对S3C2440读取NAND Flash的总结

在网上找了一些材料，又结合自己的阅历谈一下我对NAND Flash 的了解。

S3C2440 板的Nand Flash 支撑由两部分组成：Nand Flash 操控器(集成在S3C2440 CPU)和Nand Flash 存储芯片(K9F1208U0B)两大部分组成。当要拜访Nand Flash中的数据时,有必要经过Nand Flash操控器发送指令才干完结。所以, Nand Flash相当于S3C2440的一个外设,而不坐落它的内存地址区.

NAND Flash 的数据是以bit 的办法保存在memory cell，一般来说，一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8 个或许16 个为单位，连成bit line，构成所谓的byte(x8)/word(x16)，这便是NAND Device 的位宽。这些Line 会再组成Page.

1block=32page,1page=528byte=512byte(MainArea)+16byte(SpareArea)

Nandflash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。

依照这样的安排办法能够构成所谓的三类地址：

–BlockAddress—PageAddress–ColumnAddress

关于NANDFlash来讲，8个I/O引脚充任数据、地址、指令的复用端口。地址和指令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度是8位。

512byte需求9bit来表明，关于528byte系列的NAND，这512byte被分红1sthalf和2ndhalf,最终16个字节（又称OOB）用于NandFlash指令履行完后设置状况用，各自的拜访由地址指针指令来挑选，A[7:0]便是所谓的columnaddress。

32个page需求5bit来表明，占用A[13:9]，即该page在块内的相对地址。Block的地址是由A14以上的bit来表明，例如512Mb的NAND，共4096block，因而，需求12个bit来表明，即A[25:14]，假如是1Gbit的528byte/page的NANDFlash，则blockaddress用A[26:14]表明。

NANDFlash的地址表明为：

BlockAddress|PageAddressinblock|halfpagepointer|ColumnAddress

地址传送次序是ColumnAddress,PageAddress,BlockAddress。

因为地址只能在I/O[7:0]上传递，因而，有必要传递屡次。例如，关于512Mbitx8的NANDflash，地址规模是0-0x3FFFFFF，只需是这个规模内的数值表明的地址都是有用的。以NAND_ADDR为例：第1步是传递columnaddress，便是NAND_ADDR[7:0]给相应的寄存器，即可传递到I/O[7:0]上，而halfpagepointer即bit8是由操作指令决议的，即指令决议在哪个halfpage上进行读写。而真实的bit8的值是dontcare的。第2步便是将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上。第3步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上。第4步需求将NAND_ADDR[25]放到I/O上因而，整个地址传递进程需求4步才干完结，即4-stepaddressing。假如NANDFlash的容量是256Mbit以下，那么，blockadress最高位只到bit24，因而寻址只需求3步。下面，就x16（16位）的NANDflash器材略微进行一下阐明。因为一个page的mainarea的容量为256word，仍相当于512byte。可是，这个时分没有所谓的1sthalfpage和2ndhalfpage之分了，所以，bit8就变得没有意义了，也便是这个时分bit8彻底不必管，地址传递依然和x8器材相同。除了，这一点之外，x16的NAND运用办法和x8的运用办法彻底相同。

正如硬盘的盘片被分为磁道，每个磁道又分为若干扇区，一块nandflash也分为若干block，每个block分为如干page。一般来说，block、page之间的联系跟着芯片的不同而不同，典型的分配是这样的：
1block=32page
1page=512bytes(datafield)+16bytes(oob)

需求留意的是，关于flash的读写都是以一个page开端的，可是在读写之前有必要进行flash的擦写，而擦写则是以一个block为单位的。一起有必要提示的是，512bytes理论上被分为1sthalf和2sdhalf，每个half各占256个字节。

咱们评论的K9F1208U0B一共有4096个Blocks，故咱们能够知道这块flash的容量为4096*(32*528)=69206016Bytes=66MB。但事实上每个Page上的最终16Bytes是用于存贮检验码和其他信息用的，并不能寄存实践的数据，所以实践上咱们能够操作的芯片容量为4096*(32*512)=67108864Bytes=64MB。

