Nand Flash编程

S3C2440

发布日期: 2019-12-27

更新日期: 2020-01-10

文章字数: 2.9k

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1.读芯片ID

1.1 读芯片ID时序

简化为4个步骤：

1.使能片选
2.写命令0x90
3.写地址0x00
4.读ID信息

/* 识别NAND FLASH */
void scan_nand_flash(void)
{
	int i;
	//保存读取ID信息的数组
	unsigned char id_info[5] = {0};

	nand_enable_cs();//使能CS
	nand_write_cmd(0x90);
	nand_write_addr(0x00);

	for(i = 0;i < 5;i++){
		id_info[i] = nand_read_data();
	}
	nand_disable_cs();//禁止CS
    
	printf("Maker  Code: 0x%x\r\n",id_info[0]);
	printf("Device Code: 0x%x\r\n",id_info[1]);
	printf("3rd   cycle: 0x%x\n\r",id_info[2]);
	printf("Page   size: %d KB\n\r",1  << (id_info[3] & 0x03));//页大小与id_info[3]最低2位有关
	printf("Block  size: %d KB\n\r",64 << ((id_info[3] >> 4) & 0x03));//块大小与id_info[3]第4、5位有关

	printf("5th   cycle: 0x%x\n\r",id_info[4]);

1.2 由ID数据获得芯片参数

ID信息的第4字节为0x95
页大小与id_info[3]最低2位有关，可得页大小为：2KB
块大小与id_info[3]第4、5位有关，可得块大小为：128KB

注意：如果此时烧写到Nand Flash，并从Nand Flash启动程序是不会成功的，因为这个bin文件大小已经超过了4K，且现在还没有实现nand flash的读函数。

2.读数据

目标：实现从NAND FLASH中启动，重定位所有数据至SDRAM，并实现读取芯片ID数据

2.1 NAND内部结构分析

OOB：out of bank（在bank之外）
由上图可得：
1Page = 2KB + 64B
1Block = 64 * Pages = 128KB + 4KB
1Device = 2048 * Blocks = 256MB + 8MB

OOB区的作用：因为nand的缺点是会发生“位反转”，为了解决这个问题，nand中的OOB区，用于校验数据区的数据是否发生错误，当有错误时，可以恢复数据。（其本身不存储数据）
因为OOB中并不存放数据，只是用于校验数据区是否发生错误，因此当CPU读取Nand Flash第2048个数据，该数据为 Page1中的第0个byte

2.2 地址序列与时序

由地址序列可以看出：发出地址信号共需5个周期，前2个周期发出列地址（Column Address），后3个周期发出行地址（Row Address）
地址线序列有一些位是没有用到的，其目的也是以后兼容更大芯片的nand falsh

Nand Flash内部结构展开大致如下：

2.3 读数据流程

1.发出片选信号
2.发出0x00命令
3.发送5个周期的地址（两个列地址，三个行地址（page））
4.再发送0x30命令
5.等待就绪
6.读数据
7.禁止片选

2.4 转换所读地址的列与页

将输入的地址addr转换为：

列地址（Col Address）
- page是定位到哪一个页，col变量定位的就是在这个页的偏移量（在这个页上的第几列0~2047）
行地址（页）
- 因为读取数据的时候是一次性读出一页，因此当给出地址addr之后，每一页的数据大小是2K，因此我们可以根据地址知道我们读取的数据是哪一个页

1
2
3

int col  = addr % 2048;//列地址  addr &(2048-1); 

int page = addr / 2048;//行地址（相当于页地址）

2.5 NAND等待就绪

当NFSATA[0] = 0时，表示正忙
当NFSATA[0] = 1时，表示就绪

/* 等待NAND就绪 */
void nand_wait_ready(void)
{
	while(!(NFSTAT & 0x01));//当NFSATA[0] = 1时，表示就绪
}

2.6 读取数据函数

/* NAND FLASH读取数据
 * param:读取的地址、存放的地址、读取的长度
 */
void read_nand_data(unsigned int addr,unsigned char *buf,unsigned int len)
{
	int i = 0;

