uboot-step 13 NandFlash 做硬盘

• NandFlash 简介
  • 内部结构
  • 编址方式
  • 信号引脚
  • 命令设置
• S3c6410 NCONF
• 代码实现
• 参考链接

NandFlash 简介

对于嵌入式设备来说，NandFlash就相当于电脑中硬盘的作用，我们的代码和数据都存储在上面。

分类

• SLC (Single level cell): 单层式存储 每个存储单元存一位数据

• MLC (multi level cell): 多层式存储 每个存储单元存两位数据

  |分类|价格|寿命|速度|功耗|
  |---|---|---|---|
  |SLC|高|10万|快3倍|低|
  |MLC|低|1万|慢|高15%|

内部结构

NandFlash分为块（Block）和页（Pages），如下图：

nand.png

上图是开发板所采用的Flash芯片的datasheet里面的框图，总共大小为256M
每页分为main区和spare区，main去用来存保存的数据，spare存储一些附加信息，比如坏块的标记，ECC校验和等，此处所用的Nandflash的main区有2K大小，还有64个Bytes的spare区，每块有64页，共有128KPages，总共有256MByte的存储空间

编址方式

与内存的编址方式不同，NandFlash的编址方式为独立编址，内存属于统一编址，占据了cpu的地址空间，而NandFlash有自己的地址空间，并不占用CPU的地址空间。NandFlash的地址分为行地址与列地址，行地址即为页地址，列地址为页内偏移。下面是寻址所用的周期数，前两个周期发送列地址，后三个周期发送行地址，总共需要5个周期发送地址。

addr.png

信号引脚

pin.png

引脚如上图所示，NandFlash总共有IO0~IO7八个IO口，数据，命令，和地址都需要这8个IO口来进行传输

• CLE，ALE ：命令，地址使能引脚，代表当前传输的数据是地址还是命令
• CE，RE，WE ：片选，读写使能引脚，低有效
• WP，R/B: 保护使能引脚，准备、忙状态引脚，可以得知NandFlash的工作状态

命令设置

command.png

NandFlash使用流程 读，写，擦除

write.png
read.png

S3C6410 NandFlash Controler

6410.png

如上图，为S3C6410的Nand Flash Controller 与NandFlash的接口框图，将对应的引脚与NandFlash进行连接
使用之前，首先要对相关的寄存器进行配置，圈出来的是常用的，剩下的是与ECC校验相关的寄存器相关的寄存器如下:

register.png

配置寄存器： 这里主要设置TACLS，TWRPH0，TWRPH1 时序参数和ECC配置

NFCONF.png

控制寄存器： 使能,片选等控制信号

control.png

地址寄存器，数据寄存器，命令寄存器

misc.png

状态寄存器:主要是看NANDFlash状态是繁忙还是已准备好

stat.png

代码实现

前面我们代码搬移的时候是从steppingstone中搬移到内存中的，实际上正确的应该是从NandFlash 中搬移到内存中，因此需要重写代码搬移的函数，在代码搬移之前，需要先进行NandFlash的初始化。
下面是NandFlash简单驱动文件nand.c,没有进行ECC校验，无法保证数据正确

/*
tiny6410用的nandflash为 一页2K
*/


#define NFCONF             (*((volatile unsigned long*)0x70200000))
#define NFCONT             (*((volatile unsigned long*)0x70200004))
#define NFCMMD             (*((volatile unsigned char*)0x70200008))
#define NFSTAT             (*((volatile unsigned char*)0x70200028))
#define NFADDR             (*((volatile unsigned char*)0x7020000c))
#define NFDATA             (*((volatile unsigned char*)0x70200010))

void select_ship(void)
{
NFCONT &= ~(1<<1);  //CE引脚接到了ncs[2] 这个引脚上
}

void delselect_ship(void)
{
    NFCONT |= (1<<1); //CE
}

void clean_RnB()
{
    NFSTAT |= (1<<4);
} 
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{
    NFCMMD = cmd;   
}

void wait_RnB(void)
{
    while(!(NFSTAT & 0x1));
}

void nand_addr(unsigned char addr)
{
    NFADDR = addr;
}

void nand_reset(void)
{
    /* 选中 */
    select_ship();

    /* 清除RnB */
    clean_RnB();
        
    /* 发出复位信号 */
    nand_cmd(0xff);

    /* 等待就绪 */
    wait_RnB();

    /* 取消选中 */
    delselect_ship();
}

void nand_init(void)
{ 


    /* 设置时间参数 */
#define TACLS  7
#define TWRPH0 7
#define TWRPH1 7
    
    NFCONF &= ~((7<<12)|(7<<8)|(7<<4));
    NFCONF |= (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);