由上图所示，1个Page一共由528Bytes组成，这528个字节按次序由上而下以列为单位进行摆放（1列代表一个Byte。第0行为第0Byte，第1行为第1Byte，以此类推，每个行又由8个位组成，每个位表明1个Byte里边的1bit）。这528Bytes按功用分为两大部分，分别是DataField和SpareField，其间SpareField占528Bytes里的16Bytes,这16Bytes是用于在读写操作的时分寄存校验码用的，一般不必做一般数据的存储区，除掉这16Bytes,剩余的512Bytes便是咱们用于寄存数据用的DataField，所以一个Page上虽然有528个Bytes，但咱们只按512Bytes进行容量的核算。

读指令有两个，分别是Read1,Read2其间Read1用于读取DataField的数据，而Read2则是用于读取SpareField的数据。关于NandFlash来说，读操作的最小操作单位为Page，也便是说当咱们给定了读取的开端方位后，读操作将从该方位开端，接连读取到本Page的最终一个Byte停止（能够包含SpareField）

NandFlash的寻址
NandFlash的地址寄存器把一个完好的NandFlash地址分解成ColumnAddress与PageAddress.进行寻址。

ColumnAddress:列地址。ColumnAddress其实便是指定Page上的某个Byte，指定这个Byte其实也便是指定此页的读写开端地址。

PaageAddress：页地址。因为页地址总是以512Bytes对齐的，所以它的低9位总是0。确认读写操作是在Flash上的哪个页进行的。

Read1指令

当咱们得到一个NandFlash地址addr时咱们能够这样分解出ColumnAddress和PageAddress
column_addr=src_addrQ2;//columnaddress
page_address=(src_addr>>9);//pageaddress

也能够这么以为，一个NandFlash地址的src_addr[7,0]是它的column_addr，addr[25,9]是它的PageAddress。(留意地址位src_addr[8]并没有呈现，也便是addr[8]被疏忽，在下面你将了解到这是什么原因)

Read1指令的操作发送完读指令00h或01h（00h与01h的差异请见下文描绘）之后将分4个Cycle发送参数，1st.Cycle是发送ColumnAddress。2nd.Cycle,3rd.Cycle和4th.Cycle则是指定PageAddress（每次向地址寄存器发送的数据只能是8位，所以17位的PageAddress有必要分红3次进行发送。

Read1的指令里边呈现了两个指令选项，分别是00h和01h。这儿呈现了两个读命是否令你意识到什么呢？是的，00h是用于读写1sthalf的指令，而01h是用于读取2ndhalf的指令。现在我能够结合上图给你阐明为什么K9F1208U0B的DataField被分为2个half了。

如上文我所提及的，Read1的1st.Cycle是发送ColumnAddress，假定我现在指定的ColumnAddress是0，那么读操作将从此页的第0号Byte开端一向读取到此页的最终一个Byte(包含SpareField)，假如我指定的ColumnAddress是127，状况也与前面相同，但不知道你发现没有，用于传递ColumnAddress的数据线有8条（I/O0-I/O7，对应addr[7,0]，这也是addr[8]为什么不呈现在咱们传递的地址位中），也便是说咱们能够指定的ColumnAddress规模为0-255，但不要忘了，1个Page的DataField是由512个Byte组成的，假定现在我要指定读指令从第256个字节处开端读取此页，那将会发生什么情形？我有必要把ColumnAddress设置为256，但ColumnAddress最大只能是255，这就形成数据溢出。正是因为这个原因咱们才把DataField分为两个半区，当要读取的开端地址（ColumnAddress）在0-255内时咱们用00h指令，当读取的开端地址是在256-511时，则运用01h指令.假定现在我要指定从第256个byte开端读取此页，那么我将这样发送指令串。
column_addr=256;
NF_CMD=0x01;从2ndhalf开端读取
NF_ADDR=column_addr&0xff;1stCycle
NF_ADDR=page_address&0xff;2nd.Cycle
NF_ADDR=(page_address>>8)&0xff;3rd.Cycle
NF_ADDR=(page_address>>16)&0xff;4th.Cycle

