实验目的:突破4KB的Steppingstone存储空间限制,读取NandFlash中4KB后的代码实现“点灯大法”,借此掌握NandFlash的操作。
实验环境及说明:恒颐S3C2410开发板H2410。H2410核心板的NandFlash选用的是三星片上(SOP)K9F1208U0M,该NandFlash容量为64MB。
实验思路:开发板上电启动后,自动将NandFlash开始的4K数据复制到SRAM中,然后跳转到0地址开始执行。然后初始化存储控制器SDRAM,调用NandFlash读函数操作把4KB后的点灯代码复制到SDRAM中,跳到点灯代码的入口点实现点灯操作。
知识掌握:NandFlash内部结构、命令字及存储控制器
一、NandFlash内部结构
不同开发板使用的NandFlash的型号可能不一样,本文只是以K9F1208U0M为例做个简单介绍。引脚描述如下所示:
'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_af4843899d603e0.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_af4843899d603e0.jpg');" border="0">
NandFlash存储单元结构图如下所示:
'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_b53cf1b5e09813b.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_b53cf1b5e09813b.jpg');" border="0" width="700">
Device、 Block和Page之间的关系---1 Device = 4,096 Blocks = 4096*32 Pages = 128K Pages;1 Block = 32 Page;1 Page = 528 Byte = 512 Byte + 16 Byte。其中1 Page中包含有数据寄存器512 Byte和16 Byte的备用位用于ECC校验存储。所以有528 columns * 128K rows(Pages)。1 Page中的512 Byte的数据寄存器又分为两个部分1st 256 Bytes和 2nd 256 Bytes。用于数据存储的单元有 512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 MB,用于ECC校验单元有16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 2MB 。
二、NandFlash命令字
操作NandFlash时,先传输命令,然后传输地址,最后进行数据的读/写。K9F1208U0M的命令字如下所示:
'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_9f90461920e6b01.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_9f90461920e6b01.jpg');" border="0" width="700">
由于寻址需要26bit的地址,该26bit地址通过四个周期发送到NandFlash,如下图所示:
'700')this.width='700';if(this.offsetHeight>'700')this.height='700';" src="http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_e8c052eed36f8b9.jpg" onclick="if(this.width>=700) window.open('http://www.arm79.com/attachment/Mon_1005/73_67_e8c052eed36f8b9.jpg');" border="0">
Read 1操作:该操作是对512 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks = 64 M的数据寄存器进行寻址。第一个周期发送A7~A0的8bit Column地址,8bit的寻址范围是0~255,只能对1st 256 Bytes部分进行寻址。00h命令是1st 256 Bytes部分寻址。当发送01h命令时,A8将会被置1,此时寻址范围变成了256~511了,所以01h命令是对2nd 256 Bytes部分进行寻址。(*注意:A8在发送00h命令后被清0,在发送01h命令后被置1,并且在发送01h对2nd寻址完毕后,A8会自动清0,指 针会自动地指向1st);第二个周期的A9~A13的5bit是对Page进行寻址(因为1 Block = 32 Pages,5bit的寻址范围是0~31,可以对1 Block里面的所有Page进行寻址)。A14~A25的12bit则是对Block进行寻址,12bit的寻址范围是0~4095,对整个 Device的4096个Blocks进行寻址。Read 2操作:该操作是对16 Bytes * 32 Pages * 4096 Blocks =2MB的备用位(ECC)进行寻址。50h命令为Read2操作,对1 Page里面的后16 Byte寻址。这样,通过四个周期的发送即可对整个Device的所有存储单元进行寻址。
三、NandFlash存储控制器
S3C2410 为简化对NandFlash的操作,提供了一组NandFlash控制器来实现对K9F1208U0M命令字的操作,主要有配置寄存器NFCONF、控制 寄存器NFCONT、命令寄存器NFCMD、地址寄存器NFADDR、数据寄存器NFDATA和状态寄存器NFSTAT。
★NFCONF被用来使 能/禁止NandFlash控制器、使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC、设置NandFlash的时序参数。TACLS、TWRPH0、 TWRPH1---这三个参数控制着NandFlash信号线CLE/ALE与写控制信号new的时序关系。根据NandFlash的Datasheet 中对其最小读/写/控制时间的要求,联系HCLK实际取值一般为100MHz,可以设这三个参数分别为1:3:1个HCLK即可(貌似ViVi中是 1:3:1),这样可以满足其时序要求。
★NandFlash状态寄存器NFSTAT。只用到最低位[0],0:busy;1:ready。
NandFlash 存储控制器根据OM[1:0]位的取值可以工作在①自动启动模式---OM[1:0]=00时,复位之后,NandFlash的最先4KB的代码被复制到 Steppingstone中即内部4KB的SRAM。Steppingstone被映射为Bank0(nGS0),且CPU在此4KB内部SRAM中开 始执行启动代码;②NandFlash模式。
示例代码解析:
★head.S头文件来设置SDRAM,设置SDRAM,将第二部分代码复制到SDRAM,然后跳到SDRAM继续执行。
.equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000
.text
