2022年10月28日 | 【JZ2440笔记】裸机实验使用NandFlash

一、前言

S3C2440芯片内部没有ROM可以放用户代码，所以用户代码需要被保存在外部的存储器当中，如果是NorFlash的话可以直接在NorFlash中运行程序，但是NorFlash比较贵，一般都用NandFlash作为存储介质，以SDRAM为代码的运行空间。JZ2440开发板上有一颗256MB容量的NandFlash芯片，记录下学习过程，代码是开发板自带的例程。

二、实验目标

在SRAM运行程序关闭看门狗，初始化SDRAM，初始化NandFlash控制器，随后将NandFlash块1中的main.c部分代码拷贝到SDRAM中运行，看到开发板上3个LED显示流水灯效果。

三、资源分析

NandFlash型号K9F2G08U0C，SLC三星颗粒，基本参数如下：

Page大小为2K+64Byte，意思是一个Page前2KB使用来存数据的，后面的64字节用来存ECC（错误纠正码）或者自定义的冗余数据。NandFlash由于其物理特性，一般都会有坏块的，而且NandFlash里面存的数据不像SRAM那样稳定，可能会出现位翻转现象，所以需要加入一些校验码（ECC）来纠正这些错误。其实因为这颗NandFlash是SLC的缘故，相比于MLC或者TLC的NandFlash来说稳定性高得多，一般环境条件下也是很少出现位翻转现象的。一个Page虽然真实是有2K+64Byte的数据量，但是一般是只使用2K的，当然如果非要用上后面的64Byte数据也是可以的，那样就用不了ECC了，这个东西只是建议用2K而已，具体想怎么个用法还是看自己的。

Block（块）大小为128K+4K，意思是一个Block有64个Page，写入的最小单位是Page，擦除的最小单位是Block。全盘有2048个Block。

NandFlash接口比SDRAM的简单，地址总线和数据总线是共用的。

大页模式下，发送地址时有5个周期，发送5个字节的地址。如下：

前两个字节是列地址，*L表示强制为0，所以列地址实际用了12个位来寻址，可以寻址0到4096的范围，是用来寻址Page内的字节偏移的，恰好够寻址2KB + 64Byte的数据量。

后三个字节是行地址，*L表示强制为0，所以行地址实际用了17个位来寻址，可以寻址0到128K的范围，是用来寻址Page序号的，64个Page X 2048个Block = 128K个Page，所以刚好17个位够用。

往S3C2440的几个NandFlash专用寄存器读写数据，NandFlash控制器就会将这些数据以命令或者数据的形式操作IO引脚控制NandFlash。如下：

四、程序代码

程序分为6个文件，分别如下：

head.S：启动文件，完成相关初始化。

init.c：初始化相关的C函数代码。

nand.c：NandFlash初始化及相关操作代码。

main.c：跑流水灯的代码，需要被拷贝到SDRAM中运行。

nand.lds：链接脚本，划分程序段。

Makefile：编译代码。

这些代码文件内容分别如下：

head.S

@******************************************************************************

@ File：head.s

@ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行

@******************************************************************************       

.text

.global _start

_start:

                                            @函数disable_watch_dog, memsetup, init_nand, nand_read_ll在init.c中定义

            ldr     sp, =4096               @设置堆栈 

            bl      disable_watch_dog       @关WATCH DOG

            bl      memsetup                @初始化SDRAM

            bl      nand_init               @初始化NAND Flash

                                            @将NAND Flash中地址4096开始的1024字节代码(main.c编译得到)复制到SDRAM中

                                            @nand_read_ll函数需要3个参数：

            ldr     r0,     =0x30000000     @1. 目标地址=0x30000000，这是SDRAM的起始地址

            mov     r1,     #4096           @2.  源地址   = 4096，连接的时候，main.c中的代码都存在NAND Flash地址4096开始处

            mov     r2,     #2048           @3.  复制长度= 2048(bytes)，对于本实验的main.c，这是足够了

            bl      nand_read               @调用C函数nand_read

            ldr     sp, =0x34000000         @设置栈

            ldr     lr, =halt_loop          @设置返回地址

            ldr     pc, =main               @b指令和bl指令只能前后跳转32M的范围，所以这里使用向pc赋值的方法进行跳转

halt_loop:

            b       halt_loop

init.c

/* WOTCH DOG register */

#define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)