	/*page是定位到哪一个页，col变量定位的就是在这个
	 *页的偏移量（在这个页上的第几列0~2047）
	 */
	int col  = addr % 2048;//列地址  addr &(2048-1); 

    /* 因为读取数据的时候是一次性读出一页，因此当给出
	 * 地址addr之后，每一页的数据大小是2K，因此我们可以
	 * 根据地址知道我们读取的数据是哪一个页
	 */
	int page = addr / 2048;//行地址（相当于页地址）

	nand_enable_cs();//1.使能CS

	while(i < len){
		nand_write_cmd(0x00);       //2.发出0x00命令

		/* col addr */
		nand_write_addr(col & 0xFF);//3.发出地址
		nand_write_addr((col >> 8) & 0xFF);  

 		/* row/page addr */
	    nand_write_addr(page & 0xFF);
	    nand_write_addr((page >>  8) & 0xFF);
		nand_write_addr((page >> 16) & 0xFF);	

		nand_write_cmd(0x30);//4.发出0x30命令

        nand_wait_ready(); //5.等待就绪
        /* for循环中有2个条件
         * 1.当读到页尾，但还是没有读完，说明需要读取下一页
         * 2.当已经读取指定字节数，则不再读取
         */     
        for(; (col < 2048) && (i < len); col++){//6.读数据
        	buf[i++] = nand_read_data_byte();
        }
        if(i == len){
        	break;
        }
        col = 0;
        page++;//指向下一页
	}
	nand_disable_cs(); //7.禁止CS
}

2.7 NAND重定位

从Nand Flash启动，此时片内SRAM的地址对应的就是CPU的0地址，如果从Nand Flash启动，2440硬件会把nand Flash前4K的数据复制到片内SRAM,如果Nand Flash上的程序大于4K,那后续数据就会丢失，相当于只重定位了前4K的代码。

如何解决上述问题：

1.前提：实现了NAND FLASH读取数据函数
2.代码烧写到NAND FLASH,并从NAND中启动
3.程序运行到重定位代码的位置判断一下，是从Nand Flash启动还是NOR Flash启动（通过往0地址写数据，因为Nand是支持读写的，所以读出的结果和写的结果一样，而NOR Flash不能像内存一样读写，因此读写的内容是不一致的）
4.如果从NOR Flash启动，直接使用简单的重定位代码就行，如果是Nand Flash启动，那就是用Nnad Flash的读函数进行代码的重定位。

首先判断从NorFlash or NandFlash中启动

/* 检查是否从NorFlash中启动
 * 方法：写0x12345678到0地址，在读取出来，如果得到0x12345678，表示0地址上的内容被修改，即为片内RAM，则为nand启动
 * 原因：原因：nor不能直接写入，写入需要发出一定格式的数据，才能写入
 * 返回0为nand启动，返回1为nor启动
*/
int isBootFromNorFlash(void)
{
	volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0;
	unsigned int val = *p;//暂存[0]上的数据
	*p = 0xdeadc0de;//dead code任意值
	if(0xdeadc0de == *p){
		/* 写成功，对应nand启动 */
		*p = val;//恢复原来的值
		return 0;
	}
	else{
		return 1;
	}
}

重定位代码

/*
 * 将除bss段的全部数据拷贝到sdram中
 * 传递形参，原地址src:_start  目标地址dest:__bss_start  长度len:__bss_start-_star
 */
void copy_to_sdram(void)
{
	/* 要从lds文件中获取__code_start、__bss_start
	 * 然后从0地址把数据复制到__code_start
	 */
	extern int __code_start,__bss_start; //声明外部变量

	volatile unsigned int *src  = (volatile unsigned int *)0; //flash中0地址 
	volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start; //目标地址：sdram中的0x30000000地址
	volatile unsigned int *end  = (volatile unsigned int *)&__bss_start;  //结束地址：bss的起始地址

	int len = (int)&__bss_start - (int)&__code_start;//获取数据总长度

	if(isBootFromNorFlash()){//如果从Nor中启动
		while(dest < end){
			*dest++ = *src++; //拷贝
		}
	}
	else{//从Nand中启动,需要先初始化nand，然后重定位代码
		nand_init();
        //从 src 复制到 des ,总共复制len字节，也就是重定位的代码
		read_nand_data((unsigned int)src,(unsigned char *)dest,len);
	}
}

