s3c2440裸机-nandflash编程（二. nand控制器和nand访问时序）

一.Steppingstone

我们知道nand没有独立地址线，cpu无法直接访问nand上的指令，所以nand不能片上执行。那么为何程序还能支持nand启动的呢？

为了支持NAND启动，S3C2440A配备了一个称为“ Steppingstone”的内部SRAM缓冲区,容量为4K。 开机时，Nandflash中的前4K数据将被加载到Steppingstone中，而引导代码将被加载到SRAM中将被执行，如下图所示：

我们知道s3c2440支持2种boot方式，nand或者nor，那么需要配置OM引脚来设置引导方式，如下图：

内存控制器的地址映射表如下：

我们得知OM1接地，OM0接了一个开关SW2，那么我们的OM0的电平状态由SW2开关决定:

当SW2闭合,OM0=1, OM[1:0]=01, 0地址对应nor，那么从nor启动。

当SW2断开,OM0=0, OM[1:0]=00, 0地址对应bootSRAM(4K)，那么0地址对应该SRAM, 那么从nand启动。

二.引脚配置

当上电启动时，NAND Flash 控制器将通过下面的引脚配置来获取连接的 NAND Flash 的信息。

NCON：NAND Flash 存储器选择（普通/先进）

0：普通 NAND Flash（256 字或 512 字节页大小，3 或 4 个地址周期）

1：先进 NAND Flash（1K 字或 2K 字节页大小，4 或 5 个地址周期）

GPG13：NAND Flash 存储器page size选择

0：页=256 字（NCON=0）或页=1K 字（NCON=1）

1：页=512 字节（NCON=0）或页=2K 字节（NCON=1）

GPG14：NAND Flash 存储器地址周期选择

0：3 个地址周期（NCON=0）或 4 个地址周期（NCON=1）

1：4 个地址周期（NCON=0）或 5 个地址周期（NCON=1）

GPG15：NAND Flash 存储器总线宽度选择

0：8 位宽度

1：16 位宽度

如下表所示更直观：

三.nand控制器时序配置(nand访问原理)

nandflash访问时需要遵循一定的时序才能完成命令、地址、数据的发送。nandflash有8bit位宽数据总线，那么没有地址线它是怎么和cpu通信的呢？

  1.nandflash是DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址，又传输命令；

①当ALE为高电平时传输的是地址；

②当CLE为高电平时传输的是命令；

③当ALE，CLE都为低电平表示传输的是数据

  2. 先发送片选CS和WE/RE信号

  3. 再发送CLE

  4. 再发送ALE

  5. 最后发送数据

下面分别介绍命令、地址、数据的发送过程。

1.命令/地址锁存时序

1）首先看时钟，nand控制器的时钟源采用的是HCLK, 也就是AHB高速总线模式，可以参考s3c2440裸机-时钟编程(一、2440时钟体系介绍)那么HCLK=100Mhz, T=1/HCLK=10ns。

2）从上图可知命令、地址锁存的时序是一样的，复用一个时序图，当到达①的位置时，CLE/ALE=0;

3）当到达位置②时，CLE/ALE=1,表示命令/地址信号拉高，命令/地址开始使能，然后往数据总线DATA上放入命令或地址;

4）经过TACLS时间，到达位置③时，拉低nWE引脚，这时数据总线DATA上的命令/地址开始被锁存，锁存需要一定的时间，所以经过TWRPH0时间后，数据总线DATA上的命令/地址锁存完成；

5）到达位置④，此时释放nWE信号，nWE=1，这时还需要经过TWRPH1时间后，释放CLE/ALE，此时一个完整的命令/地址锁存过程完成。

上面分析了命令/地址的锁存时序过程，下面详细解释下上面几个时间参数的含义：

TACLS：CLE/ALE使能信号发送多久后才可以发送nWE信号
TWRPH0:nWE信号发送多久后数据（commamd/addr）才会被锁存成功
TWRPH1：nWE信号释放多久后才能释放CLE/ALE

那么这些时间参数要怎么配置呢？

这个需要根据我们实际使用的具体nandflash型号和性能来配置我们的nand控制器。我们以K9F2G08U0C这款nandflash为例进行讲解，手册上命令和地址锁存周期如下：

和nand控制器的命令/地址锁存时序图对比发现:

TACLS = max(tCLS,tALS) - tWP;TWRPH0 = tWP;TWRPH0 = max(tCLH,tALH);

我们知道2440 nand控制器把命令、地址锁存时序复用成了一个时序图，其实命令和地址锁存时序参数基本一致，只不过发命令只需要一个周期就OK了，发地址需要5个时钟周期，为什么？

你想，命令多简单，无非就是读写擦，像我们这款nand数据位宽8bit，一个周期绰绰有余。但地址就不一样了，比如此款nandflash容量256M = 2^28，那么需要28根数据线来传输才能一个周期传输完，但这款nandflash的数据总线位宽只有8bit, 只有8根数据线，所以需要把地址拆分成多次发送，先发送col地址，再发送row地址，此款nandflash是用了5个周期发送地址。

2.数据锁存时序（写数据）

从前面的命令地址锁存时序图中我们得知，CLE信号拉高，ALE信号拉低时，表示发送的命令；当CLE信号拉低，ALE信号拉高时，表示发送的地址；那么当CLE、ALE都拉低时，表示发送的数据，如下图，nCE, CLE, ALE都拉低了，表示传输的是数据。

1)当到达①时，nWE还是高电平，写使能没有开启；

2)当到达②,③时，那么经过了tWP时间（TDS时间），数据开始被锁存；

3)到达④，经过tDH时间，数据锁存完成;

4)到达⑤，也就是数据开始锁存后再过了tWH时间后释放nWE信号；

5）重复②③④⑤过程。

根据上面这三个图（手册上的命令、地址、数据锁存时序图），下面详细解释各个时间参数的含义：

3.顺序访问周期（读数据）

1）①处，表示要过tRR后才能发送读使能信号nRE进行访问（上一次的访问结束后，需要等待ready状态稳定后才可以进行下一次访问）；

2）当到达②，需要经过rREA时间后nRE信号才有效（待nRE稳定）；

3）当到达③，DATA总线上的读取被读取；

4）当到达④，nRE释放tREH时间后才允许下一次读使能

我们看到连续顺序访问时，单次访问的时间为tRC，那么这些时间参数的值也可以从K9F2G08U0C datasheet中找到：为25ns