s3c2440对nandflash的操作(K9F2G08).doc

nandflash在对大容量的数据存储中发挥着重要的作用。相对于norflash，它具有一些优势，但它的一个劣势是很容易产生坏块，因此在使用nandflash时，往往要利用校验算法发现坏块并标注出来，以便以后不再使用该坏块。nandflash没有地址或数据总线，如果是8位nandflash，那么它只有8个IO口，这8个IO口用于传输命令、地址和数据。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。 三星公司是最主要的nandflash供应商，因此在它所开发的各类处理器中，实现对nandflash的支持就不足为奇了。s3c2440不仅具有nandflash的接口，而且还可以利用某些机制实现直接从nandflash启动并运行程序。本文只介绍如何对nandflash实现读、写、擦除等基本操作，不涉及nandflash启动程序的问题。 在这里，我们使用的nandflash为K9F2G08U0A，它是8位的nandflash。不同型号的nandflash的操作会有所不同，但硬件引脚基本相同，这给产品的开发扩展带来了便利。因为不同型号的PCB板是一样的，只要更新一下软件就可以使用不同容量大小的nandflash。 K9F2G08U0A的一页为（2K64）字节（加号前面的2K表示的是main区容量，加号后面的64表示的是spare区容量），它的一块为64页，而整个设备包括了2048个块。这样算下来一共有2112M位容量，如果只算main区容量则有256M字节（即256M8位）。要实现用8个IO口来要访问这么大的容量，K9F2G08U0A规定了用5个周期来实现。第一个周期访问的地址为A0A7；第二个周期访问的地址为A8A11，它作用在IO0IO3上，而此时IO4IO7必须为低电平；第三个周期访问的地址为A12A19；第四个周期访问的地址为A20A27；第五个周期访问的地址为A28，它作用在IO0上，而此时IO1IO7必须为低电平。前两个周期传输的是列地址，后三个周期传输的是行地址。通过分析可知，列地址是用于寻址页内空间，行地址用于寻址页，如果要直接访问块，则需要从地址A18开始。（2的12次方是4096，并不是2048，这是为什么？个人理解：为了兼容以后更大的NAND，NAND的地址序列可以把“列地址的长度”预留出来，虽说送的是A0-A7，A8-A11，实际取得是A0-A7，A8-A10；（页内地址空间）一共是2048*64=131072页，2的17次方 由于所有的命令、地址和数据全部从8位IO口传输，所以nandflash定义了一个命令集来完成各种操作。有的操作只需要一个命令（即一个周期）即可，而有的操作则需要两个命令（即两个周期）来实现。下面的宏定义为K9F2G08U0A的常用命令：#define CMD_READ1 0x00 /页读命令周期1#define CMD_READ2 0x30 /页读命令周期2#define CMD_READID 0x90 /读ID命令#define CMD_WRITE1 0x80 /页写命令周期1#define CMD_WRITE2 0x10 /页写命令周期2#define CMD_ERASE1 0x60 /块擦除命令周期1#define CMD_ERASE2 0xd0 /块擦除命令周期2#define CMD_STATUS 0x70 /读状态命令#define CMD_RESET 0xff /复位#define CMD_RANDOMREAD1 0x05 /随意读命令周期1#define CMD_RANDOMREAD2 0xE0 /随意读命令周期2#define CMD_RANDOMWRITE 0x85 /随意写命令在这里，随意读命令和随意写命令可以实现在一页内任意地址地读写。读状态命令可以实现读取设备内的状态寄存器，通过该命令可以获知写操作或擦除操作是否完成（判断第6位），以及是否成功完成（判断第0位）。引脚配置：OM1:0 = 00: Enable NAND flash memory bootNCON : NAND flash memory selection(Normal / Advance)0: Normal NAND flash(256Words/512Bytes page size, 3/4 address cycle)1: Advance NAND flash(1KWords/2KBytes page size, 4/5 address cycle)GPG13 : NAND flash memory page capacitance selection0: Page=256Words(NCON = 0) or Page=1KWords(NCON = 1)1: Page=512Bytes(NCON = 0) or Page=2KBytes(NCON = 1)GPG14: NAND flash memory address cycle selection0: 3 address cycle(NCON = 0) or 4 address cycle(NCON = 1)1: 4 address cycle(NCON = 0) or 5 address cycle(NCON = 1)（注：GPG13 GPG14 read only）GPG15 : NAND flash memory bus width selection0: 8-bit bus width1: 16-bit bus width 与s3c2440的硬件连接： 下面介绍s3c2440的nandflash控制器。s3c2440支持8位或16位的每页大小为256字，512字节，1K字和2K字节的nandflash，这些配置是通过系统上电后相应引脚的高低电平来实现的。s3c2440还可以硬件产生ECC校验码，这为准确及时发现nandflash的坏块带来了方便。nandflash控制器的主要寄存器有NFCONF（nandflash配置寄存器），NFCONT（nandflash控制寄存器），NFCMMD（nandflash命令集寄存器），NFADDR（nandflash地址集寄存器），NFDATA（nandflash数据寄存器），NFMECCD0/1（nandflash的main区ECC寄存器），NFSECCD（nandflash的spare区ECC寄存器），NFSTAT（nandflash操作状态寄存器），NFESTAT0/1（nandflash的ECC状态寄存器），NFMECC0/1（nandflash用于数据的ECC寄存器），以及NFSECC（nandflash用于IO的ECC寄存器）。 