对Nand Flash的操作(S3C2440)

Nand Flash的概述

nandflash主要以page（页）为单位进行读写，以block（块）为单位进行擦除。每一页中又分为main区和spare区，main区用于正常数据的存储，spare区用于存储一些附加信息，如块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等。

先看下电路原理图

从原理图可以看出：

在DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址，也传输命令：

当ALE为高电平时传输的是地址。

当CLE为高电平时传输的是命令。

当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据。

假设烧写NAND FLASH，把命令、地址、数据发给它之后，NAND FLASH肯定不可能瞬间完成烧写的，怎么判断烧写完成？

通过状态引脚RnB来判断：它为高电平表示就绪，它为低电平表示正忙。

看一下NAND的引脚：

根据NAND FLASH的芯片手册，一般的过程是：

发出命令

发出地址

发出数据/读数据

相应的命令字如图：

s3c2440来说，内部集成了一个NAND FLASH控制器，CPU只需操作NAND FLASH控制器，就实现对NAND FLASH的操作。

NAND Flash控制器提供了NFCONF、NFCONT、NFCMMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和其他一些寄存器。

NAND FLASH控制器的时序，是为了让NAND FLASH外设工作起来，假如外接不同的 NAND FLASH外设，那么它的操作时序可能就会不同，所以对Nand Flash控制器的设置也不同。

需要根据不同的nand flash，设置nand flash控制器。

看一下nand flash控制器时序：

由图可知，需要设置nand flash控制器的TACLS、TWRPH0、TWRPH1。

TACLS、TWRPH0、TWRPH1分别是NFCONF寄存器的某几位。

看一下nand flash芯片的时序：

分析：

依次看这3张图

图1 ，TACLS是CLE / ALE使能之后，过多久nWE使能。就对应图2中nand flash芯片的时序中的tCLS和tALS减去tWP。再看图3，tCLS、tALS、tWP最小都为12ns；也就是TACLS可以为12-12=0。

图1，TWRPH0是nWE的使能时间。对应图2中的tWP。再看图3，为12ns。

图1，TWRPH1是nWE失能之后，过多久CLE / ALE失能。就对应图2中nand flash芯片的时序中的tCLH、tALH。再看图3，都为5ns。

然后根据时序，设置寄存器。

HCLK为100MHz，也就是10ns。

所以，可设置TACLS即[13:12] = 0；TWRPH0即[10:8] = 1；TWRPH1即[6：4] = 0；

再根据NFCONT寄存器，初始化NAND Flash控制器。

void nand_init(void)

{

#define  TACLS   0

#define  TWRPH0  1

#define  TWRPH1  0

/*设置NAND FLASH的时序*/

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

/*使能NAND FLASH控制器,初始化ECC，禁止片选*/

NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);

}

再实现一个函数，读取nand的ID

void nand_select(void)

{

/*使能片选*/

NFCONT &=~(1<<1);

}

void nand_deselect(void)

{

/*禁止片选*/

NFCONT |= (1<<1);

}

void nand_chip_id(void)

{ 

unsigned char buf[5]={0};

nand_select(); 

nand_cmd(0x90);

nand_addr_byte(0x00);

buf[0] = nand_data();

buf[1] = nand_data();

buf[2] = nand_data();

buf[3] = nand_data();

buf[4] = nand_data();

nand_deselect();

printf("maker   id  = 0x%xnr",buf[0]);

printf("device  id  = 0x%xnr",buf[1]);

printf("3rd byte    = 0x%xnr",buf[2]);

printf("4th byte    = 0x%xnr",buf[3]);

printf("page  size  = %d kbnr",1  <<  (buf[3] & 0x03));

printf("block size  = %d kbnr",64 << ((buf[3] >> 4) & 0x03));

printf("5th byte    = 0x%xnr",buf[4]);

}

在之前的博文中，重定位代码到SDRAM，只能实现从NOR Flash复制代码到SDRAM。现在实现 读NAND 函数，然后实现从nand到SDRA的重定位。

具体代码如下：

void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)