    /* 使能 nandflash controller*/
    NFCONT = 1 | (1<<1);



/* 复位 */
nand_reset();
}

void NF_PageRead(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int i;


    /* 选中芯片 */
    select_ship();
    
    /* 清除RnB */
    clean_RnB();

    /* 发出命令0x00 */
     nand_cmd(0x00);
    
     /* 发出列地址 */
    nand_addr(0x00);
    nand_addr(0x00);

    /* 发出行地址 */
nand_addr(addr&0xff);
nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));
    
/* 发出命令0x30 */
 nand_cmd(0x30);
    
/* 等待就绪 */
 wait_RnB();
    
/* 读数据 */
 for(i = 0; i<1024*2; i++)
{
    *buff++ = NFDATA;
}
    
  
 /* 取消片选 */
 
 delselect_ship();
 
}


void nand_to_ram(unsigned long start_addr,unsigned char* sdram_addr,int size)
{
    int i;
        
for( i=(start_addr >>11); size>0;)
{
    NF_PageRead(i,sdram_addr);  
    size -= 2048;
    sdram_addr += 2048;
    i++;
}
    
}


int NF_Erase(unsigned long addr)
{
int ret;

//选中flash芯片
select_ship();

//清除RnB
clean_RnB();

//发送命令60
nand_cmd(0x60);

//发送行地址（3个周期）
nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

//发送命令D0
nand_cmd(0xD0);

//等待RnB
wait_RnB();

//发送命令70
nand_cmd(0x70);

//读取擦除结果
ret = NFDATA;

//取消选中flash芯片
delselect_ship();

return ret;
}

int NF_WritePage(unsigned long addr,unsigned char* buff)
{
    int ret,i;

    //选中flash芯片
    select_ship();

    //清除RnB
    clean_RnB();

    //发送命令80
    nand_cmd(0x80);

    //发送列地址（2个周期）
    nand_addr(0x00);
        nand_addr(0x00);
    
    //发送行地址（3个周期）
    nand_addr(addr&0xff);
    nand_addr((addr >>8 ) & (0xff));
    nand_addr((addr >>16 ) & (0xff));

//写入数据
    for(i=0;i<1024*2;i++)
    {
        NFDATA = buff[i];   
    }

//发送命令10
nand_cmd(0x10);

//等待RnB
wait_RnB();

//发送命令70
nand_cmd(0x70);

//读取写入结果
ret = NFDATA;

//取消选中flash芯片
delselect_ship();

return ret;
}

由于以前是从steppingstone中搬移代码到内存，现在更改为从flash中，新改的start.s文件如下，只有改动部分

reset:
    bl set_svc
    bl set_peri_port
    bl disable_watchdog
    bl disable_interrupt
    bl disable_mmu
    bl init_clock
    bl mem_init
    bl init_stack  //由于要跳转到c语言中运行，先要设置堆栈，进行堆栈初始化
    bl nand_init  //copy 到内存之前，要先进行flash的初始化

    bl copy_to_ram //跳转到去拷贝代码
    bl clean_bss
    ldr pc, =gboot_main


copy_to_ram:
    mov r0,#0 
    ldr r1,=_start
    ldr r2,=bss_end

    sub r2,r2,r1
    mov ip,lr        //调用之前先保存当前的lr指针，后面要恢复的 ip寄存器是r12寄存器
    bl nand_to_ram  //这里牵扯到汇编调用c函数的参数传递，r0，r1,r2,分别为函数的第1,2,3个参数，正好对应读flash函数的flash开始地址r0=0，目标地址r1=0x50008000和复制大小r2=bss_end - _start=整个代码的大小   
    mov lr,ip


    mov pc,lr



init_stack:
    msr cpsr_c, #0xd2
    ldr sp, =0x53000000 //初始化r13_irq
    msr cpsr_c, #0xd3
    ldr sp, =0x54000000  //初始化R13_svc
    mov pc ,lr

下面是主程序，main.c 首先写入了一些数据，然后读出来判断数据是否正确

unsigned char buf[1024*2];
#ifdef MMU_ON
    mmu_init();
#endif
    
led_init();
button_init();
init_irq();
 
led_off();

NF_Erase(128*1+1);
buf[0] = 100;
NF_WritePage(128*1+1,buf);

buf[0] = 10;
NF_PageRead(128*1+1,buf);

if( buf[0] == 100 )
    led_on();
    
while(1);

return 0;

---

此去经年
zhaiyk@sina.cn
August 11, 2016