Nand读写操作

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1^# 大中小发表于 2008-9-11 12:34 AM 只看该作者

Nand读写操作

作者：蔡于清
www.another-prj.com
（约有修改）
% e a* d5 x3 C, m; s; Y$ ]* i+ [& B' r
正如硬盘的盘片被分为磁道，每个磁道又分为若干扇区，一块nand flash也分为若干block，每个block分为如干page。一般而言，block、page之间的关系随着芯片的不同而不同，典型的分配是这样的：
1block = 32page
1page = 512bytes(datafield) + 16bytes(oob)

% z( M  c% k; h2 Q( p5 K5 T3 u7 M
需要注意的是，对于flash的读写都是以一个page开始的，但是在读写之前必须进行flash的擦写，而擦写则是以一个block为单位的。同时必须提醒的是，512bytes理论上被分为1st half 和2sd half，每个half各占256个字节。
! }  r+ f2 K/ X- K4 H' h
我们讨论的K9F1208U0B总共有4096 个Blocks，故我们可以知道这块flash的容量为4096 *(32 *528)= 69206016 Bytes = 66 MB" ?' O/ l$ O4 Z9 n  t. E; b
但事实上每个Page上的最后16Bytes是用于存贮检验码和其他信息用的，并不能存放实际的数据，所以实际上我们可以操作的芯片容量为4096 *(32 *512) = 67108864 Bytes = 64 MB由上图所示，1个Page总共由528 Bytes组成，这528个字节按顺序由上而下以列为单位进行排列（1列代表一个Byte。第0行为第0 Byte ，第1行为第1 Byte，以此类推，每个行又由8个位组成，每个位表示1个Byte里面的1bit）。这528Bytes按功能分为两大部分，分别是Data Field和Spare Field，其中Spare Field占528Bytes里的16Bytes,这16Bytes是用于在读写操作的时候存放校验码用的，一般不用做普通数据的存储区，除去这 16Bytes,剩下的512Bytes便是我们用于存放数据用的Data Field，所以一个Page上虽然有528个Bytes，但我们只按512Bytes进行容量的计算。- m9 F8 p4 p6 F% c% E# l

读命令有两个，分别是 Read1,Read2其中Read1用于读取Data Field的数据，而Read2则是用于读取Spare Field的数据。对于Nand Flash来说，读操作的最小操作单位为Page，也就是说当我们给定了读取的起始位置后，读操作将从该位置开始，连续读取到本Page的最后一个 Byte为止（可以包括Spare Field）

Nand Flash的寻址
Nand Flash的地址寄存器把一个完整的Nand Flash地址分解成Column Address与Page Address.进行寻址。: y4 w% ~- ]4 @: Y/ C' j% M
Column Address: 列地址。Column Address其实就是指定Page上的某个Byte，指定这个Byte其实也就是指定此页的读写起始地址。
Paage Address：页地址。由于页地址总是以512Bytes对齐的，所以它的低9位总是0。确定读写操作是在Flash上的哪个页进行的。
Read1命令
当我们得到一个Nand Flash地址src_addr时我们可以这样分解出Column Address和Page Address& H' f* |% j; B# }8 p
column_addr=src_addr%512;                      // column address
page_address=(src_addr>>9);                      // page address
也可以这么认为，一个Nand Flash地址的A0~A7是它的column_addr，A9~A25是它的Page Address。(注意地址位A8并没有出现，也就是A8被忽略，在下面你将了解到这是什么原因)* w! w- J3 c) L' M8 F& l
Read1 命令的操作分为4个Cycle，发送完读命令00h或01h（00h与01h的区别请见下文描述）之后将分4个Cycle发送参数，1st.Cycle是发送Column Address。2nd.Cycle ,3rd.Cycle和4th.Cycle则是指定Page Address（每次向地址寄存器发送的数据只能是8位，所以17位的Page Address必须分成3次进行发送& t! f1 `4 K4 O! R! Z+ ]& S- ^
Read1的命令里面出现了两个命令选项，分别是00h和01h。这里出现了两个读命是否令你意识到什么呢？是的，00h是用于读写1st half的命令，而01h是用于读取2nd half的命令。现在我可以结合上图给你说明为什么K9F1208U0B的DataField被分为2个half了。
如上文我所提及的，Read1的1st.Cycle是发送Column Address，假设我现在指定的Column Address是0，那么读操作将从此页的第0号Byte开始一直读取到此页的最后一个Byte(包括Spare Field)，如果我指定的Column Address是127，情况也与前面一样，但不知道你发现没有，用于传递Column Address的数据线有8条（I/O0~I/O7，对应A0~A7，这也是A8为什么不出现在我们传递的地址位中），也就是说我们能够指定的 Column Address范围为0~255，但不要忘了，1个Page的DataField是由512个Byte组成的，假设现在我要指定读命令从第256个字节处开始读取此页，那将会发生什么情景？我必须把Column Address设置为256，但Column Address最大只能是255，这就造成数据溢出。。。正是因为这个原因我们才把Data Field分为两个半区，当要读取的起始地址（Column Address）在0~255内时我们用00h命令，当读取的起始地址是在256~511时，则使用01h命令.假设现在我要指定从第256个byte开始读取此页，那么我将这样发送命令串
column_addr=256;+ J& S0 ]1 b5 j% C
NF_CMD=0x01;                                      从2nd half开始读取
NF_ADDR=column_addr&0xff;                      1st Cycle. S* f9 e9 ?! T
NF_ADDR=page_address&0xff;                   2nd.Cycle
NF_ADDR=(page_address>>8)&0xff;          3rd.Cycle) s2 l/ Q8 |1 S. D  \
NF_ADDR=(page_address>>16)&0xff;          4th.Cycle' C" l, q0 U; g' r1 N! y: @
其中NF_CMD和NF_ADDR分别是NandFlash的命令寄存器和地址寄存器的地址解引用，我一般这样定义它们，( V; V: \! P. l3 @
#define rNFCMD       (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)       //NADD Flash command
#define rNFADDR       (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)       //NAND Flash address
事实上，当NF_CMD=0x01时，地址寄存器中的第8位（A8）将被设置为1（如上文分析，A8位不在我们传递的地址中，这个位其实就是硬件电路根据 01h或是00h这两个命令来置高位或是置低位），这样我们传递column_addr的值256随然由于数据溢出变为1，但A8位已经由于NF_CMD =0x01的关系被置为1了，所以我们传到地址寄存器里的值变成了
- d) s" y! y* D. [4 R
A0  A1  A2  A3  A4  A5  A6  A7  A8
1    0 0 0 0    0 0 0 1

