嵌入式nand flash详解

一、s3c2440启动后会将nand flash的前4K程序复制到内部的sram中，这个过程是硬件自动完成的，但是如果我们的程序远远大于4K，这个时候就需要将程序从flash拷贝到内存中来运行了。

二、nand flash 接线图可以看出，nand flash没有地址总线，是八根数据线，SDRAM和网卡有地址总接到s3c2440的地址总线了，而nand flash没有地址线，所以他们的寻址方式不一样，SDRAM和网卡的地址是CPU可以看得见的，也就是CPU统一编址，而nand flash呢？也有地址空间，以256M为例，寻址空间256M，SDRAM寻址空间0x30000000-0x34000000 ，片内内存及gpio及内部寄存器，网卡都有一块地址，由CPU统一的编址空间，由于寻址的方式不同我们说0地址时概念是不一样的。从图上可以看出，不管是命令地址还是数据都是通过8条数据线传输的，那么控制信号就起到了重要的作用，CLE命令使能信号、ALE地址使能信号、FWE写使能信号、FRE读使能信号如果CLE和ALE都无效就是数据。

三、nand flash的结构

从图中可以看出一个大叶是2K加64字节 64页组成一块 加的64字节是00B

读nand flash 上2049地址，其实是读第一页。

对于你特定的某一页，非要强调一页的2049很有可能是OOB上的地址。

nand flash编址如下图：

四、访问nand flash

回忆访问内存：1、发出地址、2、传输数据


访问nand flash类似  1、发出地址、2、传输数据
a、发出命令（读、写、擦除等等），b、发出地址,c、传输数据
看手册命令：
如图命令集

访问nand flash 都需要引脚来控制，那么nand flash控制器就完成这些操作。
所有的操作都交给nand flash控制器
比如要发出命令，将命令值写进寄存器NFCMMD中，s3c2440就会自动的驱动CLE引脚，把命令发送到nand flash中去，操作地址时，仅需要将值写进寄存器NFADDR，读数据和写数据时，也是将地址值写进NFADDR。

先看链接地址和运行地址：

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

这是段，分为两段，0x00000000和0x30000000是运行地址，第二段AT，表明加载地址是nand flash 4096处，没有AT，运行地址和加载地址一样都是起始地址。

head.o init.o nand.o从nand flash0地址开始放，s3c2440启动会将这段程序copy到sram中运行，main.o放在nand flash4096处，会被读到SDRAM的0x30000000地址中执行。

如下图：

总结：
a、从硬件访问nand flash
1、发出命令：CLE引脚，命令放进数据总线上
2、发出地址：ALE，地址放进数据总线上
3、传输数据：R/W


b、2440精简了以上操作：
1、发出命令：NFCMMD，把命令写进这个寄存器后，会自动的发送信号
2、发出地址：NFADDR，把地址值写进这个寄存器后，会自动的发送地址
3、传输数据：NFDATA，
4、状态，比如擦除，只有先发出擦除命令，再发出地址，就开始擦除，那么需要等待一会才能擦除成功，那么这个状态需要读回来，NFSTAT

主要操作的nand flash控制器寄存器：

命令寄存器NFCMMD
地址寄存器NFADDR
数据寄存器NFDAYA
状态寄存器NFSTAT

从nand flash读数据，那么就要确认从哪里读，读到哪里去，读多少

下面分析程序：

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];  
}  

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);  
static void s3c2440_write_cmd(int cmd);  
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr);  
static unsigned char s3c2440_read_data(void);  
  
/* S3C2410的NAND Flash操作函数 */  
  
/* 复位 */  
static void s3c2410_nand_reset(void)  
{  
    s3c2410_nand_select_chip();  
    s3c2410_write_cmd(0xff);  // 复位命令  
    s3c2410_wait_idle();  
    s3c2410_nand_deselect_chip();  
}  
  
/* 等待NAND Flash就绪 */  
static void s3c2410_wait_idle(void)  
{  
    int i;  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFSTAT;  
    while(!(*p & BUSY))  
        for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
/* 发出片选信号 */  
static void s3c2410_nand_select_chip(void)  
{  
    int i;  
    s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11);  
    for(i=0; i<10; i++);      
}  
  
/* 取消片选信号 */  
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)  
{  
    s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11);  
}  
  
/* 发出命令 */  
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)  
{  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;  
    *p = cmd;  
}  
  
/* 发出地址 */  
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr)  
{  
    int i;  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR;  
      
    *p = addr & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 9) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 17) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 25) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
/* 读取数据 */  
static unsigned char s3c2410_read_data(void)  
{  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;  
    return *p;  
}  
  
/* S3C2440的NAND Flash操作函数 */  
  
/* 复位 */  
static void s3c2440_nand_reset(void)  
{  
    s3c2440_nand_select_chip();  
    s3c2440_write_cmd(0xff);  // 复位命令  
    s3c2440_wait_idle();  
    s3c2440_nand_deselect_chip();  
}  
  
/* 等待NAND Flash就绪 */  
static void s3c2440_wait_idle(void)  
{  
    int i;  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFSTAT;  
    while(!(*p & BUSY))  
        for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
/* 发出片选信号 */  
static void s3c2440_nand_select_chip(void)  
{  
    int i;  
    s3c2440nand->NFCONT &= ~(1<<1);  
    for(i=0; i<10; i++);      
}  
  
/* 取消片选信号 */  
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void)  
{  
    s3c2440nand->NFCONT |= (1<<1);  
}  
  