NF_CMD=0x30;

事实上，当NF_CMD=0x01时，NANDFlash地址寄存器中的第8位（A8）将被设置为1（如上文剖析，A8位不在咱们传递的地址中，这个位其实便是硬件电路依据01h或是00h这两个指令来置高位或是置低位），这样咱们传递column_addr的值256随然因为数据溢出变为1，但A8位现已因为NF_CMD=0x01的联系被置为1了。这8个位所表明的正好是256，这样读操作将从此页的第256号byte（2ndhalf的第0号byte）开端读取数据。

在对NANDFlash进行任何操作之前，NANDFlash有必要被初始化。向NandFlash的指令寄存器和地址寄存器发送完以上指令和参数之后,咱们就能够从rNFDATA寄存器(NandFlash数据寄存器)读取数据了.
我用下面的代码进行数据的读取.
for(i=column_addr;i<512;i++)
{
*buf++=NF_RDDATA();
}

每逢读取完一个Page之后,数据指针会落在下一个Page的0号Column(0号Byte).

存储操作特色：
1.擦除操作的最小单位是块。
2.NandFlash芯片每一位(bit)只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前要一定将相应块擦除(擦除便是将相应块得位悉数变为1).
3.OOB部分的第六字节(即517字节)标志是否是坏块，假如不是坏块该值为FF，否则为坏块。
4.除OOB第六字节外，一般至少把OOB的前3个字节寄存NandFlash硬件ECC码(关于硬件ECC码请参看Nandflash操控器一节).

重要芯片引脚功用
I/O0-I/O7：复用引脚。能够经过它向nandflash芯片输入数据、地址、nandflash指令以及输出数据和操作状况信息。
CLE(CommandLatchEnable):指令锁存答应
ALE(AddressLactchEnable):地址锁存答应
-CE:芯片挑选
-RE:读答应
-WE:写答应
-WP:在写或擦除期间，供给写保护
R/-B:读/忙输出

NandFlash操控器中的硬件ECC介绍

ECC发生办法

ECC是用于对存储器之间传送数据正确进行校验的一种算法，分硬件ECC和软件ECC算法两种，在S3C2440的NandFlash操控器中完结了由硬件电路（ECC生成器）完结的硬件ECC。

ECC生成器作业进程
当写入数据到Nandflash存储空间时，ECC生成器会在写入数据结束后主动生成ECC码，将其放入到ECC0－ECC2。当读出数据时NandFlash同样会在读数据结束后，主动生成ECC码将其放到ECC0－ECC2傍边。

ECC的运用

当写入数据时，能够在每页写完数据后将发生的ECC码放入到OOB指定的方位(Byte6)去，这样就完结了ECC码的存储。这样当读出该页数据时，将所需数据以及整个OOB读出，然后将指定方位的ECC码与读出数据后在ECC0－ECC1的实践发生的ECC码进行比照，假如持平则读出正确，若不持平则读取过错需求进行重读。

　　操作指令字介绍

操作NAND　FLASH时，先传输指令，接着输出地址，最终读/写数据，期间还要检查FLASH的状况。详细的指令字见下表。

　　1、Read指令字为00h，30h。

　　如上图，当宣布00h指令后，接着4个字节的地址序列，然后再宣布30h指令，接着，就能够读出数据了，当发送完30h后，能够检测R/B引脚看是否预备好了，假如预备好，就能够读出数据。

　　2、Reset

　　指令字：FFh

　　当向芯片发送FFh指令时，能够复位芯片，假如芯片正在处于读、写、擦除状况，复位指令会停止这些指令。

3、Page Program

　　指令字：80h，10h.