{

int i = 0;

int page = addr / 2048;

int col  = addr & (2048 - 1);

nand_select(); 

while (i < len)

{

/* 发出00h命令 */

nand_cmd(00);

/* 发出地址 */

/* col addr */

nand_addr_byte(col & 0xff);

nand_addr_byte((col>>8) & 0xff);

/* row/page addr */

nand_addr_byte(page & 0xff);

nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);

nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);

/* 发出30h命令 */

nand_cmd(0x30);

/* 等待就绪 */

wait_ready();

/* 读数据 */

for (; (col < 2048) && (i < len); col++)

{

buf[i++] = nand_data();

}

if (i == len)

break;

col = 0;

page++;

}

nand_deselect();

}

//然后在重定位函数中,添加代码

void nand_init(void);

void nand_read_relocate(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len);

void copy2sdram(void)

{

/* 要从lds文件中获得 __code_start, __bss_start

* 然后从0地址把数据复制到__code_start

*/

extern int __code_start, __bss_start;

volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;

volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start;

volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0;

int len;

len = ((int)&__bss_start) - ((int)&__code_start);

if (isBootFromNorFlash()) //判断是nor还是nand启动

{//nor启动

while (dest < end)

{

*dest++ = *src++;

}

}

else

{//nand启动

nand_init();

nand_read(src, dest, len);//从nand复制代码到SDRAM

}

}

最后实现，读、写、擦除函数。

#include "s3c2440_soc.h"

#include "printf.h"

void nand_init(void)

{

#define  TACLS   0

#define  TWRPH0  1

#define  TWRPH1  0

/*设置NAND FLASH的时序*/

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

/*使能NAND FLASH控制器,初始化ECC，禁止片选*/

NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);

}

void nand_select(void)

{

/*使能片选*/

NFCONT &=~(1<<1);

}

void nand_deselect(void)

{

/*禁止片选*/

NFCONT |= (1<<1);

}

void nand_cmd(unsigned char cmd)

{

volatile int i;

NFCCMD = cmd;

for(i=0; i<10; i++);

}

void nand_addr_byte(unsigned char addr)

{

volatile int i;

NFADDR = addr;

for(i=0; i<10; i++);

}

unsigned char nand_data(void)

{

return NFDATA;

}

void nand_w_data(unsigned char val)

{

NFDATA = val;

}

void wait_ready(void)

{

while (!(NFSTAT & 1));

}

void nand_chip_id(void)

{ 

unsigned char buf[5]={0};

nand_select(); 

nand_cmd(0x90);

nand_addr_byte(0x00);

buf[0] = nand_data();

buf[1] = nand_data();

buf[2] = nand_data();

buf[3] = nand_data();

buf[4] = nand_data();

nand_deselect();

printf("maker   id  = 0x%xnr",buf[0]);

printf("device  id  = 0x%xnr",buf[1]);

printf("3rd byte    = 0x%xnr",buf[2]);

printf("4th byte    = 0x%xnr",buf[3]);

printf("page  size  = %d kbnr",1  <<  (buf[3] & 0x03));

printf("block size  = %d kbnr",64 << ((buf[3] >> 4) & 0x03));

printf("5th byte    = 0x%xnr",buf[4]);

}

void nand_read(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)

{

int i = 0;

int page = addr / 2048;

int col  = addr & (2048 - 1);

nand_select(); 

while (i < len)

{

/* 发出00h命令 */

nand_cmd(00);

/* 发出地址 */

/* col addr */

nand_addr_byte(col & 0xff);

nand_addr_byte((col>>8) & 0xff);

/* row/page addr */

nand_addr_byte(page & 0xff);

nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);

nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);

/* 发出30h命令 */

nand_cmd(0x30);

/* 等待就绪 */

wait_ready();

/* 读数据 */

for (; (col < 2048) && (i < len); col++)

{

buf[i++] = nand_data();

