2019年11月25日 | TX2440裸机程序-nand flash

一、开发环境说明

开发板:TX2440A

cpu:s3c2440

nand flash:K9F2G08U0B(256M)

编译软件：ADS1.2

二、nand flash简介

2.1K9F2G08U0B的存储阵列

图 2-1 K9F2G08U0B的存储阵列

由图2-1，我们可以知道：K9F2G08U0B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）。

要实现用 8 个 IO 口来要访问这么大的容量，如图 2-1 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，

1、块寻址：K9F2G08U0B由2048个block组成，那么块寻址需要11位地址线进行寻址即A18-28(2^(28-18+1)=2048块)。

2、页寻址：一个block由64页组成，那么页寻址需要6位地址线进行寻址即A12-A17(2^6=64)

3、页内字节寻址（即上图中列地址） :页大小为2KB，只需要11位地址线进行寻址A0-10（2^11=2048byte），A11作为页内地址扩展未使用。

由于所有的命令、地址和数据全部从8 位 IO 口传输，所以 Nand flash 定义了一个命令集来完成各种操作。

2.2K9F2G08U0B的命令说明

图2-2 K9F2G08U0B命令表

图2-2是K9F2G08U0B芯片操作读写、擦除等操作的命令表。由于时序都有S3C2440的nand控制器控制。所以，这里的nand驱动。只要好好弄明白K9F2G08U0B这两个要点，就很容易掌握nand驱动。

二、硬件

在S3c2440中可通过NCON0、GPG13-15引脚来设置nand flash控制器所支持nand flash类型

图1实际芯片型号K9F2G08U0B 图2引脚配置               

由上图可知

GPG13=3.3V（高电平），GPG14=3.3V（高电平）

GPG15=0.3V（按照图3的ARM芯片直流电气特性定义<0.8V,为低电平），NCON=3.3V（高电平）

根据GPG13-15、NCON引脚配置，配置nand flash存储器（配置表详见下面）

nand flash 存储器配置表

由上配置表可知：nand flash配置成：

1、先进nand（NCON0=1）   

2、页容量2K字节(GPG13=1)  

3、5个地址周期(GPG14=1)  

4、8位宽(GPG15=0)

小结：上面nand flash配置结果与K9F2G08U0B一致。

三、软件

3.1初始化（时序图参数计算）

设置时序，其实是设置NFCONF 配置寄存器。S3C2440内部nand flash控制器时序图

TACLS：表示CLE/ALE的建立时间(setup time)。

TWRPH0：表示写控制信号nWE使能的持续时间。

TWRPH1：表示写控制信号new禁止到 CLE/ALE关闭的时间。

NFCONF配置寄存器

K9F2G08U0B下面的相关时序图

K9F2G08U0B对应时序参数

由上面两个时序图对比可知：TACLS就相当于tCLS或tALS参数，TWRPH0就相当于tWP，而TWRPH1就相当于tCLH或tALH。

其中：HCLK=100MHz（即10ns），TX2440开发板使用电源为3.3V，则tCLS=tALS=12ns(最小值)，tWP=12ns（最小值），tCLH=tALH=5ns（最小值）。如果希望nand flash能正常读写操作，时序配置参数必须大于这些最小值。

验证程序中对nand flash的NFCONF寄存器 时序参数配置是否合适？

在nand flash的NFCONF寄存器中

1、TACLS=NFCONF[13:12]=3,即HCLK*TACLS=30ns >12ns(表中tCLSmin)

2、TWRPH0=NFCONF[10：8]=7 即HCLK*（TWRPH0+1）=80ns >12ns(表中tWPmin)

2、TWRPH1=NFCONF[6：4]=7 即HCLK*（TWRPH1+1）=80ns >5ns(表中tCLHmin)，一般TWRPH1设置为0，也满足>5ns条件。

综上所述：设置nand flash寄存器的时序满足K9F2G08U0B要求。

3.2 读取ID

Nand芯片的每一个型号，都有固定的芯片ID和制造商ID。用户通过读取ID，确认是什么类型的nand芯片。

下表是K9F2G08U0B读取ID的代码。过程如下

1、激活芯片片选

2、写入复位命令，芯片复位（记得等待芯片内部操作完成）。复位命令不是必须的。

3、写入读取芯片ID命令（0x90）,然后写入地址0x00

4、读取芯片ID（ID信息总共5个信息，每当从NF_RDDATA8读取一个信息后，NF_RDDATA8获取下一个的信息）

5、关掉片

读取ID时序图：

源码：

U32 ReadChipId(void)