/* SDRAM regisers */

#define MEM_CTL_BASE 0x48000000

void disable_watch_dog();

void memsetup();

/*上电后，WATCH DOG默认是开着的，要把它关掉 */

void disable_watch_dog()

{

WTCON = 0;

}

/* 设置控制SDRAM的13个寄存器 */

void memsetup()

{

int i = 0;

unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

    /* SDRAM 13个寄存器的值 */

    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON

                                            0x00000700,     //BANKCON0

                                            0x00000700,     //BANKCON1

                                            0x00000700,     //BANKCON2

                                            0x00000700,     //BANKCON3  

                                            0x00000700,     //BANKCON4

                                            0x00000700,     //BANKCON5

                                            0x00018005,     //BANKCON6

                                            0x00018005,     //BANKCON7

                                            0x008C07A3,     //REFRESH

                                            0x000000B1,     //BANKSIZE

                                            0x00000030,     //MRSRB6

                                            0x00000030,     //MRSRB7

                                    };

for(; i < 13; i++)

p[i] = mem_cfg_val[i];

}

其实SDRAM的初始化就配置BANK6相关的几个寄存器就可以了，例程这里配多了。

nand.c

#define LARGER_NAND_PAGE

#define GSTATUS1        (*(volatile unsigned int *)0x560000B0)

#define BUSY            1

#define NAND_SECTOR_SIZE    512

#define NAND_BLOCK_MASK     (NAND_SECTOR_SIZE - 1)

#define NAND_SECTOR_SIZE_LP    2048

#define NAND_BLOCK_MASK_LP     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)

typedef unsigned int S3C24X0_REG32;

/* NAND FLASH (see S3C2410 manual chapter 6) */

typedef struct {

    S3C24X0_REG32   NFCONF;

    S3C24X0_REG32   NFCMD;

    S3C24X0_REG32   NFADDR;

    S3C24X0_REG32   NFDATA;

    S3C24X0_REG32   NFSTAT;

    S3C24X0_REG32   NFECC;

} S3C2410_NAND;

/* NAND FLASH (see S3C2440 manual chapter 6, www.100ask.net) */

typedef struct {

    S3C24X0_REG32   NFCONF;

    S3C24X0_REG32   NFCONT;

    S3C24X0_REG32   NFCMD;

    S3C24X0_REG32   NFADDR;

    S3C24X0_REG32   NFDATA;

    S3C24X0_REG32   NFMECCD0;

    S3C24X0_REG32   NFMECCD1;

    S3C24X0_REG32   NFSECCD;

    S3C24X0_REG32   NFSTAT;

    S3C24X0_REG32   NFESTAT0;

    S3C24X0_REG32   NFESTAT1;

    S3C24X0_REG32   NFMECC0;

    S3C24X0_REG32   NFMECC1;

    S3C24X0_REG32   NFSECC;

    S3C24X0_REG32   NFSBLK;

    S3C24X0_REG32   NFEBLK;

} S3C2440_NAND;

typedef struct {

    void (*nand_reset)(void);

    void (*wait_idle)(void);

    void (*nand_select_chip)(void);

    void (*nand_deselect_chip)(void);

    void (*write_cmd)(int cmd);

    void (*write_addr)(unsigned int addr);

    unsigned char (*read_data)(void);

}t_nand_chip;

static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000;

static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000;

static t_nand_chip nand_chip;

/* 供外部调用的函数 */

void nand_init(void);

void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);

/* NAND Flash操作的总入口, 它们将调用S3C2410或S3C2440的相应函数 */

static void nand_reset(void);

static void wait_idle(void);

static void nand_select_chip(void);

static void nand_deselect_chip(void);

static void write_cmd(int cmd);

static void write_addr(unsigned int addr);

static unsigned char read_data(void);

/* S3C2410的NAND Flash处理函数 */

static void s3c2410_nand_reset(void);

static void s3c2410_wait_idle(void);

static void s3c2410_nand_select_chip(void);

static void s3c2410_nand_deselect_chip(void);

static void s3c2410_write_cmd(int cmd);

static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr);

static unsigned char s3c2410_read_data();

/* S3C2440的NAND Flash处理函数 */

static void s3c2440_nand_reset(void);

static void s3c2440_wait_idle(void);

static void s3c2440_nand_select_chip(void);

static void s3c2440_nand_deselect_chip(void);