Nand Flash驱动(实现初始化以及读操作)

本节来学习裸机下的Nand Flash驱动,本节学完后,再来学习Linux下如何使用Nand Flash驱动

Linux中的Nand Flash驱动,链接如下:

(分析MTD层以及制作Nand Flash驱动链接:http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7701181.html)

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本节简单制作一个Nand Flash驱动(只需要初始化Flash以及读Flash)

打开2440芯片手册,K9F2G08U0M芯片手册(因为2440中Nand Flash是用的256MB(2Gb)内存,8个数据引脚)

在芯片手册中得到K9F2G08U0M=2048块Block=128K页Pages=256MB=2Gb            

1个设备=2048块Block

1块Block=64页Pages

1页=(2K+64)B            (因为每个地址里都存放了一个字节,所以用B表示)

其中64B是存放ECC的OOB地址,(ECC:存放判断位反转的校验码)

Nand Flash 缺点:

读数据容易位反转

可以通过ECC编码器值来判断读数据是否位反转，若位反转则重新读数据

写过程:

• 1)写页数据
• 2)然后生成ECC
• 3)将ECC写入到OBB页地址里(写数据是不会出现位反转)

读过程:

• 1)读出页数据,然后生成临时ECC(此时ECC可能有错)
• 2)然后读出OOB页地址里的ECC
• 3)比较两个ECC,判断是否出现位反转

读OOB方法:

读整个Nand Flash时，是读不出页里面的OBB地址,比如读2049这个地址数据时,是读的第二页上的第2个地址:

 

只有读某一页时，才能读出这个页里面的OOB地址, 比如读第0页的2049这个地址数据时,才是读的第0页OOB的第2个地址:

 

Nand Flash芯片硬件引脚图:

 

• RnB:就绪(ready)/忙(busy)输出信号,需要采用上拉电阻（1:表示写入数据成功,0：表示正在写入）
• CLE:命令(command)锁存(latch)使能,(1:表示当前传的是命令值)
• ALE:地址锁存使能,（1：表示当前传的是地址值,当CLE=0和ALE=0,表示传的是数据）
• nCE:芯片使能(低电平使能)               （n:表示低电平有效）
• nWE:写使能 ,比如写命令时,当CLE=1,ALE=0时,当nWE来个上升沿,则会将IO数据写入flash中
• nRE:读使能,和we类似
• nWP:写保护(protect) (1:不保护,0:只能读不能写)，默认接高电平.

1.编写nand_init()函数

1.1设置通信时序 

 图1（nandflash时序表）:

图2（nandflash时序图）:

 

通过图2和图1可以看出:

tCS是等待芯片使能CE的时间, tCS=20nS

tCLS和tALS是等待WE（写信号）结束的时间, tCLS=tALS=15nS

tWP是WE（写信号）维持时间,  tWP=15nS

 tALH是等待命令写入成功的时间, tALH=5nS

tCLH是等待地址写入成功的时间, tCLH=5nS

图3(2440-nandflash时序图):

 

首先查看2440芯片手册里nandflash时序图,如上图,可以看出需要设置TACLS，TWRPH0和TWRPH1，这三个参数

TACLS:属于等待WE(写信号)就绪的时间,对比图2得出TACLS= tCLS- tWP=0nS

TWRPH0:属于WE(写信号)的时间, 对比图2得出TWRPH0= tWP=15nS

TWRPH1:属于等待命令写入成功的时间,对比图2得出TWRPH1=tALH=tCLH=5nS

最后,在NFCONF寄存器中设置这三个参数

TACLS[13:12] 

表示Duration(持续时间)=HCLK*TACLS,由于Duration=0nS，所以TACLS=0

TWRPH0 [10:8] 

表示Duration(持续时间)=HCLK*( TWRPH0+1),由于Duration=15nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH0 =1.

TWRPH1 [6:4] 

表示Duration(持续时间)= HCLK*( TWRPH1 +1),由于Duration=5nS，HCLK=10nS(100Mhz),所以TWRPH1 =0

1.2然后定义全局变量,并实现nand_init()初始化:

/* nand flash  时序 */
#define TACLS      0
#define TWRPH0     1
#define TWRPH1     0

 
/*     nand  flash  寄存器       */
#define   NFCONF     *((unsigend int *)0X4E000000); //配置寄存器(用来设置时序)
#define   NFCONT     *((unsigend int *)0X4E000000); //控制寄存器(用来使能nandflash控制器以及ECC编码器,还有控制芯片使能CE脚)
#define   NFCMMD    *((unsigend char *)0X4E000000);//发送命令寄存器(命令只有8位)
#define   NFADDR     *((unsigend char *)0X4E000000);//发送地址寄存器(地址只有8位)
#define   NFDATA      *((unsigend int *)0X4E000000);//读/写数据寄存器(数据只有8位)
#define   NFSTAT      *((unsigend int *)0X4E000000);//运行状态寄存器(用于判断RnB脚)