/* 发出命令 */  
static void s3c2440_write_cmd(int cmd)  
{  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFCMD;  
    *p = cmd;  
}  
  
/* 发出地址 */  
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr)  
{  
    int i;  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;  
      
    *p = addr & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 9) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 17) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (addr >> 25) & 0xff;  
    for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
  
static void s3c2440_write_addr_lp(unsigned int addr)  
{  
    int i;  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;  
    int col, page;  
  
    col = addr & NAND_BLOCK_MASK_LP;  
    page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP;  
      
    *p = col & 0xff;            /* Column Address A0~A7 */  
    for(i=0; i<10; i++);       
    *p = (col >> 8) & 0x0f;   /* Column Address A8~A11 */  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = page & 0xff;           /* Row Address A12~A19 */  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (page >> 8) & 0xff;  /* Row Address A20~A27 */  
    for(i=0; i<10; i++);  
    *p = (page >> 16) & 0x03; /* Row Address A28~A29 */  
    for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
  
/* 读取数据 */  
static unsigned char s3c2440_read_data(void)  
{  
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFDATA;  
    return *p;  
}  
  
  
/* 在第一次使用NAND Flash前，复位一下NAND Flash */  
static void nand_reset(void)  
{  
    nand_chip.nand_reset();  
}  
  
static void wait_idle(void)  
{  
    nand_chip.wait_idle();  
}  
  
static void nand_select_chip(void)  
{  
    int i;  
    nand_chip.nand_select_chip();  
    for(i=0; i<10; i++);  
}  
  
static void nand_deselect_chip(void)  
{  
    nand_chip.nand_deselect_chip();  
}  
  
static void write_cmd(int cmd)  
{  
    nand_chip.write_cmd(cmd);  
}  
static void write_addr(unsigned int addr)  
{  
    nand_chip.write_addr(addr);  
}  
  
static unsigned char read_data(void)  
{  
    return nand_chip.read_data();  
}  
  
  
/* 初始化NAND Flash */  
void nand_init(void)  
{  
#define TACLS   0  
#define TWRPH0  3  
#define TWRPH1  0  
  
    /* 判断是S3C2410还是S3C2440 */  
    if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))  
    {  
        nand_chip.nand_reset         = s3c2410_nand_reset;  
        nand_chip.wait_idle          = s3c2410_wait_idle;  
        nand_chip.nand_select_chip   = s3c2410_nand_select_chip;  
        nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2410_nand_deselect_chip;  
        nand_chip.write_cmd          = s3c2410_write_cmd;  
        nand_chip.write_addr         = s3c2410_write_addr;  
        nand_chip.read_data          = s3c2410_read_data;  
  
        /* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选, 设置时序 */  
        s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);  
    }  
    else  
    {  
        nand_chip.nand_reset         = s3c2440_nand_reset;  
        nand_chip.wait_idle          = s3c2440_wait_idle;  
        nand_chip.nand_select_chip   = s3c2440_nand_select_chip;  
        nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2440_nand_deselect_chip;  
        nand_chip.write_cmd          = s3c2440_write_cmd;  
#ifdef LARGER_NAND_PAGE  
        nand_chip.write_addr         = s3c2440_write_addr_lp;  
#else  
        nand_chip.write_addr         = s3c2440_write_addr;  
#endif  
        nand_chip.read_data          = s3c2440_read_data;  
  
        /* 设置时序 */  
        s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);  
        /* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */  
        s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);  
    }  
      
    /* 复位NAND Flash */  
    nand_reset();  
}  
  
  
/* 读函数 */  
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)  
{  
    int i, j;  
  
#ifdef LARGER_NAND_PAGE  
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {  
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */  
    }  
#else  
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {  
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */  
    }  
#endif    
  
    /* 选中芯片 */  
    nand_select_chip();  
  
    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {  
      /* 发出READ0命令 */  
      write_cmd(0);  
  
      /* Write Address */  
      write_addr(i);  
#ifdef LARGER_NAND_PAGE  
      write_cmd(0x30);        
#endif  
      wait_idle();  
  
#ifdef LARGER_NAND_PAGE  
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++, i++) {  
#else  
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) {  
#endif  
          *buf = read_data();  
          buf++;  
      }  
    }  
  
    /* 取消片选信号 */  
    nand_deselect_chip();  
      
    return ;  
}  

main.c

#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)  
#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)  
  
#define GPF4_out    (1<<(4*2))  
#define GPF5_out    (1<<(5*2))  
#define GPF6_out    (1<<(6*2))  
  
void  wait(volatile unsigned long dly)  
{  
    for(; dly > 0; dly--);  
}  
  
int main(void)  
{  
    unsigned long i = 0;  
  
    GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out;        // 将LED1-3对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出  
  
    while(1){  
        wait(30000);  
        GPFDAT = (~(i<<4));       // 根据i的值，点亮LED1-3  
        if(++i == 8)  
            i = 0;  
    }  
  
    return 0;  
}  

nand.lds

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

Makefile

objs := head.o init.o nand.o main.o  
  
nand.bin : $(objs)  
    arm-linux-ld -Tnand.lds -o nand_elf $^  
    arm-linux-objcopy -O binary -S nand_elf $@  
    arm-linux-objdump -D -m arm  nand_elf > nand.dis  
  
%.o:%.c  
    arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<  
  
%.o:%.S  
    arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<  
  
clean:  
    rm -f  nand.dis nand.bin nand_elf *.o