S3C2440对NandFlash操作和电路原理(基于K9F2G08U0A)

S3C2440对NandFlash操作和电路原理(基于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lNandFlash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Nandflashl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。lS3C2440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)。lSteppingstone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_READ10x00//页读命令周期1#defineCMD_READ20x30//页读命令周期2#defineCMD_READID0x90//读ID命令#defineCMD_WRITE10x80//页写命令周期1#defineCMD_WRITE20x10//页写命令周期2#defineCMD_ERASE10x60//块擦除命令周期1#defineCMD_ERASE20xd0//块擦除命令周期2#defineCMD_STATUS0x70//读状态命令#defineCMD_RESET0xff//复位#defineCMD_RANDOMREAD10x05//随意读命令周期1#defineCMD_RANDOMREAD20xE0//随意读命令周期2#defineCMD_RANDOMWRITE0x85//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&=~(11);}#defineNF_CE_L()NF_nFCE_L()//打开nandflash片选#defineNF_nFCE_H(){rNFCONT|=(11);}#defineNF_CE_H()NF_nFCE_H()//关闭nandflash片选#defineNF_RSTECC(){rNFCONT|=(14);}//复位ECC#defineNF_MECC_UnLock(){rNFCONT&=~(15);}//解锁main区ECC#defineNF_MECC_Lock(){rNFCONT|=(15);}//锁定main区ECC#defineNF_SECC_UnLock(){rNFCONT&=~(16);}//解锁spare区ECC#defineNF_SECC_Lock(){rNFCONT|=(16);}//锁定spare区ECCNFSTAT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&(10)));}//等待NandFlash不忙#defineNF_CLEAR_RB(){rNFSTAT|=(12);}//清除RnB信号#defineNF_DETECT_RB(){while(!(rNFSTAT&(12)));}//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_WRDATA(data){rNFDATA=(data);}//写32位数据#defineNF_WRDATA8(data){rNFDATA8=(data);}//写8位数据首先，是初始化操作voidrNF_Init(void){rNFCONF=(TACLS12)|(TWRPH08)|(TWRPH14)|(00);//初始化时序参数rNFCONT=(013)|(012)|(010)|(09)|(08)|(16)|(15)|(14)|(11)|(10);//非锁定，屏蔽nandflash中断，初始化ECC及锁定main区和spare区ECC，使能nandflash片选及控制器rNF_Reset();//复位芯片}复位操作，写入复位命令staticvoidrNF_Reset(){NF_CE_L();//打开nandflash片选NF_CLEAR_RB();//清除RnB信号NF_CMD(CMD_RESET);//写入复位命令NF_DETECT_RB();//等待RnB信号变高，即不忙NF_CE_H();//关闭nandflash片选}读取K9F2G08U0A芯片ID的操作如下：时序图在datasheet的figure18。首先需要写入读ID命令(0x90)，然后再写入0x00地址，并等待芯片就绪，就可以读取到一共五个周期的芯片ID，第一个周期为厂商ID，第二个周期为设备ID，第三个周期至第五个周期包括了一些具体的该芯片信息，函数如下staticcharrNF_ReadID(){charpMID;charpDID;charcyc3,cyc4,cyc5;NF_nFCE_L();//打开nandflash片选NF_CLEAR_RB();//清RnB信号NF_CMD(CMD_READID);//读ID命令NF_ADDR(0x0);//写0x00地址for(i=0;i100;i++);等一段时间//读五个周期的IDpMID=NF_RDDATA8();//厂商ID：0xECpDID=N