{

U32 id;

unsigned char Makercode,Devcode,ID3rd,ID4rd,ID5rd;

NF_ChipEn(); //片选使能

NF_CMD(RdIDCMD); //写读nand flash IDC命令0x90 

NF_ADDR(0);//写地址0x00

while(NFIsBusy());//判断nand flash是否busy？若busy，则继续等待。

Makercode = NF_RDDATA8();

Devcode   = NF_RDDATA8();

ID3rd     = NF_RDDATA8();

ID4rd     = NF_RDDATA8();

ID5rd     = NF_RDDATA8();

NF_ChipDs();//禁止片选使能

if((Makercode == 0xec)  && (Devcode=0xda) && (ID3rd == 0x10) &&

(ID3rd == 0x10) && (ID4rd == 0x95) && (ID5rd == 0x44))

Uart_Printf("nK9F2G08U0Bn");

Uart_Printf("Makercode=%x,Devcode=%x,ID3rd=%x,ID4rd=%x,ID5rd=%xn",Makercode,Devcode,ID3rd,ID4rd,ID5rd);

运行结果：

由上图可知读取ID信息与K9F2G08U0B中ID信息一致。

3.3块擦除

nandflash擦除操作以块为单位，对任何Flash闪存存储器进行写操作之前，都必须先进行擦除，然后写入。读写操作是页为单位

快擦除操作步骤（参考下面时序图）：

1、nand falsh芯片使能

2、写擦除命令 0x60

3、写 需要擦除的块地址（块地址只需要行地址[28:13]）

4、写擦除命令 0xD0

5、nand flash 忙检测，若处于busy，则等待至不忙ready。

6、写读取状态命令0x70

8、操作成功判断，首先通过IO[6]做忙状态检测，然后IO[0]位进行判断是否成功（为什么是IO0位，请参考下面读取70h状态的返回值定义）。

9、关闭芯片使能

块擦除时序图

读取70h状态后，返回值说明（由K9F2G08U0B的datasheet提供）

块擦除源码 

/*********************************************************

**函数名称:U8 EraseBlock_2G08(U32 block_number) 

**函数功能:nand flash的块擦除

**入口参数:block---块号

**出口参数:无

**返回值     : 擦除成功标志位   

1、Earse_ok表示擦除成功

2、Earse_fail表示擦除失败

3、Markbad_fail表示标注失败

************************************************************/

U8 EraseBlock_2G08(U32 block)

{

     char stat, temp;

temp = IsBadBlock_2G08( block);     //判断该块是否为坏块  ,这些语句测试通过

     if(temp == Isbad_ok){ return Isbad_ok;}           //是坏块，返回

     NF_ChipEn();            //打开片选

     NF_CLEAR_RB();        //清RnB信号

/*擦除命令0x60*/

    NF_CMD(ERASECMD0);         //擦除命令周期1

   //写入块地址的3个地址周期，从A18开始写起

NF_ADDR((block << 6) & 0xff);         //行地址A18~A19

NF_ADDR((block >> 2) & 0xff);         //行地址A20~A27

NF_ADDR((block >> 10) & 0xff);        //行地址A28

/*擦除命令0xD0*/

    NF_CMD(ERASECMD1);         //擦除命令周期2

    NF_DETECT_RB_my();//nand flahs的busy状态检测

    /*读取状态0x70*/

NF_CMD(QUERYCMD);          //读状态命令

    //判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同

do{

      stat = NF_RDDATA8();

}while(!(stat&0x40));

NF_ChipDs();            //关闭nandflash片选

//判断状态值的第0位是否为0，为0则擦除操作正确，否则错误

if (stat & 0x1)

{

     temp = MarkBadBlock_2G08(block);         //标注该块为坏块

      if (temp == Markbad_fail)

             return Markbad_fail;         //标注坏块失败

      else

  return Earse_fail;          //擦除操作失败

}

else 

return  Earse_ok;                  //擦除操作成功

}

建议：在读取状态70h返回值时，加入忙状态检测（通过IO[6]位）

3.4 写入数据

nand falsh支持以页为单位写入、随机写入两种数据方式。

3.4.1 页写入

时序图

源码

/*********************************************************

**函数名称:static int WritePage_2G08(U32 block,U32 page,U8 *buffer)

**函数功能:在nand flash芯片中页读功能

**入口参数:

1、block----  块号

2、page-----页号

3、*buffer----------存放读取整页的数据缓冲区

**出口参数:无

**返回值  : 写成功标志位   

1、Write_ok表示写入成功

2、Write_fail表示写入失败

************************************************************/

static int WritePage_2G08(U32 block,U32 page,U8 *buffer)

