s3c2440_Nand Flash Controller

来源：互联网发布：html调用js函数编辑：程序博客网时间：2024/06/04 18:25

Nand Flash简介：Nand Flash是由日本的东芝公司（Toshiba）于1989年发明。它具有掉电后仍能保存数据的特点，类似于PC上的硬盘，可以用来存放操作系统、应用程序、各个进程产生的各类数据。【Nor Flash是在1988年时由美国的Intel公司发明，比较贵，写入速度较慢，寿命较短，不易发生位反转等特点】

Nand Flash的接口是I/O接口，不能随机访问任意地址上的数据，只能顺序访问并且是串行访问，因此代码不能直接在上面执行。而Nor的是和RAM的接口相同的，支持XIP（eXecute In Place立地执行），不需要将其中的代码复制到内存中执行。

tq2440开发板上面用到的nand是K9F208U0A，原理图如上。

引脚功能：

8个I/O口：写操作时，用来输入命令，行列地址和数据；读操作时，只输出数据；不使用芯片时I/O处于高阻态。

CLE：命令锁存使能端为高电平“1”同时CE和WE为“0”时I/O上的命令送入命令寄存器中，并且在WE的上升沿到来时锁定写入。ALE是地址锁存使能端，使用和CLE一样。当CLE和ALE都无效时数据有效。从下面的表中可以知道写入命令、地址和数据都是在WE上升沿到来时锁定的。RE：读使能端，要读数据时“0”有效。这些引脚的高低电平的设置只需要配置2440的相关寄存器就可以自动完成。

物理结构：容量为256MByte，内部需要28（2^28bit=256MB）条地址线（包括了：行地址和列地址），我们可能会疑惑连接nand的总线宽度只有8位（8个I/O），实际要用到的地址宽度远比这个大。如此的结构是为了减小芯片的体积和提高可扩展性。

K9F208U0A以页（Page）为单位进行读写，以块（Block）为单位进行擦除。

1Block=64 Pages（总共2048 Blocks）

1Page=2112Bytes（Main Area：2KBytes + Space Area：64Bytes）这个64 Bytes的空闲区的主要作用是补偿Nand Flash上产生的坏块，这样有坏块产生时系统通过算法管理将数据转移到空闲区。

2K Bytes：

地址周期长度为：5

命令集合：

前面讲了一大段Nand Flash存储器，对它进行读写大量的数据时不是简单的CPU对Nand发地址，存取数据，它需要一个东东来管理它，这东东就是今天的主角：Nand Flash Controller。s3c2440里面集成了NandFlash控制器。控制器提供了几个寄存器来简化对Nand的操作。前面也有提过，比如想要发出写命令时，只需要往NFCMMD寄存器里面写入0x80即可，Nand Flash控制器会自动发出各种控制信号。

2440的nand控制器的寄存器功能：

NFCONF：nand配置寄存器。设置时序宽度TACLS[13:12]bit（命令和地址使能信号的建立时间）、nWE和nRE引脚使能信号有效时长TWPRH0[10:8]bit、写入数据起作用的时间长TWRPH1[6:4]bit ; 只读位[3:1]用来读取支持页的类型和多少个地址周期； bit 1设置数据宽度。结合下面的时序图理解，持续时间计算还要结合nand的芯片手册。

NFCONT：nand控制寄存器。使能/禁止nand控制器和nFCE信号、初始化ECC（用于校验）、锁定nand（只读，不可写和擦除，很少会用到）

NFCMMD：nand命令寄存器。只需要往这个寄存器写入命令即可，cpu不用管nand有没有收到，这样就可以加快处理速度。

NFADDR：地址寄存器。

NFDATA：数据寄存器。用来读写数据。有32位长，只用到8位。

NFSTAT：nand状态寄存器。只用到了bit0,0：busy，1：ready

由于下面是关于读nand操作的代码，nand控制器的相关寄存器就只说上面6个，如果要进行写和擦除操作看看2440的datasheet找到相关的寄存器来配置就可以了。

startup.S文件：实现将Nand Flash上存放的第二段代码(4k以后的)复制到SDRAM上执行。

.text.global _start_start:            ldr     sp, =4096            bl      disable_watch_dog            bl      memsetup            bl      nand_init                        @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            ldr     r0,     =0x30000000                 mov     r1,     #4096                     mov     r2,     #2048                       bl      read_nand               @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, =mainhalt_loop:            b       halt_loop