2.7 读数据测试

读取0地址后160bytes的数据，如果跟.bin文件前160字节数据相同，则读取成功，否则读取失败

/* 测试函数：读数nand上160bytes数据 
 */
void read_nand_flash(void)
{
	int i,j;
	unsigned int addr,hex_addr;
	unsigned char c,str[16],data[160];
	volatile unsigned char *p;

	/* 获得地址 */
	printf("*****Enter the address to read:");
	addr = get_uint();

	read_nand_data(addr,data,160);//获取到地址上的数据
	p = (volatile unsigned char *)data;//p指向data,用于打印data数据

	hex_addr = addr;//起始地址
	printf("Read Data:\r\n");
	printf("            00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f\n\r");
 	/* 长度固定为160 bytes */	
	for(i = 0; i < 10; i++){
		printf("0x%08x  ",hex_addr);
		//每行打印16个16进制数
		for(j = 0; j < 16; j++){
			c = *p++;//读取16个
			str[j] = c;//保存字符
			//先打印数值
			printf("%02x ",c);
		}
		printf(" | ");
		//后打印字符
		for(j = 0; j < 16; j++){
			if(str[j] < 0x20 || str[j] > 0x7e){//不可视字符,打印‘.’
				printf(".");
			}
			else{
				printf("%c",str[j]);
			}
		}
		hex_addr+=16;//换行+16
		printf("\n\r");
	}

}

由上测试可知读取成功

3.擦除

3.1 擦除时序

1.发出片选信号
2.发出0x60命令
3.发送3个行地址（page）
4.再发送0xD0命令
5.等待就绪（等待擦除完成）
6.禁止片选

3.2 地址和参数合法性

由于按块来擦除（128KB），因此地址和参数都必须是128K的倍数

/* 检查参数合法性 */
if(addr & (0x1FFFF)){ //128K
	printf("Err addr! Please enter an integral multiple of 128K\r\n");
	return -1;
}
if(len & (0x1FFFF)){ //128K
	printf("Err len! Please enter an integral multiple of 128K\r\n");
	return -1;
}

3.3 擦除函数

/* NAND FLASH擦除数据
 * param:擦除的起始地址、擦除的长度(byte)
 * ret:失败-1，成功0
*/
int erase_nand_data(unsigned int addr,unsigned int len)
{
	int page = addr / 2048;//行地址

	/* 检查参数合法性 */
	if(addr & (0x1FFFF)){ //128K
		printf("Err addr! Please enter an integral multiple of 128K\r\n");
		return -1;
	}
	if(len & (0x1FFFF)){ //128K
		printf("Err len! Please enter an integral multiple of 128K\r\n");
		return -1;
	}
	/* 1.使能CS */
	nand_enable_cs();
	while(1)
	{
		page = addr / 2048;//行地址

		/* 2.发出0x60命令 */
		nand_write_cmd(0x60); 
		/* 3.发出地址row/page addr */
		nand_page(page);      
		/* 4.发出0xD0命令 */
		nand_write_cmd(0xD0); 
		/* 5.等待就绪(等待擦除完成) */
		nand_wait_ready();    

		len -= (128*1024);//长度减去一个block
		if(0 == len){
			break;
		}
		addr += (128*1024);//指向下一块
	} 
	/* 6.禁止CS */
	nand_disable_cs();
	return 0;
}

3.4 擦除数据测试

/* 擦除测试函数：固定擦除一个1block = 128K
*/
void erase_nand_flash(void)
{
	int addr;
	unsigned int whichblock;
	/* 获得第几个Block */
	printf("Enter the address of sector to erase: ");
	addr = get_uint();

	whichblock = addr / (128*1024);

	printf("***** block number : [ %d ]\r\n",whichblock);

