210学习日记(7)_支持NAND

210学习日记(7)

--支持NAND

其实S5PV210的NAND FLASH控制器和2440的没有多大的差别，只是S5PV210的ECC校验功能更家强大了而已，而我在本章将不会用到ECC，故不做关于ECC校验相关的寄存器的介绍，在给出代码之前，我先讲讲我自己对NAND FLASH的一些理解。(建议大家先看二期视频里面NAND驱动的相关章节，关于NAND的硬件原理，讲得非常详细)

物理构成

NAND Flash的数据是以bit的方式保存在memory cell，一般来说，一个cell 中只能存储一个bit(即SLC类型的NAND)。这些cell 以8个或者16个为单位，连成bit line，形成所谓的byte(x8)或word(x16)，这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page，(NAND Flash有多种结构，以NAND Flash是K9F1208为例,下面内容针对三星的K9F1208U0M)，每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area))，每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。使用的三星k9f1208U0M具有4096个block，故总容量为4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的，故实际中可使用的为64MB。

NAND flash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：Column Address(Starting Address of the Register)列地址，地址的低8位；Page Address：页地址；　　Block Address：块地址；对于NAND Flash来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度是8位。

NAND Flash地址的表示
512byte需要9bit来表示，对于512byte系列的NAND，这512byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register，各自的访问由地址指针命令来选择，A[7:0]就是所谓的column address(列地址)，在进行擦除操作时不需要用到它，为什么？因为是以块为单位擦除；32个page需要5bit来表示，占用A[13:9]，即该 page在块内的相对地址。A8这一位地址被用来设置512byte的1st half page还是2nd half page，0表示1st，1表示2nd；Block的地址是由A14以上的bit来表示。
例如64MB(512Mb)的NAND flash(实际中，由于存在spare area，故都大于这个值)，共4096block，因此，需要12个bit来表示，即A[25:14]；如果是128MB(1Gbit)的528byte/page的NAND Flash，则block address用A[26:14]表示。而page address就是blcok address | page address in block。NAND Flash的地址表示为：Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address。地址传送顺序是Column Address,Page Address,Block Address。
由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。例如，对于512Mbit x8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。以发NAND_ADDR 为例：
第1步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上，而halfpage pointer即A8，是由操作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage 上进行读写，因此真正的A8的值是不需程序员关心的；
第2步就是将NAND_ADDR右移9位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上；

第3步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上；
第4步将NAND_ADDR[25]放到I/O上；
因此，整个地址传递过程需要4步才能完成，即4-step addressing。如果NAND Flash的容量是32MB(256Mbit)以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。(具体参考芯片手册)
下面，就x16的NAND flash器件稍微进行一下说明。由于一个page的main area的容量为256word，仍相当于512byte。但是，这个时候没有所谓的1st halfpage和2nd halfpage之分了，所以，bit8就变得没有意义了，也就是这个时候，A8完全不用管，地址传递仍然和x8器件相同。除了这一点之外，x16的NAND使用方法和x8的使用方法完全相同。

以上是读完完全手册和看完相关视频的体会，但是列举的例子仿佛有点过时了，接下来再举一个例子。以210开发板上面的1G的NAND FLASG芯片K9K8G08U0A为例：

从芯片手册得知：

1).每页 = 2112Bytes(2048byte(Main Area)+64byte(Spare Area))；

2).每块 = 64页；

3).一共8192块；

问：既然得知了该芯片的大小，那么列地址，页内地址，块地址应该分别是多少位呢？为什么？

答：

1).A0~A11表示列地址，因为2的12次方等于4K，但是硬件只有2K，所以发地址的时候，要不A11给舍弃了;

2).A12-A17是页地址，因为2的6次方刚好等于64；

3).A18到A28是块地址；

问：那么地址是怎么发送出去的呢？

答：步骤如下：

第1步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上；

第2步任然传的是列地址，但是由于每页只有2K，故要对地址做以下操作：

(addr>>8) & 0x7 /* 右移8位，就是为了去掉第八位的地址，因为已经在第一步发出了，与上0x7， 是为了只保留A8~A10，即上文所说的舍弃A11 */

第3步就是将NAND_ADDR右移11位，将NAND_ADDR[19:12]传到I/O[7:0]上；

第4步将是将NAND_ADDR右移19位，将NAND_ADDR[27:20]放到I/O上；
第5步将是将NAND_ADDR右移27位，将NAND_ADDR[28]放到I/O上；

大家在看到这里后，也许还有人在纠结到底是怎么落实到NAND硬件本身的具体位置的？我只能告诉你们，不要太纠正这些了，因为这是由NAND自己来完成的，你主要安装上述的地址周期和格式将地址发出，NAND会自己去找到相应的块，页，列！！！

下面我给出NAND的初始化函数，其他的程序在我共享的代码里面能够找到，而且和2440的没多大区别，相信大家能够看懂：

void nand_init(void)

{

/* 

 * 设置时间参数(HCLK_PSYS = 667MHz/5 = 133MHz)

 * TACLS[15:12]: TACLS  = 1  1/133Mhz  = 7.5ns

 * TWRPH0[11:8]: TWRPH0 = 1  7.5ns * 2 = 15ns

 * TWRPH1 [7:4]: TWRPH1 = 1 7.5ns * 2 = 15ns

 * AddrCycle[1]: 1 = 指明地址周期为5次，这个是和2440的区别，需要注意

 */

NFCONF |= 1<<12 | 1<<8 | 1<<4;

NFCONF |= 1<<1;

/* 使能NAND控制器，关闭片选信号 */

NFCONT |= (1<<0)|(1<<1); 

/* 设置相应管脚用于Nand Flash控制器 */

MP0_3CON = 0x22222222;

/* 复位NAND Flash */

nand_reset();

return;

}

添加nand read 命令：

void run_command(int argc, char * argv[])

{

......

if (strcmp(argv[0], "nand") == 0)

nand(argc, argv);

}

然后nand()函数中会进一步判断，从而调用nand_read()等函数，我就不列出代码了，大家看我共享的代码，就明白，放在了"Tiny210学习日记_代码"目录下了，名为"6_nand"。

测试：

1).使用md命令：

WY_BOOT # 

WY_BOOT # 

WY_BOOT # md 0xd0030000

do_command <md> 

D0030000: 00EACEED CE4F284F 781CF81F 395E9CDE 

D0030010: 6B7DCBCF D4F870DB 9F07E61F 53BB9C51 

2).使用nand read命令：

WY_BOOT # 

WY_BOOT # nand read 0xd0030000 0x0 1024

do_command <nand> 

sdram 0xD0030000, nand 0x00000000, size 0x00000400

nand read finished!

3).再使用md命令：

WY_BOOT # 

WY_BOOT # md 0xd0030000

do_command <md> 

D0030000: 43503553  20303131 0009D37F 20205245 

D0030010: E59FD000 EA000049 D0030000 E92D4800 

数据有变化，说明读成功。。。

注意：

由于在以后的过程中没有涉及到写nand的操作，故没有具体实现nand write命令，只是给出了框架而已，需要的，请自行添加。

注：

如有问题，请到韦东山LINUX视频讨论群里面，我们一起讨论学习，或者加我QQ：317312379