这8个位所表示的正好是256，这样读操作将从此页的第256号byte（2nd half的第0号byte）开始读取数据。 nand_flash.c中包含3个函数& T% P& D/ L  F( a0 o
void nf_reset(void);
void nf_init(void);
void nf_read(unsigned int src_addr,unsigned  char *desc_addr,int size);( |$ a- w! n2 ?& q
nf_reset()将被nf_init()调用。nf_init()是nand_flash的初始化函数，在对nand flash进行任何操作之前，nf_init()必须被调用。
nf_read(unsigned int src_addr,unsigned  char *desc_addr,int size);为读函数，src_addr是nand flash上的地址，desc_addr是内存地址，size是读取文件的长度。
在nf_reset和nf_read函数中存在两个宏
NF_nFCE_L();
NF_nFCE_H();2 h, J0 h$ n' X9 E0 Y
你可以看到当每次对Nand Flash进行操作之前NF_nFCE_L()必定被调用，操作结束之时NF_nFCE_H()必定被调用。这两个宏用于启动和关闭Flash芯片的工作（片选/取消片选）。至于nf_reset()中的6 h3 V. Q9 }; d: V
rNFCONF=(1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
这一行代码是对NandFlash的控制寄存器进行初始化配置,rNFCONF是Nand Flash的配置寄存器，各个位的具体功能请参阅s3c2410数据手册。
现在举一个例子，假设我要从Nand Flash中的第5000字节处开始读取1024个字节到内存的0x30000000处，我们这样调用read函数
nf_read(5000, 0x30000000,1024);
我们来分析5000这个src_addr.' j  Z& c! b$ ?. _! M9 R
根据
column_addr=src_addr%512;       $ x' X4 P4 r* \% Q- a9 d' j
page_address=(src_addr>>9);    7 y: o, T$ b$ n
我们可得出column_addr=5000%512=392
page_address=(5000>>9)=9
于是我们可以知道5000这个地址是在第9页的第392个字节处，于是我们的nf_read函数将这样发送命令和参数8 I9 y: ~3 z. [% G; J, W7 y" N" w
column_addr=5000%512;4 t& C: k. a. _
>page_address=(5000>>9);
NF_CMD=0x01;                                        从2nd half开始读取6 ?5 ?3 O( w$ Q2 s# L$ b
NF_ADDR= column_addr &0xff;                   1st Cycle
NF_ADDR=page_address&0xff;                   2nd.Cycle3 M( i) q; [* }& c( U. |% Z
NF_ADDR=(page_address>>8)&0xff;          3rd.Cycle5 @7 M, J- t5 y& v& ]8 M# u2 k
NF_ADDR=(page_address>>16)&0xff;          4th.Cycle" ]; M3 K- j' x  F* G
向NandFlash的命令寄存器和地址寄存器发送完以上命令和参数之后,我们就可以从rNFDATA寄存器(NandFlash数据寄存器)读取数据了.) H2 u) {3 e- V/ I) o7 Z8 G2 {
我用下面的代码进行数据的读取.
for(i=column_addr;i<512;i++)# ?  `( ?- a# X( N5 Z
{2 n1 N/ ?9 K5 I2 W7 b' m
      *buf++=NF_RDDATA();/ ~2 o. }! p* o3 X* D" e4 x* Z/ ]
}
每当读取完一个Page之后,数据指针会落在下一个Page的0号Column(0号Byte).( h" u# p& n9 l% V& b' h% K& ~
下面是源代码：
/*! N" Z' |7 T' U" G$ ]5 Q/ |
www.another-prj.com' h8 {; l  B; W+ d
% q$ H" a; m2 c( f; z) P' f
author: caiyuqing

