JZ2440的NandFlash控制器

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芯片的型号：K9F2G08U0C

摘要: 本文以S3C2440为例来讲解NAND FLASH控制器的使用方法. 例程中故意将一部分代码放置到 nand 的4k 字节之后, 因无法自动拷贝到steppingstone, 所以需要读取nand中的内容到sdram, 本例程重点关注nand的初始化和读取.

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

 引脚定义及接法

1.2 内部存储单元的组织结构：

K9F2G08U0C共有2048个Block(块), 每个Block含有64 Page(页), 每个Page含有2k byte的正常存储空间以及64 byte的校验空间 .

总空间 = 2048 * 64 * (2 * 1024 + 64)  byte = 264MB

实际存储空间 = 2048 * 64 * 2 * 1024 byte = 256MB

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。
   

1.3寻址方式：

   NAND的读写的最小单位为Page：

小页：

大页：(K9F2G08U0C共有2048个Block(块), 每个Block含有 64 Page(页)，所以我们这款芯片为大页读写)

列地址: 进行 Block 和 Page 寻址

行地址: 进行 Page 内寻址

如何区分Nandflash读写是大页还是小页点我！

2. 软件部分：

由于 s3c2440 内部有nand 的控制器，去查看2440的数据手册，自己编写时序操作程序不是明智的选择，正确的方式是一步一步配置好 s3c2440 的 nandflash 控制器，然后对应查看K9F2G08U0C的芯片手册看是否符合要求！

在此以读Nandflash为例子来配置寄存器。

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）的不需要软件来管。

 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 最大值 136MHz ，稍作分析可得，我们实际的HCLK肯定要小很多，但是如果最大值满足那么小一点的HCLK肯定满足条件！则 HCLK 的周期是 1/136MHz = 7.4ns<flash时钟来自于HCLK后面讲时钟会提到>
   
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：

找一个跟上边红色数字 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 12ns -12ns = 0ns

    根据寄存器中描述的计算公式：Duration =  HCLK x TACLS =>  0ns = 7.4ns x TACLS  => TACLS = 0

TWRPH0 的时间是 tWP ，查 时间表 得到 12ns 

    根据寄存器中描述的计算公式：Duration =  HCLK x ( TWRPH0 + 1 )  =>  12ns = 7.4ns x (TWRPH0 + 1)  => TWRPH0 = 1.6 ,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 =3

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 = 7.4ns x (TWRPH1 + 1) => TWRPH1 = 0 即定能满足

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1. #define NFCONF  (*((volatile unsigned long *)0x4E000000))  
2.   
3. void nand_init(void )  
4. {  
5.     #define TACLS   0  
6.     #define TWRPH0  3  
7.     #define TWRPH1  0  
8.   
9.     /* 设置时序 */  
10.     NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);  
11.     /* 使能 nandflash 控制器，初始化ECC，关片选 */  
12.     NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);  
13. }  

2.2 芯片的选择和禁止（让芯片操作 CE 引脚）：

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1. #define NFCONT  (*((volatile unsigned long *)0x4E000004))  
2.   
3. void nand_select(void )  
4. {  
5.     NFCONT &= ~(1<<1);  
6. }  
7.   
8. void nand_deselect(void )  
9. {  
10.     NFCONT |= (1<<1);  
11. }  

2.3 写命令和写地址：

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1. // 写命令 注意是八位的命令  
2. #define NFCMMD (*((volatile unsigned char *)0x4E000008))  
3.   
4. void nand_cmd(unsigned char cmd)  
5. {  
6.  volatile int i;  
7.  NFCMMD = cmd;  
8.  for (i = 0; i<10; i++); // 延时一段时间  
9. }  

1. // 写地址   (大页)
2. #define NFADDR (*((volatile unsigned char *)0x4E00000C))  
3. #define NAND_SECTOR_SIZE    2048  
4. #define NAND_BLOCK_MASK     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)  
5.   
6. void nand_addr(unsigned int addr)  
7. {  
8. // unsigned int col = addr % 2048;  
9. // unsigned int page = addr / 2048;  
10.  col = addr & NAND_BLOCK_MASK;  
11.  page = addr / NAND_SECTOR_SIZE;  
12.  volatile int i;  
13.  NFADDR = col & 0xff;                /* Column Address A0~A7 */  
14.  for (i = 0; i<10; i++);  
15.  NFADDR = (col>>8) & 0x0f;       /* Column Address A8~A11 */  
16.  for (i = 0; i<10; i++);  
17.  NFADDR = page & 0xff;            /* Row Address A12~A19 */  
18.  for (i = 0; i<10; i++);  
19.  NFADDR = (page>>8) & 0xff;   /* Row Address A20~A27 */  
20.  for (i = 0; i<10; i++);  
21.  NFADDR = (page>>16) & 0x03;  /* Row Address A28~A29 */  
22.  for (i = 0; i<10; i++);  
23. }  

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 = 12ns，而对 flash 他的时钟来自 HCLK =136MHz，即使是单周期指令，也要 1/136MHz=7.4ns，因此，要延时一段时间。

2.4 读数据：

flash 芯片上：

flash 芯片上：

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1. #define NFSTAT (*((volatile unsigned char *)0x4E000020))  
2. #define NFDATA (*((volatile unsigned char *)0x4E000010))  
3. void nand_wait_teady(void)  
4. {  
5.     while(!(NFSTAT & 1))  
6.          for(i = 0; i < 10; i++);  
7. }  
8.   
9. unsigned char nand_data(void)  
10. {  
11.     return NFDATA;  
12. }  
13. /* 
14. * 参数的含义： 从NAND Flash位置start_addr开始，将数据复制到SDRAM地址buf处，共复制size字节
15. */  
16. void nand_read(unsignedchar* buf, unsignedlong start_addr, int size)
17. {  
18.     int i,j;  
19.   if((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)){
20. return;
21.    }
22.     
23.    nand_select_chip(); //选中芯片  
24.    
25.    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) 
26.     {  
27.         write_cmd(0x00); // 发出读命令 00h  
28.         write_addr(i); // 发送读的地址  
29.         write_cmd(0x30); // 发出读命令 30h  
30.         nand_wait_ready(); // 等待不忙  
31.   
32.         for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++,i++)  
33.         {  
34.             *buf = read_data(); // 读数据    
35.             buf++;  
36.         }    
37.     }  
38.     nand_deselect_ship(); // 取消片选
39.     return ;  
40. }  

总结一下：

（1）选中芯片

（2）发送00h

（3）发出地址

（4）发30h

（5）等待就绪

（6）读一页数据

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：

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1. void nand_reset(void)  
2. {  
3.     nand_select_chip(); // 选中芯片  
4.     write_cmd(0xff);  
5.     nand_wait_ready();  
6.     nand_deselect_chip();  
7. }  

3.NandFlash操作实例

 

篇幅有限，点击跳转NandFlash 控制器操作实例：读Flash