/*因为Nand Flash只有8位I/O脚，所以NFCMMD/ NFADDR/ NFDATA三个寄存器值都是unsigend char型  */

1.3 nand_init()函数初始化

void nand_init(void)
{

 /* 设置时序 */
NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

/* bit4=1:初始化ECC,  bit1=1:禁止片选  bit0=1:启动nandflash控制器*/    
NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

}

2编写nand_read()函数

2.1编写nand_read()函数需要以下几个子函数:

2.1.1片选使能函数(在读写FLASH之前都要选中片选)

nand_select()               //使能片选
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1);        // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++);           //等待芯片使能成功
}

2.1.2取消片选函数(退出读写FLASH时需要取消片选)

nand_deselect()                 //取消片选
{
int i;
NFCONT&=~(1<<1);        // NFCONT控制器位1置0
for(i=0;i<10;i++);           //等待芯片使能成功
}

2.1.3读命令函数

nand_cmd(unsigned char cmd)                 
{
int i;
NFCMMD= cmd;        // 向NFCMMD寄存器写入命令
for(i=0;i<10;i++);        //等待写入命令成功
}

2.1.4判断RnB状态函数(在写入所有命令后都要判断RnB脚是否为高电平就绪)

nand_waite_idle()                 
{
int i;
while(!(NFSTAT&0X01))       // 等待NFSTAT寄存器位0置1
for(i=0;i<10;i++);         
}

2.1.5读数据函数

nand_read_data()                 
{
 unsigend char  p=NFDATA;    //读取NFDATA寄存器
 return p;                   //返回
}

2.1.6 编写写入地址函数 （分5个周期）

首先Nand Flash引脚只有8位,然而地址共有2048(块)*64(页)*2KB,为了读出多个地址,如下图,所以需要分5个周期来实现发送地址

 

如上图,其中  A10~A0对应页大小(列),由于nandflash每页2048B，所以只用到A10~A0

A28~A11对应页目录(行),表示共有2048块*64(每块有64页)个目录

例如，4097 地址就是：

  A10~A0=4097%2048= 1(A0=1，其余为0)

 A28~A11=4097/2048=2（A13=1，其余为0）

所以nand_write_nand()函数如下:

void nand_read_addr(unsigned int addr)
{

   unsigned int col  = addr % 2048;
   unsigned int page = addr / 2048;
volatile int i;

   NFADDR=(col>>0)&0xff;           //A7~A0,第1周期
for(i=0;i<10;i++);

   NFADDR=(col>>8)&0x0f;           //A10~A8,第2周期
   for(i=0;i<10;i++);

   NFADDR=(page>>0)&0xff;          //A18~A11,第3周期
   for(i=0;i<10;i++);

   NFADDR=(page>>8)&0xff;          //A26~A19,第4周期
   for(i=0;i<10;i++);

   NFADDR=(page>>16)&0xff;         //A27~A28,第5周期
   for(i=0;i<10;i++);  
}

2.2Nand Flash命令图:

如上图，例如:当要reset复位nand flash时

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1)      使能片选nand_select();

2)      发送0XFF复位命令nand_cmd(0xFF);

3)      等待RnB状态是否就绪 nand_wait_idle();

4)      取消片选 nand_deselect();

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2.3Nand Flash读数据时序图:

 

从上图可以看出nand flash 读数据分为了以下几个步骤:

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(1)      使能片选CE,将CLE置1,等待发送命令

(2)      将WE置低,将IO置为0X00,然后拉高WE,触发一次上升沿,则将把0x00写入flash中

(3)      将CLE置0,表示发送地址(分为5个周期)

(4)      发送读命令0X30

(5)     等待RnB信号为高电平

(6)     读数据

(在同一页里，数据可以连续读,读下一页时，需要重新发送新的地址才行例如:读1000地址到2050地址时,

1.发出1000地址,到达页0的1000地址上,然后再连续读(2048-1000)次，直到读到页0的2047处.

2.再发出2048地址，到达页1的0地址上,然后连续读(2051-2048)次,直到读到2050为止)

(7)     取消片选nCE

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2.4 所以nand_read()函数如下：

void nand_read(unsigned int  src,unsigned char  *dest,unsigned int  len)
/* src:源地址,为32位地址,所以用unsigend int表示
*dest:目的地址内容,由于这里是将数据读出到目的地址内容中,所以需要用到*指针,因为每个地址里存的是一个字节,所以用unsigend char 型    */
{

int col=src%2048;      //第一次读，可能不是读的页首地址,所以需要记录当前页的位置

int i=0;                //当前读了0次

nand_select();           //1使能片选nCE     

while(i<len)

 { nand_cmd(0X00);        //2发送读命令0X00  

   nand_write_addr(src);     // 3发送yuan地址(分为5个周期)

   nand_cmd(0X30);        //4发送读命令0X30    

   nand_wait_idle();       //5等待RnB信号为高电平

   for(;(col<2048)&&(i<len);col++)      //连续读页内数据

   {dest[i]=nand_read_data();            //6.读数据

    i++;            
    src++;}

    col=0;}

    nand_deselect();                // 取消片选nCE
 
}