S3C2440对NandFlash的基本操作复习过程.docx
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S3C2440对NandFlash的基本操作复习过程
S3C2440对Nand_Flash的基本操作
S3C2440对NandFlash操作和电路原理
——K9F2G08U0A
S3C2440内部集成了一个Nandflash控制器。
S3C2440的Nandflash控制器包含了如下的特性:
l 一个引导启动单元
l NandFlash存储器接口,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
l 软件模式:
用户可以直接访问NandFlash存储器,此特性可以用于NandFlash存储器的读、擦除和编程。
l S3C2440支持8/16位的NandFlash存储器接口总线
l 硬件ECC生成,检测和指示(软件纠错)。
l Steppingstone接口,支持大/小端模式的按字节/半字/字访问。
我用的开发板是天嵌的TQ2440,板子用到的NandFlash是Samsung公司的K9F2G08U0A,它是8位的Nandflash。
本文只介绍NandFlash的电路原理和NandFlash的读、写、擦除等基本操作,暂不涉及NandFlash启动程序的问题。
NandFlash的电路连接如图1所示:
图1NandFlash电路原理
上图的左边为K9F2G08U0A与2440的连接图,原理方面就不多介绍,去看看datasheet估计就懂得了,右边的部分是S3C2440的Nand控制器的配置。
配置引脚NCON,GPG13,GPG14和GPG15用来设置NandFlash的基本信息,Nand控制器通过读取配置引脚的状态获取外接的NandFlash的配置信息,图2是这四个配置引脚的定义:
图2Nand控制配置引脚信息
由于K9F2G08U0A的总线宽度为8位,页大小为2048字节,需要5个寻址命令,所以NCON、GPG13和GPG14应该接高电平,GPG15应该接低电平。
K9F2G08U0A没有地址或数据总线,只有8个IO口,这8个IO口用于传输命令、地址和数据。
K9F2G08U0A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。
K9F2G08U0A的存储阵列如图3所示:
图3K9F2G08U0A内部存储阵列
由上图,我们可以知道:
K9F2G08U0A的一页为(2K+64)字节(2K表示的是main区容量,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256M×8位)。
图4K9F2G08U0A地址序列
要实现用8个IO口来要访问这么大的容量,如图4所示:
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。
K9F2G08U0A的命令说明如图5所示:
图5K9F2G08U0A命令表
为了方便使用,我们宏定义了K9F2G08U0A的常用命令
#defineCMD_READ1 0x00 //页读命令周期1
#defineCMD_READ2 0x30 //页读命令周期2
#defineCMD_READID 0x90 //读ID命令
#defineCMD_WRITE1 0x80 //页写命令周期1
#defineCMD_WRITE2 0x10 //页写命令周期2
#defineCMD_ERASE1 0x60 //块擦除命令周期1
#defineCMD_ERASE2 0xd0 //块擦除命令周期2
#defineCMD_STATUS 0x70 //读状态命令
#defineCMD_RESET 0xff //复位
#defineCMD_RANDOMREAD1 0x05 //随意读命令周期1
#defineCMD_RANDOMREAD2 0xE0 //随意读命令周期2
#defineCMD_RANDOMWRITE 0x85 //随意写命令
接下来介绍几个NandFlash控制器的寄存器。
NandFlash控制器的寄存器主要有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)。
(1)NFCONF:
2440的NFCONF寄存器是用来设置NANDFlash的时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1。
配置寄存器的[3:
0]是只读位,用来指示外部所接的NandFlash的配置信息,它们是由配置引脚NCON,GPG13,GPG14和GPG15所决定的(比如说K9F2G08U0A的配置为NCON、GPG13和GPG14接高电平,GPG15接低电平,所以[3:
0]位状态应该是1110)。
(2)NFCONT:
用来使能/禁止NANDFlash控制器、使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC。
它还有其他功能,在一般的应用中用不到,比如锁定NANDFlash。
(3)NFCMMD:
对于不同型号的Flash,操作命令一般不一样。
参考前面介绍的K9F2G08U0A命令序列。
(4)NFADDR:
当写这个寄存器时,它将对Flash发出地址信号。
只用到低8位来传输,所以需要分次来写入一个完整的32位地址,K9F2G08U0A的地址序列在图4已经做了详细说明。
(5)NFDATA:
只用到低8位,读、写此寄存器将启动对NANDFlash的读数据、写数据操作。
(6)NFSTAT:
只用到位0,用来检测NAND是否准备好。
0:
busy,1:
ready。
NFCONF寄存器使用TACLS、TWRPH0、TWRPH1这3个参数来控制NANDFlash信号线CLE/ALE与写控制信号nWE的时序关系,它们之间的关系如图6和图7所示:
图6CLE/ALE时序图
图7nWE和nRE时序图
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。
通过查阅K9F2G08U0A的数据手册,我们可以找到并计算与S3C2440相对应的时序:
K9F2G08U0A中的Twp与TWRPH0相对应,Tclh与TWRPH1相对应,TACLS应该是与Tcls相对应。
K9F2G08U0A给出的都是最小时间,2440只要满足它的最小时间即可。
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。
下面就开始详细介绍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。
为了更好地应用ECC和使能NandFlash片选,我们还需要一些宏定义:
#defineNF_nFCE_L() {rNFCONT&=~(1<<1);}
#defineNF_CE_L() NF_nFCE_L() //打开nandflash片选
#defineNF_nFCE_H() {rNFCONT|=(1<<1);}
#defineNF_CE_H() NF_nFCE_H() //关闭nandflash片选
#defineNF_RSTECC() {rNFCONT|=(1<<4);} //复位ECC
#defineNF_MECC_UnLock() {rNFCONT&=~(1<<5);} //解锁main区ECC
#defineNF_MECC_Lock() {rNFCONT|=(1<<5);} //锁定main区ECC
#defineNF_SECC_UnLock() {rNFCONT&=~(1<<6);} //解锁spare区ECC
#defineNF_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:
#defineNF_WAITRB() {while(!
(rNFSTAT&(1<<0)));} //等待NandFlash不忙
#defineNF_CLEAR_RB() {rNFSTAT|=(1<<2);} //清除RnB信号
#defineNF_DETECT_RB() {while(!
(rNFSTAT&(1<<2)));} //等待RnB信号变高,即不忙
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:
#defineNF_CMD(data) {rNFCMD =(data);} //传输命令
#defineNF_ADDR(addr) {rNFADDR=(addr);} //传输地址
#defineNF_RDDATA() (rNFDATA) //读32位数据
#defineNF_RDDATA8() (rNFDATA8) //读8位数据
#defineNF
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