后面调用main函数不能使用bl指令来跳转，因为在整个代码中使用.lds连接脚本将目标文件分开连接，只能使用ldr指令跳转。【地址无关：运行地址与编译地址无关。地址相关：编译地址等于运行地址】

nand.lds文件：将目标文件分开排列

SECTIONS {   firtst  0x00000000 : { startup.o init.o nand.o}  second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }}

第2行：startup.o init.o nand.o这3个目标文件连接在一起的运行地址为0，且生成的映像文件的偏移地址为0，即从0开始存放。

第3行：main.o的运行地址为0x30000000（在SDRAM上，）映像文件的偏移地址为4096，即存放在nand上地址为4096处。

init.c文件：完成基本初始化。这个文件就不解释了，估计大家都懂的。

#define WTCON(*(volatile unsigned long *)0x53000000)#define MEM_CTL_BASE0x48000000  //start address of memory controler register void disable_watch_dog();void memsetup();void disable_watch_dog(){WTCON= 0;}void memsetup(){int i = 0;unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;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];}

关键的是下面这个文件。
nand.c文件：初始化nand flash，nand的读操作

#define rNFCONF         (*(volatile unsigned int *)0x4e000000)     #define rNFCONT         (*(volatile unsigned int *)0x4e000004)   #define rNFCMMD         (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)  #define rNFADDR         (*(volatile unsigned char *)0x4e00000C)  #define rNFDATA         (*(volatile unsigned char *)0x4e000010) #define rNFSTAT         (*(volatile unsigned char *)0x4e000020)#define Busy 1void nand_init(void);void read_nand(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size);/*Operating funtion*/static void nand_chip_select(void){int i;rNFCONT &= ~(1<<1);for(i=0;i<10;i++);}static void nand_chip_deselect(void){rNFCONT |= (1<<1);}static void write_commond(int cmd){rNFCMMD = cmd;}static void write_addr(unsigned int addr)  //Five cycles{int i;rNFADDR = (addr & 0xff);for(i=0;i<10;i++);rNFADDR = (addr>>8)&(0x0f);for(i=0; i<10; i++);rNFADDR = (addr>>11)&(0xff);for(i=0;i<10;i++);rNFADDR = (addr>>19)&(0xff);for(i=0;i<10;i++);rNFADDR = (addr>>27)&(0x02);for(i=0;i<10;i++);}static void wait_operate(void)  //Read the status register{int i;while(!(rNFSTAT & Busy))for(i=0;i<10;i++);}static unsigned char read_data(void){return rNFDATA;}static void nand_reset(void){nand_chip_select();write_commond(0xff);wait_operate();nand_chip_deselect();}void nand_init(void) {#define TACLS 0#define TWRPH0 3  //为了满足TACLS+TWRPH0+TWRPH1>46ns.这里是设置50ns#define TWRPH1 0/*set time series*/        rNFCONF = ((TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4));/* enable Nand controler initialize ECC,nand chip deselect*/rNFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);nand_reset();}void read_nand(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size)//argument_1:destination address   2:nand read start_address  3:length of data{int i,j;if ((start_addr & (2048-1)) || (size & (2048-1))){        return ;    /*The length of address is not aligned*/}nand_chip_select();for(i=start_addr;i<(start_addr+size);){write_commond(0);write_addr(i);write_commond(0x30);wait_operate();for(j=0;j<2048;j++,i++){*buf = read_data();buf++;}}nand_chip_deselect();return ;}

定义写地址操作函数write_addr()函数时首先要先明确上电复位时nand的Page size大小。我用的天嵌板2440的nand flash是256MB的K9F2G08U0A，支持8bit、2KBytes（+64Bytes）的Pages、5个写地址周期（由原理图可知NCON0=1，GPG13=1，GPG14=1，GPG15=0）。

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