　　NAND　FLASH的写操作一般是以页为单位进行的，因而才会叫Page Program，可是也支撑一个字以上的（包含一个字）接连写操作。开端宣布80h指令，接着发送5个字节的地址序列，然后向FLASH发送数据，最大为一页巨细，最终发送10h指令发动烧写，此刻FLASH内部会主动完结写、校验操作。发送10h后，能够经过读状况指令70h（见下文）获悉写操作是否完结，是否成功。

4、Copy-Back Program

　　指令字：00h、8Ah、10h.

　　此指令用于将一页复制到同一层的别的一页，它省去了读出数据、将数据从头载入FLASH的进程，使得功率大大提高。

　　关于层：NAND　FLASH有层的概念，K9F2G08分为两层，每层包含了1024个块，如下图，因而上面的指令表中才会有two-plane的指令，这些指令能够使得在两个层间完结操作，这样程序员就很便利的运用一个指令完结更多的操作，其指令格局和单层操作的相似，详见手册。但K9F2G08R0A不支撑两层指令。

　　上图明晰的告知咱们，开端发送00h和源地址，当发送35h之后，芯片将一页巨细的数据读入到内部寄存器，接着，咱们发送85h和意图地址序列，最终发送10h发动。最终，咱们能够运用70h/7Bh检测是否完结，是否成功。

　　5、Block Erase

　　指令字：60h、D0h

　　擦除操作是以块为单位的，也便是128K。开端宣布60h，然后宣布3个地址序列仅行地址，最好宣布D0h。详细操作，如下图。

　　6、Read　Status

　　 指令字：70h

　　 读状况指令能够读出芯片的状况寄存器，检查是否读、写操作是否完结、是否成功。详细的状况见下图。

　　S3C2440的NAND　FLASH操控器介绍

　　看了上面的指令时序图，咱们必定以为对NAND　FLASH的操作比较复杂，因而S3C2440为了简化操作，为咱们供给了几个寄存器，比方NFCMD寄存器，便是NAND　FLASH指令寄存器，假如咱们需求读指令，直接向此寄存器写00h、30h即可。

　　根本操作过程：

　　1.设置NFCONF和NFCONT寄存器，装备NAND　FLASH；

　　2.向NFCMD寄存器写入指令；

　　3.向NFADDR寄存器写入地址；

　　4.读/写数据，经过NFSTAT检测NAND　FLASH的状况，读R/nB信号以确认是否完结操作，是否成功。

　　首要寄存器：

　　(NFCONF)

　　装备寄存器，设置NAND　FLASH的时序参阅TACLS、TWRPH0、TWRPH1，这三个参数见下面时序图；设置位宽度；还包含一些只读位，用来指示是否支撑其它巨细的页。

　　TACLS：表明CLT/ALE的树立时刻(setup time)。

　　TWRPH0：表明CLE/ALE的持续时刻。

　　TWRPH1：表明CLE/ALE的保持时刻(hold time)。

NFCONT

　　用来使能/制止NAND　FLASH操控器、使能/制止操控引脚信号nFCE、初始化ECC。

　　NFCMD

　　指令寄存器，用来向其写入指令。

　　NFADDR

　　地址寄存器，用来向其写入地址。

　　NFDATA

　　数据寄存器，用来读、写数据运用，只用到8位。

　　NFSTAT

　　状况寄存器，只用到一位，0：busy；1：ready。

　　 NFECC

　　校验寄存器，ECC 校验寄存器

　　NAND　FLASH的操作（以读为例）

　　1、设置NFCONF和NFCONT

　　NFCONF首要是设置TACLS、TWRPH0、TWRPH1三个时刻参数。依据手册的参数表，见下图：

　　三个参数只需最小值　MIN，没有最大值，因而，只需参数大于表格中的数即可，这儿触及时钟的一些概念，这儿直接将参数告知咱们：

　　TACLS=1；TWRPH0=4；TWRPH1=0。

　　NFCONT设置为：NFCONT=（1<<4）|（1<<1）|（1<<0）　表明使能NAND　FLASH操控器、制止操控引脚信号nFCE、初始化ECC。