本代码只属于交流学习，不得用于商业开发
*/
#include "s3c2410.h"
#include "nand_flash.h"6 Y/ P7 Y8 v/ ~+ k! V$ `; S
static unsigned char seBuf[16]={0xff};
//--------------------------------------------------------------------------------------
unsigned short nf_checkId(void)% y# j* K% Z! G: `* J  ~
{
int i;
unsigned short id;% r/ b7 q$ n; F
NF_nFCE_L();       //chip enable2 r7 O: E4 J8 `/ Y0 ]% \: [: F

NF_CMD(0x90);       //Read ID( @9 b2 A6 H. M) t/ |  |
NF_ADDR(0x0);1 x3 L" u& x, u% `+ b
for(i=0;i<10;i++); //wait tWB(100ns)
8 X; x, \' W: o
id=NF_RDDATA()<<8; // Maker code(K9S1208V:0xec)
id|=NF_RDDATA(); // Devide code(K9S1208V:0x76)2 o! \2 c$ M* S# `0 ~3 Y# [& W

NF_nFCE_H();       //chip enable/ W( i: Q$ r0 y
return id;
}
//--------------------------------------------------------------------------------------* Q; A& B9 c4 k' e
static void nf_reset(void)
{
int i;
NF_nFCE_L();       //chip enable( m; }- {" v) P$ s4 r' ]$ |  f
NF_CMD(0xFF);       //reset command# {4 G, u7 N) I4 b& }4 m! X5 j3 q! ^) r
for(i=0;i<10;i++);    //tWB = 100ns.  O8 x/ C' u( A8 [
NF_WAITRB();       //wait 200~500us;
NF_nFCE_H();       //chip disable, D) b2 ]8 m6 O* ^3 a* I9 Q
}# R/ H# k/ t" U9 J. f/ B  J& T# g
//--------------------------------------------------------------------------------------3 a! n8 j, ]* ?7 i1 a* `
void nf_init(void)9 z! p! y) b) }6 e3 F5 Q  A
{9 o1 H# a+ v+ B
rNFCONF=(1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
//       1    1       1       1    1    xxx    r xxx,    r xxx
//       En    r r    ECCR nFCE=H tACLS tWRPH0    tWRPH16 f; S7 `5 [8 W
nf_reset();0 b% q, `' D, A3 A! f" T5 ?' x
}5 |& M& n& u% L
//--------------------------------------------------------------------------------------

void nf_read(unsigned int src_addr,unsigned  char *desc_addr,int size)
{  c" C, J2 k8 m+ ]* F, Q, C
int i;6 j0 J2 ~4 t$ B) Q7 X6 J
unsigned int column_addr = src_addr % 512;          // column address
unsigned int page_address = (src_addr >> 9);       // page addrress3 }4 t6 ^! `9 {" ~2 O+ |
unsigned char *buf = desc_addr;( J5 M, m: T( [% N( h  W: C
while((unsigned int)buf < (unsigned int)(desc_addr) + size)
{8 E/ ]. G9 R+ e! e) C, P6 T
      NF_nFCE_L();                   // enable chip0 T" x( ]8 I% m: ]2 o
      3 v# V* u& V5 f
      /*NF_ADDR和NF_CMD为nand_flash的地址和命令寄存器的解引用*/ 7 A  A+ y; \( ^4 @0 {5 O* j0 y
      if(column_addr > 255)             // 2end halft ) |. L( O7 B1 V: H! v! L. ~% a5 K
         NF_CMD(0x01);             // Read2 command. cmd 0x01: Read command(start from 2end half page)
      else
         NF_CMD(0x00);             // 1st halft?
      3 m& n$ v# k+ ]
      NF_ADDR(column_addr & 0xff);             // Column Address6 `- m+ ^; v  y" m% ]/ }
      NF_ADDR(page_address & 0xff);          // Page Address) y* p* B9 y' s6 N8 P4 v; k
      NF_ADDR((page_address >> 8) & 0xff);       // ...
      NF_ADDR((page_address >> 16) & 0xff);       // ..9 x1 F  [; J3 l5 B6 g) D
      for(i = 0; i < 10; i++);             // wait tWB(100ns)/////??????, [0 v  G) ~. |
         NF_WAITRB();                   // Wait tR(max 12us)# D. x! x6 h  i+ o
) W! S! R2 N) W; ?1 ?  H
      // Read from main area; Q- N  ~4 _5 K
      for(i = column_addr; i < 512; i++), ]( m& @2 @  K) r0 \+ Z
      {* Q0 E3 _# s/ o" g: [
         *buf++= NF_RDDATA();# _' w- {1 _% W
      }# _3 o/ Q" {+ |1 `
      NF_nFCE_H();                   // disable chip1 q8 b7 N/ g2 }( D/ }
      column_addr = 0;$ A7 Z, b# ?* T: ^3 Z# i
      page_address++;
}
return ;% d/ h, N. A2 |" \1 l
}

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