_ecc(U32 page_number, U8 *buffer){int i;U32 mainecc0, spareecc; //用于存放ecc的临时值NF_RSTECC(); //复位ECCNF_MECC_UnLock() //解锁主区ECCNF_CE_L(); //csNF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号NF_CMD(CMD_READ1); //页读命令周期1//写入地址，首先写入列地址（也即相对每一个页开始的地址），再写入行地址（也即页号）NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7，这里直接从每页的开始读可以使用下面被注释的4行代码优化 NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11 // page = page_number/4;// data_addr = 512 *(page_number%4);// NF_ADDR(data_addr&0xff);// NF_ADDR((data_addr>>8)&0xff);NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27 NF_CMD(CMD_READ2); //页读命令周期2NF_DETECT_RB(); //等待RnB信号变高，即不忙for(i=0;i<2048;i++) buffer[i] = NF_RDDATA8() ;NF_MECC_Lock(); //锁定main区ECC值 NF_SECC_UnLock(); //解锁spare区ECCmainecc0=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的相应位置内rNFMECCD0=((mainecc0&0xff00)<<8)|(mainecc0&0xff);rNFMECCD1=((mainecc0&0xff000000)>>8)|((mainecc0&0xff0000)>>16);NF_SECC_Lock(); //锁定spare区的ECC值spareecc=NF_RDDATA(); //继续读spare区的4个地址内容，即第2052~2055地址，其中前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的相应位置内rNFSECCD=((spareecc&0xff00)<<8)|(spareecc&0xff); NF_CE_H(); //关闭nandflash片选//判断所读取到的数据是否正确if ((rNFESTAT0&0xf) == 0x0) return 0x66; //正确else return 0x44; }U8 nand_writepage_ecc(U32 page_number, U8 *buffer){int i,stat;U32 mecc0, secc; //用于存放ecc的临时值char ECCBuf[10];i = nand_is_badblock(page_number>>6) ;if( i ==0x33)return 0x42 ; //坏块NF_RSTECC(); //复位ECCNF_MECC_UnLock() //解锁主区ECCNF_CE_L(); //csNF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号NF_CMD(CMD_WRITE1); //页读命令周期1//写入地址，首先写入列地址（也即相对每一个页开始的地址），再写入行地址（也即页号）NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7，这里直接从每页的开始读可以使用下面被注释的4行代码优化 NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11 // page = page_number/4;// data_addr = 512 *(page_number%4);// NF_ADDR(data_addr&0xff);// NF_ADDR((data_addr>>8)&0xff);NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27 for(i=0;i<2048;i++) NF_WRDATA8(buffer[i]);NF_MECC_Lock(); //锁定main区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ECC for(i=0;i<4;i++) { NF_WRDATA8(ECCBuf[i]); } NF_SECC_Lock(); //锁定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值继续写入到spare区的第2052~2053地址内 for(i=4;i<6;i++) { NF_WRDATA8(ECCBuf[i]); }NF_CMD(CMD_WRITE2); //页读命令周期2Delay(100);NF_CMD(CMD_STATUS); //读状态命令//判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同do {stat = NF_RDDATA8();}while(!(stat&0x40)); NF_CE_H(); //关闭nandflash片选//判断所读取到的数据是否正确if (stat & 0x1){i = rNF_MarkBadBlock(page_number>>6); //标注该页所在的块为坏块if (i == 0x21) return 0x43 ; //标注坏块失败else return 0x44; //写操作失败}else return 0x66;}U8 nand_random_readpage(U32 page_number, U32 add){NF_CE_L(); //csNF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号NF_CMD(CMD_READ1); //页读命令周期1//写入地址，首先写入列地址（也即相对每一个页开始的地址），再写入行地址（也即页号）NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7，这里直接从每页的开始读可以使用下面被注释的4行代码优化 NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11 // page = page_number/4;// data_addr = 512 *(page_number%4);// NF_ADDR(data_addr&0xff);// NF_ADDR((data_addr>>8)&0xff);NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27 NF_CMD(CMD_READ2); //页读命令周期2NF_DETECT_RB(); //等待RnB信号变高，即不忙 NF_CMD(CMD_RANDOMREAD1); //随意读命令周期1//页内地址NF_ADDR((char)(add&0xff)); //列地址A0~A7NF_ADDR((char)((add>>8)&0x0f)); //列地址A8~A11 NF_CMD(CMD_RANDOMREAD2); //随意读命令周期2 return NF_RDDATA8(); //读取数据}U8 nand_random_writepage(U32 page_number, U32 add, U8 data){U8 stat;NF_CE_L(); //csNF_CLEAR_RB(); //清除RnB信号NF_CMD(CMD_WRITE1); //页读命令周期1//写入地址，首先写入列地址（也即相对每一个页开始的地址），再写入行地址（也即页号）NF_ADDR(0x00); //列地址A0~A7，这里直接从每页的开始读可以使用下面被注释的4行代码优化 NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11 // page = page_number/4;// data_addr = 512 *(page_number%4);// NF_ADDR(data_addr&0xff);// NF_ADDR((data_addr>>8)&0xff);NF_ADDR((page_number) & 0xff); //行地址A12~A19NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27 NF_CMD(CMD_RANDOMWRITE); //页读命令周期2//页内地址NF_ADDR((char)(add&0xff)); //列地址A0~A7NF_ADDR((char)((add>>8)&0x0f)); //列地址A8~A11NF_WRDATA8(data); //写入数据 NF_CMD(CMD_WRITE2); //页写命令周期2 //判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同do {stat = NF_RDDATA8();}while(!(stat&0x40)); NF_CE_H(); //关闭nandflash片选//判断所读取到的数据是否正确if (stat & 0x1)return 0x44;else return 0x66;}U8 nand_is_badblock(U32 block){return nand_random_readpage(block*64, 2054);}U8 rNF_MarkBadBlock(U32 block){U8 result;result = nand_random_writepage(block*64, 2054, 0x33); if(result == 0x44)return 0x21; //写坏块标注失败elsereturn 0x60 ;}

