摘自：《嵌入式Linux应用开发完全手册》——韦东山 一、NAND Flash介绍和NAND Flash控制器的使用 NAND Flash在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘 常见的Flash有NOR Flash和NAND Flash，NOR Flash上进行读取的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，容量一般比较小；NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高，并且容量更大。一般NOR Flash用于存储程序，NAND Flash用于存储数据。 1）NAND Flash的物理结构 笔者用的开发板上NAND Flash型号是K9F1G08，大小为128M，下图为它的封装和外部引脚 * NandFlash接口信号较少 * 数据宽度只有8Bit，没有地址总线。地址和数据总线复用，串行读取
信号名称 信号描述 IO[7..0] 数据总线 CE# 片选信号(Chip Select)，低电平有效 WE# 写有效(Write Enable)，低电平表示当前总线操作是写操作 RE# 读有效(Read Enable)，低电平表示当前总线操作是读操作 CLE 命令锁存(Command Latch Enable)信号，写操作时给出此信号表示写命令 ALE 地址/数据锁存(Address Latch Enable)信号，写操作时给出此信号表示写地址或数据 WP# 写保护(Write Protect)信号 R/B 忙(Read/Busy)信号   2）K9F1G08功能结构图如下   K9F1G08内部结构有下面一些功能部件 ①X-Buffers Latches & Decoders：用于行地址 ②X-Buffers Latches & Decoders：用于列地址 ③Command Register：用于命令字 ④Control Logic & High Voltage Generator：控制逻辑及产生Flash所需高压 ⑤Nand Flash Array：存储部件 ⑥Data Register & S/A：数据寄存器，读、写页时，数据存放此寄存器 ⑦Y-Gating ⑧I/O Buffers & Latches ⑨Global Buffers ⑩Output Driver 3）NAND Flash 存储单元组织结构图如下：   K9F1G08容量为1056Mbit，分为65536行（页）、2112列，每一页大小为2kb，外加64字节的额外空间，这64字节的额外空间的列地址为2048-2111 命令、地址、数据都通过IO0-IO7输入/输出，写入命令、地址或数据时，需要将WE、CE信号同时拉低，数据在WE信号的上升沿被NAND FLash锁存；命令锁存信号CLE、地址锁存信号ALE用来分辨、锁存命令或地址。 K9F1G08有128MB的存储空间，需要27位地址，以字节为单位访问Flash时，需要4个地址序列 NandFlash地址结构 * NandFlash设备的存储容量是以页(Page)和块(Block)为单位的。 * Page=528Byte (512Byte用于存放数据，其余16Byte用于存放其他信息，如块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等)。 * Block=32Page * 容量为64MB的NandFlash存储结构为：512Byte×32Page×4096Block * NandFlash以页为单位进行读和编程（写）操作，一页为512Byte；以块为单位进行擦除操作，一块为512Byte*32page=16KB * 对于64MB的NAND设备，需要26根地址线，由于NAND设备数据总线宽度是8位的，因此必须经过4个时钟周期才能把全部地址信息接收下来
  I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0 第一个周期 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 第二个周期 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 第三个周期 A23 A22 A21 A20 A19 A18 A17 A16 第四个周期             A25 A24   * 可以这么说，第一个时钟周期给出的是目标地址在一个page内的偏移量，而后三个时钟周期给出的是页地址。 * 由于一个页内有512Byte，需要9bit的地址寻址，而第一个时钟周期只给出了低8bit，最高位A8由不同的读命令(Read Mode2)来区分的。 4）. NandFlash的命令  NAND Flash访问方法 NAND Flash硬件连接如下图：   NAND Flash和S3C2440的连线包括，8个IO引脚，5个使能信号（nWE、ALE、CLE、nCE、nRE）、1个状态引脚（R/B）、1个写保护引脚（nWP）。地址、数据和命令都是在这些使能信号的配合下，通过8个IO引脚传输。写地址、数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在 nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存使能信号ALE用来区别IO引脚上传输的是命令还是地址。   命令字及操作方法         操作NAND Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读写数据，这个期间要检查Flash的状态。K9F1G08容量为128MB，需要一个27位的地址，发出命令后，后面要紧跟着4个地址序列。 下图为K9F1G08的命令字 下图为K9F1G08的地址序列 K9F1G08有2112列，所以必须使用A0-A11共12位来寻址，有65535行，所以必须使用A12-A27共16位来寻址。   3）S3C2440 NAND Flash控制器介绍 NAND Flash的读写操作次序如下： ①设置NFCONF配置NAND Flash ②向NFCMD寄存器写入命令 ③向NFADDR寄存器写入地址 ④读写数据：通过寄存器NFSTAT检测NAND Flash的状态，在启动某个操作后，应该检测R/nB信号以确定该操作是否完成、是否成功。   下面介绍这些寄存器： ①NFCONF：配置寄存器         用来设置NAND Flash的时序参数，设置数据位宽，设置是否支持其他大小的页等。 ②NFCONT：控制寄存器         用来使能NAND Flash控制器、使能控制引脚信号nFCE、初始化ECC，锁定NAND Flash等功能 ③NFCMD：命令寄存器         用来发送Flash操作命令 ④NFADDR：地址寄存器         用来向Flash发送地址信号 ⑤NFDATA：数据寄存器         读写此寄存器启动对NAND Flash的读写数据操作 ⑥NFSTAT：状态寄存器         0：busy，1：ready   二、NAND Flash控制器操作实例：读Flash 1）读NAND Flash的步骤 ①设置NFCONF         在HCLK=100Mhz的情况下，TACLS=0，TWRPH0=3，TWRPH1=0，则         NFCONF = 0x300         使能NAND Flash控制器、禁止控制引脚信号nFCE，初始化ECC         NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0) ②操作NAND Flash前，复位         NFCONT &= ~(1<<1)        发出片选信号         NFCMD = 0xff        reset命令         然后循环查询NFSTAT位0，直到等于1，处于就绪态         最后禁止片选信号，在实际使用时再使能         NFCONT |= 0x2        禁止NAND Flash ③发出读命令         NFCONT &= ~(1<<1)        发出片选信号         NFCMD = 0        读命令 ④发出地址信号 ⑤循环查询NFSTAT，直到等于1 ⑥连续读NFDATA寄存器，得到一页数据 ⑦最后禁止NAND Flash片选信号         NFCONT |= (1<<1)    2）代码详解 本实例的目的是把一部分代码存放在NAND Flash地址4096之后，当程序启动后通过NAND Flash控制器读出代码，执行。 连接脚本 nand.lds   SECTIONS {    firtst   0x00000000 : { head.o init.o nand.o}   second  0x30000000 : AT(4096) { main.o } }  head.o init.o nand.o三个文件运行地址为0，生成的镜像文件偏移地址也为0 main.0的运行地址为0x30000000，生成的镜像文件偏移地址为4096     @****************************************************************************** @ 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 用于初始化操作 /* 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 用于操作nand flash   #define BUSY            1   #define NAND_SECTOR_SIZE_LP    2048        //K9F1G08使用2048+64列 #define NAND_BLOCK_MASK_LP     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)   typedef unsigned int S3C24X0_REG32;   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;        //此结构体存储操作NAND Flash相关寄存器     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;        //存储nand相关操作的函数地址   static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000;        //s2c2440nand控制器地址   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);   /* 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);   /* 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))        //*p=1表示就绪，跳出循环         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_lp(unsigned int addr) { int i; volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR; int col, page;   col = addr & NAND_BLOCK_MASK_LP;        //取得列地址 page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP;        //取得行地址 *p = col & 0xff; /* 列地址 A0~A7 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (col >> 8) & 0x0f; /* 列地址 A8~A11 */ for(i=0; i<10; i++); *p = page & 0xff; /* 行地址 A12~A19 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (page >> 8) & 0xff; /* 行地址 A20~A27 */ for(i=0; i<10; i++); *p = (page >> 16) & 0x03; /* 行地址 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         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;         nand_chip.write_addr         = s3c2440_write_addr_lp;         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 用于把nand flash中代码复制到sdram中*/ void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size) {     int i, j;       if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {         return ;    /* 地址或长度不对齐 */     }         /* 选中芯片 */     nand_select_chip();       for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {       /* 发出READ命令 */       write_cmd(0);         /* 写地址 */ &n