	/* 提示擦除数据的范围 */
	printf("***** Erase range : 0x%08x - 0x%08x\n\r",addr,(addr+(128*1024)));
 	printf("***** erase ...\r\n");

 	if(erase_nand_data(addr,128*1024) == 0){//如果擦除成功
 		printf("***** Erase finished!\r\n");
 	}
 	else{
 		printf("***** Erase fail!\r\n");
 	}
}

4.写数据

4.1 写数据时序

1.发出片选信号
2.发出0x80命令
3.发送5个周期的地址（两个列地址，三个行地址（page））
4.写入数据
5.再发送0x10命令
6.等待就绪（等待擦除完成）
7.禁止片选

4.2 写数据函数

/* NAND FLASH写入数据
 * param:写入的地址、数据指针、写入的长度
 */
void write_nand_data(unsigned int addr,unsigned char *buf,unsigned int len)
{
	int i = 0;
	int page = addr / 2048;
	int col = addr & (2048 - 1);
	/* 1.使能CS */
	nand_enable_cs();
	while(1){
		/* 2.发出0x80命令 */
		nand_write_cmd(0x80);
		/* 3.发出地址 */
		nand_col(col);
		nand_page(page);
		/* 4.写入数据*/
		for(; (col < 2048) && (i < len); ){
			nand_write_data_byte(buf[i++]);			
		}
		/* 5.发出0x10命令 */
		nand_write_cmd(0x10);
		/* 6.等待就绪(等待写入完成) */
		nand_wait_ready();
		if(i == len){
			break;
		}
		else{
			col = 0;
			page++;
		}

	}
	/* 7.禁止CS */
	nand_disable_cs();
}

4.3 写数据测试

此处注意：一般在烧写数据之前需要对数据进行擦除操作，除非原本的数据全f，否则都需要进行擦除，不然写入的数据会有问题。

void write_nand_flash(void)
{
	unsigned int addr;
	unsigned char str[50];
	unsigned int len;

	/* 获得第几个Block */
	printf("***** Enter addr to write: ");
	addr = get_uint();

	printf("***** Enter the string to write: ");
	gets(str);
	len = strlen(str) + 1;

	printf("***** write range : 0x%08x - 0x%08x\r\n",addr,(addr + len));
	printf("***** writing ...\r\n");

	write_nand_data(addr,str,strlen(str)+1);//strlen不包括结束符'\0'，因此需要+1
	printf("***** writing finished\r\n");
}

在0x100000地址写入“hello,world!”
读取数据

5.判断是否为坏块

通过读取OOB区的第0个字节（即第2048个字节）来判断，如果不是0xFF，为坏块，否则不是

/* 判断是否为坏块
 * ret:返回1为坏块，返回0不是
 */
int isNandBadBlock(unsigned int addr)
{
	unsigned int col = 2048;//读取OOB区第0个字节
	unsigned int page = addr / 2048;
	unsigned char val = 0;
	/* 1. 选中 */
	nand_enable_cs();
	/* 2. 发出读命令00h */
	nand_write_cmd(0x00);
	/* 3. 发出地址(分5步发出) */
	nand_col(col);
	nand_page(page);
	/* 4. 发出读命令30h */
	nand_write_cmd(0x30);
	/* 5. 判断状态,等待就绪 */
	nand_wait_ready();
	/* 6. 读数据 */
	val = nand_read_data_byte();
	/* 7. 取消选中 */	
	nand_disable_cs();

	if(val != 0xFF){
		return 1; /* 坏块 */
	}
	else{
		return 0;
	}
}

6.ECC

ECC（Error Checking and Correction），是一种用于Nand的差错检测和修正算法。

淹死的鱼

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1.读芯片ID

1.1 读芯片ID时序

1.2 由ID数据获得芯片参数

2.读数据

2.1 NAND内部结构分析

2.2 地址序列与时序

2.3 读数据流程

2.4 转换所读地址的列与页

2.5 NAND等待就绪

2.6 读取数据函数

2.7 NAND重定位

2.7 读数据测试

3.擦除

3.1 擦除时序

3.2 地址和参数合法性

3.3 擦除函数

3.4 擦除数据测试

4.写数据

4.1 写数据时序

4.2 写数据函数

4.3 写数据测试

5.判断是否为坏块

6.ECC

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