}

if (i == len)

break;

col = 0;

page++;

}

nand_deselect();

}

int nand_erase(unsigned int addr, unsigned int len)

{

int page = addr / 2048;

if (addr & (0x1FFFF))

{

printf("nand_erase err, addr is not block alignnr");

return -1;

}

if (len & (0x1FFFF))

{

printf("nand_erase err, len is not block alignnr");

return -1;

}

nand_select(); 

while (1)

{

page = addr / 2048;

nand_cmd(0x60);

/* row/page addr */

nand_addr_byte(page & 0xff);

nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);

nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);

nand_cmd(0xD0);

wait_ready();

len -= (128*1024);

if (len == 0)

break;

addr += (128*1024);

}

nand_deselect();

return 0;

}

void nand_write(unsigned int addr, unsigned char *buf, unsigned int len)

{

int page = addr / 2048;

int col  = addr & (2048 - 1);

int i = 0;

nand_select(); 

while (1)

{

nand_cmd(0x80);

/* 发出地址 */

/* col addr */

nand_addr_byte(col & 0xff);

nand_addr_byte((col>>8) & 0xff);

/* row/page addr */

nand_addr_byte(page & 0xff);

nand_addr_byte((page>>8) & 0xff);

nand_addr_byte((page>>16) & 0xff);

/* 发出数据 */

for (; (col < 2048) && (i < len); )

{

nand_w_data(buf[i++]);

}

nand_cmd(0x10);

wait_ready();

if (i == len)

break;

else

{

/* 开始下一个循环page */

col = 0;

page++;

}

}

nand_deselect();

}

void do_read_nand_flash(void)

{

unsigned int addr;

volatile unsigned char *p;

int i, j;

unsigned char c;

unsigned char str[16];

unsigned char buf[64];

/* 获得地址 */

printf("Enter the address to read: ");

addr = get_uint();

nand_read(addr, buf, 64);

p = (volatile unsigned char *)buf;

printf("Data : nr");

/* 长度固定为64 */

for (i = 0; i < 4; i++)

{

/* 每行打印16个数据 */

for (j = 0; j < 16; j++)

{

/* 先打印数值 */

c = *p++;

str[j] = c;

printf("%02x ", c);

}

printf("   ; ");

for (j = 0; j < 16; j++)

{

/* 后打印字符 */

if (str[j] < 0x20 || str[j] > 0x7e)  /* 不可视字符 */

putchar('.');

else

putchar(str[j]);

}

printf("nr");

}

}

void do_erase_nand_flash(void)

{

unsigned int addr;

/* 获得地址 */

printf("Enter the address of sector to erase: ");

addr = get_uint();

printf("erasing ...nr");

nand_erase(addr, 128*1024);

}

void do_write_nand_flash(void)

{

unsigned int addr;

unsigned char str[100];

int i, j;

unsigned int val;

/* 获得地址 */

printf("Enter the address of sector to write: ");

addr = get_uint();

printf("Enter the string to write: ");

gets(str);

printf("writing ...nr");

nand_write(addr, str, strlen(str)+1);

}

void nand_flash_test(void)

{

char c;

while (1)

{

/* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */

printf("[s] Scan nand flashnr");

printf("[e] Erase nand flashnr");

printf("[w] Write nand flashnr");

printf("[r] Read nand flashnr");

printf("[q] quitnr");

printf("Enter selection: ");

c = getchar();

printf("%cnr", c);

/* 测试内容:

* 1. 识别nand flash

* 2. 擦除nand flash某个扇区

* 3. 编写某个地址

* 4. 读某个地址

*/

switch (c)  

{

case 'q':

case 'Q':

return;

break;

case 's':

case 'S':

nand_chip_id();

break;

case 'e':

case 'E':

do_erase_nand_flash();

break;

case 'w':

case 'W':

do_write_nand_flash();

break;

case 'r':

case 'R':

do_read_nand_flash();

break;

default:

break;

}

}

}