 

都是以ns为单位的。Nand flash 控制器使用的是HCLK ，此时为100MHZ。一个周期为10ns。给本例中我们设置：TACLS为1，TWRPH0为2，TWRH1为0；只要注意设置大于上面的最小值就ok了。

 

6.ECC校验编程：由于使用软件的方法进行ECC校验比较复杂，S3C2440中自带了硬件产生ECC校验，可以通过NFCONT的[5]和[6]位来分别开启硬件ECC产生器，如果是8bit的nand flash接口将产生4个字节的main 区 ECC  校验码和2个字节的spare区 校验码，分别存在NFMECCD和NFSECCD中，当然前提是开启了对应区的ECC发生器。具体可以参考2440的手册P220.下面是编程ECC的过程：

         (1)写NFCONT[4]为1初始化ECC 编解码器，写NFCONT[5]为0解锁main区ECC发生器

(2)当读写玩数据时写NFCONT[5]为1来锁定ECC防止被改变

(3)通常用户会将main区产生的ECC校验码写到spare区，这些数据和NFMECC0/1中的数据是相同的。本例中我们约定每一页的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

(4)硬件自动产生的ECC会自动保存在NFMECC中，而NFMECCD0/1中的数据需要用户自己写入，当放入数据后，系统会自动比较NFMECC0/1和NFMECCD0/1的内容，这样就实现了ECC码的校验

(5) 最后我们就可以通过读取NFESTAT0/1（因为K9F1G08U0B是8位IO口，因此这里只用到了NFESTAT0）中的低4位来判断读取的数据是否正确，其中第0位和第1位为main区指示错误，第2位和第3位为spare区指示错误

 

 

下面是核心代码：