芯片的型号：K9F2G08U0C

摘要: 本文以S3C2440为例来讲解NAND FLASH控制器的使用方法. 例程中故意将一部分代码放置到 nand 的4k 字节之后, 因无法自动拷贝到steppingstone, 所以需要读取nand中的内容到sdram, 本例程重点关注nand的初始化和读取.

1. 硬件部分：

1.1 简介：

芯片大小：256M Byte
记忆单元阵列：(256M + 8,192K)bit x 8bit
擦写次数比较少：10 万次
数据保留时间：10 年
8个IO 口进行数据和地址的复用，因此，读写的时候要用到多个周期

引脚定义及接法

1.2 内部存储单元的组织结构：

K9F2G08U0C共有2048个Block(块), 每个Block含有64 Page(页), 每个Page含有2k byte的正常存储空间以及64 byte的校验空间 .

总空间 = 2048 * 64 * (2 * 1024 + 64) byte = 264MB

实际存储空间 = 2048 * 64 * 2 * 1024 byte = 256MB

对 nandflash 的结构的几点说明：

一页中 1k 表示的是main 区（用于存储用户数据）容量，32 表示的是 spare 区（用于在读写操作的时候存放校验码）容量
块的大小一般是 128kb、256kb、512kb，貌似这里更小，是64kb
每个块里边包含很多页，老的 nandflash ，页大小是 256 Bytes、512Bytes，这类被称作 small block，地址周期只有 4 个。常见的nandflash，页大小多数是 2k Bytes，被称作 big block，地址周期 5 个，更新的 nandflash 页大小是 4k Bytes，这里的这个芯片，页大小是 2k Bytes，属于 big block。
这个芯片的写操作是以页为单位的，擦除是以块为单位的。
在一个块中，对每一页的编程必须是顺序的，比如，一个块中有128个页，那么你只能先对 Page0 编程，再对 Page1 编程 ...
为了能让 nandflash 作为启动介质，s3c2440 内部集成了4k 的 sram ，当从 nand 启动的时候，nandflash 代码的前 4k 空间会被赋值到 s3c2440 内部，然后从内部的 sram 开始启动。
s3c2440 硬件产生 ECC 校验码。

1.3寻址方式：

NAND的读写的最小单位为Page：

小页：

大页：(K9F2G08U0C共有2048个Block(块), 每个Block含有 64 Page(页)，所以我们这款芯片为大页读写)

JZ2440的NandFlash控制器

列地址: 进行 Block 和 Page 寻址

行地址: 进行 Page 内寻址

如何区分Nandflash读写是大页还是小页点我！

2. 软件部分：

由于 s3c2440 内部有nand 的控制器，去查看2440的数据手册，自己编写时序操作程序不是明智的选择，正确的方式是一步一步配置好 s3c2440 的 nandflash 控制器，然后对应查看K9F2G08U0C的芯片手册看是否符合要求！

在此以读Nandflash为例子来配置寄存器。

2.1 初始化部分：

设置好时序中的几个间隔时间：

从 s3c2440 芯片手册上可以知道：

图1：

对于 CLE/ALE 上的时序，我们需要设置 TACLS，TWRPH0，TWRPH1，这几个都在 NFCONF 寄存器里。

寄存器

地址

R/W

描述

复位值

NFCONF

0x4E000000

R/W

Nandflash 的配置寄存器

0x0000100X

NFCONF

Bit

描述

初始值

Reserved

[15:14]

保留

-

TACLS

[13:12]

CLE & ALE duration setting value (0~3)

Duration = HCLK x TACLS

01

...

...

...

...

TWRPH0

[10:8]

TWRPH0 duration setting value (0~7)

Duration = HCLK x ( TWRPH0 + 1 )

000

...

...

...

...

TWRPH1

[6:4]

TWRPH1 duration setting value (0~7)

Duration = HCLK x ( TWRPH1 + 1 )

000

从这里之后的几个都是由硬件决定（就是上下拉）的不需要软件来管。

原理图中的这个地方设置的是上表中 TWRPH1 之后的位：

CCON = 1; // 支持 1k 字节或 2k 字字节每页的NAND flash存储器

GPG13 = 1; // 每页 2k 字节

GPG14 = 1; // 5个地址周期

GPG15 = 0; // 8位总线

要求上边的 TACLS、TWRPH0、TWRPH1 的值：

我们假设 HCLK 为最大值 136MHz ，稍作分析可得，我们实际的HCLK肯定要小很多，但是如果最大值满足那么小一点的HCLK肯定满足条件！则 HCLK 的周期是 1/136MHz = 7.4ns<flash时钟来自于HCLK后面讲时钟会提到>
查看 nandflash 的数据手册，找到跟时间相关的时序图和时间：

时间表：

时序：

找一个跟上边红色数字 图1 中都有的一张时序图：

我们把图一也拿过来

图1：

则

TACLS 时间是 tCLS -tWP，查时间表得到 12ns -12ns = 0ns

根据寄存器中描述的计算公式：Duration = HCLK x TACLS => 0ns = 7.4ns x TACLS => TACLS = 0

TWRPH0 的时间是 tWP ，查时间表得到 12ns

根据寄存器中描述的计算公式：Duration = HCLK x ( TWRPH0 + 1 ) => 12ns = 7.4ns x (TWRPH0 + 1) => TWRPH0 = 1.6 ,由于他的取值范围是 (0~7) ,并且，时间表中的时间是最小能识别的时间，那我们取TWRPH0 =3

TWRPH1 的时间是 tclh = 5ns

根据寄存器中描述的计算公式：Duration = HCLK x ( TWRPH1 + 1 ) => 5ns = 7.4ns x (TWRPH1 + 1) => TWRPH1 = 0 即定能满足

[cpp] view
plain copy
 print?