.global _start
_start:
bl disable_watch_dog @关门喂狗
bl mem_control_setup @设置存储控制器
ldr sp, =4096 @设置栈指针,以下C函数调用前需要设好栈
bl nand_init @初始化NandFlash
@将NandFlash中地址4096开始的1024字节代码(led.c编译得到)复制到SDRAM中
ldr r0, =0x30000000 @目标地址=0x30000000,SDRAM起始地址
mov r1, #4096 @源地址=4096,连接的时候led代码在4096开始处
mov r2, #1024 @复制长度=1024,对于本实验的led足够
bl nand_read @调用C函数nand_read
ldr lr, =halt_loop @设置返回地址
ldr sp, =0x34000000 @重新设置栈
ldr pc, =main @使用向pc赋值的方法进行跳转到点灯代码
halt_loop:
b halt_loop
★nand.c文件实现NandFlash的初始化和数据读取
#define BUSY 1
typedef unsigned long S3C2410_REG32; //貌似此处定义为unsigned int反汇编结果一样的,也没问题。猜可能是ARM指令直接按32位存储了吧,知道的可以和我说一下!
/* NandFlash结构体 */
typedef struct {
S3C2410_REG32 NFCONF;
......
S3C2410_REG32 NFECC;
}S3C2410_NAND;
static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000;
/* 供外部调用的函数声明 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);
/* S3C2410的NandFlash处理函数声明 */
static void s3c2410_nand_reset(void);
......
static unsigned char s3c2410_read_data();
/* S3C2410的NandFlash操作函数实现 */
/* 复位 */
static void s3c2410_nand_reset(void)
{
s3c2410_nand_select_chip();
s3c2410_write_cmd(0xff); //发命令字0xFF实现复位操作复位
s3c2410_wait_idle();
s3c2410_nand_deselect_chip();
}
/* 等待NandFlash就绪 */
static void s3c2410_wait_idle(void)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFSTAT;
while(!(*p & BUSY))
for(i=0; i<10; i++);
}
/* 发出片选信号 */
static void s3c2410_nand_select_chip(void)
{
int i;
s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11); //对NFCONF的11位写0,激活NandFlash
for(i=0; i<10; i++);
}
/* 取消片选信号 */
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)
{
s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11); //对NFCONF的11位写1,使NandFlash不活动
}
/* 发出命令 */
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)
{
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;
*p = cmd;
}
/* 发出地址 */
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR;
*p = addr & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 9) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 17) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
*p = (addr >> 25) & 0xff;
for(i=0; i<10; i++);
}
/* 读取数据 */
static unsigned char s3c2410_read_data(void)
{
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;
return *p;
}
//设置TACLS、TWRPH0、TWRPH1三者的值,貌似ViVi等代码中TWRPH0设为3,不知这样的好处,知道的可以告诉我!
#define TACLS 0
#define TWRPH0 2
#define TWRPH1 0
/* 初始化NandFlash */
void nand_init(void)
{
/* 使能NandFlash控制器, 初始化ECC, 禁止片选, 设置时序 */
s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
/* 复位s3c2410 NandFlash */
s3c2410_nand_reset();
}
#define NAND_SECTOR_SIZE 512
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
/* 读函数 */
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;
if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
return ; /* 地址或长度不对齐 */
}
/* 选中芯片 */
s3c2410_nand_select_chip();
for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
/* 发出READ0命令 */
s3c2410_write_cmd(0);
/* 写地址*/
s3c2410_write_addr(i);
/*等待*/
s3c2410_wait_idle();
for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) {
*buf = s3c2410_read_data();
buf++;
}
}
/* 取消片选信号 */
s3c2410_nand_deselect_chip();
return ;
};
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