{

    int i;

    U32 blockpage, Mecc, Secc;

    U8 *bufPt=buffer,temp;

    blockpage=(block<<6)+page;

temp = IsBadBlock_2G08(block);   //判断该块是否为坏块

    if(temp == Isbad_ok){return Isbad_ok ; }          //是坏块，返回

    NF_RSTECC();    // Initialize ECC

    NF_MECC_UnLock();

NF_ChipEn(); 

NF_CMD(PROGCMD0);   // Write 1st command

NF_ADDR(0);    //Column (A[7:0]) = 0

NF_ADDR(0);    // A[11:8]

NF_ADDR((blockpage)&0xff); // A[19:12]

NF_ADDR((blockpage>>8)&0xff); // A[27:20]

NF_ADDR((blockpage>>16)&0xff);  //A[28]

for(i=0;i<2048;i++)

{

NF_WRDATA8(*bufPt++); // Write one page data from buffer

      }

  NF_CLEAR_RB();

NF_CMD(PROGCMD1); // Write 2nd command

NF_DETECT_RB();

NF_CMD(QUERYCMD);   // Read status command   

   //判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同

do{

        temp = NF_RDDATA8();

}while(!(temp&0x40));

   //判断状态值的第0位是否为0，为0则写操作正确，否则错误 

    if (temp&0x1)  

{

   NF_ChipDs();

Uart_Printf("[PROGRAM_ERROR:block#=%d]n",block);

MarkBadBlock_2G08(block);

return Write_fail;

    } 

else

{

    NF_ChipDs();

  return Write_ok;

}

3.4.2随机写入

时序图

源码：

/*********************************************************

**函数名称:RamdomWrite_2G08(U32 blockpage, U32 page_add, U8 data) 

**函数功能:在nand flash芯片中随机写

**入口参数:

1、blockpage--页号(由块和页信息组成)，blockpage=(block<<6)+page;

2、page_add-----页内地址

3、data----------写入的数据

**出口参数:无

**返回值     : 写成功标志位   

1、Write_ok表示写入成功

2、Write_fail表示写入失败

************************************************************/

U8 RamdomWrite_2G08(U32 blockpage, U32 page_add, U8 data) 

{

    U8 temp,stat;

    NF_ChipEn();                    //打开nandflash片选

    NF_CLEAR_RB();               //清RnB信号 

//随机写命令80h

    NF_CMD(PROGCMD0);          

    //写入5个地址周期

NF_ADDR(0x00);                      //列地址A0~A7

NF_ADDR(0x00);   //列地址A8~A11

NF_ADDR((blockpage) & 0xff);           //行地址A12~A19

NF_ADDR((blockpage >> 8) & 0xff);    //行地址A20~A27

NF_ADDR((blockpage >> 16) & 0xff);  //行地址A28

//随机写命令85h

    NF_CMD(PROGCMD2);                 

    //页内地址

NF_ADDR((U8)(page_add&0xff));                   //列地址A0~A7

NF_ADDR((U8)((page_add>>8)&0x0f));          //列地址A8~A11

    NF_WRDATA8(data);                          //写入数据

//写第二写命令10h

    NF_CMD(PROGCMD1);                //页写命令周期2

NF_DETECT_RB_my(); //busy检测 

    NF_CMD(QUERYCMD);               //读状态命令

//判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同

do{

        stat = NF_RDDATA8();

  }while(!(stat&0x40));

NF_ChipDs();                  //关闭nandflash片选

//判断状态值的第0位是否为0，为0则写操作正确，否则错误

if (stat & 0x1){return Write_fail; } //失败

else {return Write_ok;  }         //成功

}

3.5读取数据

3.5.1页读取

时序图

源码

/*********************************************************

**函数名称:static int ReadPage_2G08(U32 block,U32 page,U8 *buffer)

**函数功能:在nand flash芯片中页读功能

**入口参数:

1、block----  块号

2、page-----页号

**出口参数:*buffer----------存放读取整页的数据缓冲区