#define NFCONF  (*((volatile unsigned long *)0x4E000000))  

void nand_init(void )  

{  

    #define TACLS   0  

    #define TWRPH0  3  

    #define TWRPH1  0  

    /* 设置时序 */  

    NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);  

    /* 使能 nandflash 控制器，初始化ECC，关片选 */  

    NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);  

}

2.2 芯片的选择和禁止（让芯片操作 CE 引脚）：

[cpp] view
plain copy
 print?

#define NFCONT  (*((volatile unsigned long *)0x4E000004))  

void nand_select(void )  

{  

    NFCONT &= ~(1<<1);  

}  

void nand_deselect(void )  

{  

    NFCONT |= (1<<1);  

}

2.3 写命令和写地址：

[cpp] view
plain copy
 print?

// 写命令 注意是八位的命令  

#define NFCMMD (*((volatile unsigned char *)0x4E000008))  

void nand_cmd(unsigned char cmd)  

{  

 volatile int i;  

 NFCMMD = cmd;  

 for (i = 0; i<10; i++); // 延时一段时间  

}  

// 写地址  
(大页)

#define NFADDR (*((volatile unsigned char *)0x4E00000C))  

#define NAND_SECTOR_SIZE    2048  

#define NAND_BLOCK_MASK     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)  

void nand_addr(unsigned int addr)  

{  

// unsigned int col = addr % 2048;  

// unsigned int page = addr / 2048;  

 col = addr & NAND_BLOCK_MASK;  

 page = addr / NAND_SECTOR_SIZE;  

 volatile int i;  

 NFADDR = col & 0xff;                /* Column Address A0~A7 */  

 for (i = 0; i<10; i++);  

 NFADDR = (col>>8) & 0x0f;       /* Column Address A8~A11 */  

 for (i = 0; i<10; i++);  

 NFADDR = page & 0xff;            /* Row Address A12~A19 */  

 for (i = 0; i<10; i++);  

 NFADDR = (page>>8) & 0xff;   /* Row Address A20~A27 */  

 for (i = 0; i<10; i++);  

 NFADDR = (page>>16) & 0x03;  /* Row Address A28~A29 */  

 for (i = 0; i<10; i++);  

}

对程序的解释：

flash芯片的手册上有对于大页 flash 的访问各个周期传递的位：

因此上边的命令 NFADDR = ... 就不难理解了。

至于，各个周期间的延时：

从flash芯片的数据手册上知道：

对于 I/O 引脚上的数据进行采集是在 WE 的上升沿进行的，因此，每两个周期的间隔至少应该大于一个 tDS = 12ns，而对 flash 他的时钟来自 HCLK =136MHz，即使是单周期指令，也要 1/136MHz=7.4ns，因此，要延时一段时间。

2.4 读数据：

flash 芯片上：

[cpp] view
plain copy
 print?

#define NFSTAT (*((volatile unsigned char *)0x4E000020))  

#define NFDATA (*((volatile unsigned char *)0x4E000010))  

void nand_wait_teady(void)  

{  

    while(!(NFSTAT & 1))  

         for(i = 0; i < 10; i++);  

}  

unsigned char nand_data(void)  

{  

    return NFDATA;  

}  

/* 

* 参数的含义： 从NAND Flash位置start_addr开始，将数据复制到SDRAM地址buf处，共复制size字节

*/  

void nand_read(unsignedchar* buf, unsignedlong
start_addr, int size)

{  

    int i,j;  

  if((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)){

return;

   }

   nand_select_chip(); //选中芯片  

   for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) 

    {  

        write_cmd(0x00); // 发出读命令 00h  

        write_addr(i); // 发送读的地址  

        write_cmd(0x30); // 发出读命令 30h  

        nand_wait_ready(); // 等待不忙  

        for(j=0;
j < NAND_SECTOR_SIZE; j++,i++)  

        {  

            *buf = read_data(); // 读数据    

            buf++;  

        }    

    }  

    nand_deselect_ship(); // 取消片选

    return ;  

}

总结一下：

（1）选中芯片

（2）发送00h

（3）发出地址

（4）发30h

（5）等待就绪

（6）读一页数据

2.5 复位 flash 芯片：

知道了上边的命令的表格，那复位的实现也就简单了：

[cpp] view
plain copy
 print?

void nand_reset(void)  

{  

    nand_select_chip(); // 选中芯片  

    write_cmd(0xff);  

    nand_wait_ready();  

    nand_deselect_chip();  

}

3.NandFlash操作实例

篇幅有限，点击跳转NandFlash 控制器操作实例：读Flash

寄存器	地址	R/W	描述	复位值
NFCONF	0x4E000000	R/W	Nandflash 的配置寄存器	0x0000100X

NFCONF	Bit	描述	初始值
Reserved	[15:14]	保留	-
TACLS	[13:12]	CLE & ALE duration setting value (0~3) Duration = HCLK x TACLS	01
...	...	...	...
TWRPH0	[10:8]	TWRPH0 duration setting value (0~7) Duration = HCLK x ( TWRPH0 + 1 )	000
...	...	...	...
TWRPH1	[6:4]	TWRPH1 duration setting value (0~7) Duration = HCLK x ( TWRPH1 + 1 )	000
从这里之后的几个都是由硬件决定（就是上下拉）的不需要软件来管。