NFCMMD，NFADDR和NFDATA分别用于传输命令，地址和数据，为了方便起见，我们可以定义一些宏定义用于完成上述操作：#define NF_CMD(data) rNFCMD = (data); /传输命令#define NF_ADDR(addr) rNFADDR = (addr); /传输地址#define NF_RDDATA() (rNFDATA) /读32位数据#define NF_RDDATA8() (rNFDATA8) /读8位数据#define NF_WRDATA(data) rNFDATA = (data); /写32位数据#define NF_WRDATA8(data) rNFDATA8 = (data); /写8位数据其中rNFDATA8的定义为(*(volatile unsigned char *)0x4E000010) /0x4E000010此地址是NFDATA寄存器的地址 NFCONF主要用到了TACLS、TWRPH0、TWRPH1，这三个变量用于配置nandflash的时序。s3c2440的数据手册没有详细说明这三个变量的具体含义，但通过它所给出的时序图，我们可以看出，TACLS为CLE/ALE有效到nWE有效之间的持续时间，TWRPH0为nWE的有效持续时间，TWRPH1为nWE无效到CLE/ALE无效之间的持续时间，这些时间都是以HCLK为单位的（本文程序中的HCLK=100MHz）。通过查阅K9F2G08U0A的数据手册，我们可以找到并计算该nandflash与s3c2440相对应的时序：K9F2G08U0A中的tWP与TWRPH0相对应，tCLH与TWRPH1相对应，（tCLStWP）与TACLS相对应。K9F2G08U0A给出的都是最小时间，s3c2440只要满足它的最小时间即可，因此TACLS、TWRPH0、TWRPH1这三个变量取值大一些会更保险。在这里，这三个值分别取1，2和0。NFCONF的第0位表示的是外接的nandflash是8位IO还是16位IO，这里当然要选择8位的IO。NFCONT寄存器是另一个需要事先初始化的寄存器。它的第13位和第12位用于锁定配置，第8位到第10位用于nandflash的中断，第4位到第6位用于ECC的配置，第1位用于nandflash芯片的选取，第0位用于nandflash控制器的使能。另外，为了初始化nandflash，还需要配置GPACON寄存器，使它的第17位到第22位与nandflash芯片的控制引脚相对应。下面的程序实现了初始化nandflash控制器：void NF_Init ( void )rGPACON = (rGPACON &(0x3f17) | (0x3f17); /配置芯片引脚/TACLS=1、TWRPH0=2、TWRPH1=0，8位IO，rNFCONF = (TACLS12)|(TWRPH08)|(TWRPH14)|(00);/非锁定，屏蔽nandflash中断，初始化ECC及锁定main区和spare区ECC，使能nandflash片选及控制器 rNFCONT = (013)|(012)|(010)|(09)|(08)|(16)|(15)|(14)|(11)|(10); 为了更好地应用ECC和使能nandflash片选，我们还需要一些宏定义：#define NF_nFCE_L() rNFCONT &= (11); #define NF_CE_L() NF_nFCE_L() /打开nandflash片选#define NF_nFCE_H() rNFCONT |= (11); #define NF_CE_H() NF_nFCE_H() /关闭nandflash片选#define NF_RSTECC() rNFCONT |= (14); /复位ECC#define NF_MECC_UnLock() rNFCONT &= (15); /解锁main区ECC#define NF_MECC_Lock() rNFCONT |= (15); /锁定main区ECC#define NF_SECC_UnLock() rNFCONT &= (16); /解锁spare区ECC#define NF_SECC_Lock() rNFCONT |= (16); /锁定spare区ECC NFSTAT是另一个比较重要的寄存器，它的第0位可以用于判断nandflash是否在忙，第2位用于检测RnB引脚信号：#define NF_WAITRB() while(!(rNFSTAT&(10); /等待nandflash不忙#define NF_CLEAR_RB() rNFSTAT |= (12); /清除RnB信号#define NF_DETECT_RB() while(!(rNFSTAT&(1 8) & 0xff); /行地址A20A27 NF_ADDR(page_number 16) & 0xff); /行地址A28 NF_CMD(CMD_READ2); /页读命令周期2 NF_DETECT_RB(); /等待RnB信号变高，即不忙 /读取一页数据内容 for (i = 0; i 2048; i+) bufferi = NF_RDDATA8(); NF_MECC_Lock(); /锁定main区ECC值 NF_SECC_UnLock(); /解锁spare区ECC mecc0=NF_RDDATA(); /读spare区的前4个地址内容，即第20482051地址，这4个字节为main区的ECC /把读取到的main区的ECC校验码放入NFMECCD0/1的相应位置内 rNFMECCD0=(mecc0&0xff00)8)|(mecc0&0xff0000)16); NF_SECC_Lock(); /锁定spare区的ECC值 secc=NF_RDDATA(); /继续读spare区的4个地址内容，即第20522055地址，其中前2个字节为spare区的ECC值 /把读取到的spare区的ECC校验码放入NFSECCD的相应位置内 rNFSECCD=(secc&0xff00)6); /判断该块是否为坏块 if(temp = 0x33) return 0x42; /是坏块，返回 NF_RSTECC(); /复位ECC NF_MECC_UnLock(); /解锁main区的ECC NF_nFCE_L(); /打开nandflash片选 NF_CLEAR_RB(); /清RnB信号 NF_CMD(CMD_WRITE1); /页写命令周期1 /写入5个地址周期 NF_ADDR(0x00); /列地址A0A7 NF_ADDR(0x00); /列地址A8A11 NF_ADDR(page_number) & 0xff);