s3c2440对nandflash的操作


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（2K＋64）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���量，如果只算main区容量则有256M字节（即256M×8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A0~A7；第二个周期访问的地址为A8~A11，它作用在IO0~IO3上，而此时IO4~IO7必须为低电平；第三个周期访问的地址为A12~A19；第四个周期访问的地址为A20~A27；第五个周期访问的地址为A28，它作用在IO0上，而此时IO1~IO7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。

 

       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）。

 

       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)。

 

       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，（tCLS－tWP）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 &~(0x3f<<17)) | (0x3f<<17);            //配置芯片引脚

//TACLS=1、TWRPH0=2、TWRPH1=0，8位IO

rNFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4)|(0<<0);

//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 = (0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

}

 

       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 &= ~(1<<1); }

#define NF_CE_L()                            NF_nFCE_L()                                   //打开nandflash片选

#define NF_nFCE_H()                       {rNFCONT |= (1<<1); }

#define NF_CE_H()                           NF_nFCE_H()                            //关闭nandflash片选

#define NF_RSTECC()                       {rNFCONT |= (1<<4); }                     //复位ECC

#define NF_MECC_UnLock()             {rNFCONT &= ~(1<<5); }          //解锁main区ECC

#define NF_MECC_Lock()                 {rNFCONT |= (1<<5); }                     //锁定main区ECC

#define NF_SECC_UnLock()                     {rNFCONT &= ~(1<<6); }          //解锁spare区ECC

#define NF_SECC_Lock()                  {rNFCONT |= (1<<6); }                     //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&(1<<0)));}           //等待nandflash不忙

#define NF_CLEAR_RB()           {rNFSTAT |= (1<<2); }                      //清除RnB信号

#define NF_DETECT_RB()         {while(!(rNFSTAT&(1<<2)));}           //等待RnB信号变高，即不忙

 

       下面就详细介绍K9F2G08U0A的基本操作，包括复位，读ID，页读、写数据，随意读、写数据，块擦除等。

 

       复位操作最简单，只需写入复位命令即可：

 

static void rNF_Reset()

{

       NF_CE_L();                               //打开nandflash片选

       NF_CLEAR_RB();                      //清除RnB信号

       NF_CMD(CMD_RESET);           //写入复位命令

       NF_DETECT_RB();                    //等待RnB信号变高，即不忙

       NF_CE_H();                               //关闭nandflash片选

}

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