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1、. . .S3C2440对Nand Flash操作和电路原理K9F2G08U0AS3C2440内部集成了一个Nand flash控制器。S3C2440的Nand flash控制器包含了如下的特性：l 一个引导启动单元l Nand Flash存储器接口,支持8位或16位的每页大小为256字,512字节,1K字和2K字节的Nand flashl 软件模式：用户可以直接访问Nand Flash存储器,此特性可以用于Nand Flash存储器的读、擦除和编程。l S3C2440支持8/16位的Nand Flash存储器接口总线l 硬件ECC生成,检测和指示。l Steppingstone接口,支持大/
2、小端模式的按字节/半字/字访问。我用的开发板是天嵌的TQ2440,板子用到的Nand Flash是Samsung公司的K9F2G08U0A,它是8位的Nand flash。本文只介绍Nand Flash的电路原理和Nand Flash的读、写、擦除等基本操作,暂不涉及Nand Flash启动程序的问题。Nand Flash的电路连接如图 1所示：图 1 Nand Flash电路原理上图的左边为K9F2G08U0A与2440的连接图,原理方面就不多介绍,去看看datasheet估计就懂得了,右边的部分是S3C2440的Nand控制器的配置。配置引脚NCON,GPG13,GPG14和GPG15用来
3、设置Nand Flash的基本信息,Nand控制器通过读取配置引脚的状态获取外接的Nand Flash的配置信息,图 2是这四个配置引脚的定义：图 2 Nand控制配置引脚信息 由于K9F2G08U0A的总线宽度为8位,页大小为2048字节,需要5个寻址命令,所以NCON、GPG13和GPG14应该接高电平,GPG15应该接低电平。K9F2G08U0A没有地址或数据总线,只有8个IO口,这8个IO口用于传输命令、地址和数据。K9F2G08U0A主要以page页为单位进行读写,以block块为单位进行擦除。每一页中又分为main区和spare区,main区用于正常数据的存储,spare区用于存储
4、一些附加信息,如块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等。K9F2G08U0A的存储阵列如图 3所示：图 3 K9F2G08U0A内部存储阵列由上图,我们可以知道：K9F2G08U0A的一页为2K64字节2K表示的是main区容量, 64表示的是spare区容量,它的一块为64页,而整个设备包括了2048个块。这样算下来一共有2112M位容量,如果只算main区容量则有256M字节即256M8位。图 4 K9F2G08U0A地址序列要实现用8个IO口来要访问这么大的容量,如图 4所示：K9F2G08U0A规定了用5个周期来实现。第一个周期访问的地址为A0A7；第二个周期访问的地址为
5、A8A11,它作用在IO0IO3上,而此时IO4IO7必须为低电平；第三个周期访问的地址为A12A19；第四个周期访问的地址为A20A27；第五个周期访问的地址为A28,它作用在IO0上,而此时IO1IO7必须为低电平。前两个周期传输的是列地址,后三个周期传输的是行地址。通过分析可知,列地址是用于寻址页内空间,行地址用于寻址页,如果要直接访问块,则需要从地址A18开始。由于所有的命令、地址和数据全部从8位IO口传输,所以Nand flash定义了一个命令集来完成各种操作。有的操作只需要一个命令即一个周期即可,而有的操作则需要两个命令即两个周期来实现。K9F2G08U0A的命令说明如图 5所示：
6、图 5 K9F2G08U0A命令表为了方便使用,我们宏定义了K9F2G08U0A的常用命令#define CMD_READ10x00 /页读命令周期1#define CMD_READ20x30 /页读命令周期2#define CMD_READID 0x90 /读ID命令#define CMD_WRITE1 0x80 /页写命令周期1#define CMD_WRITE2 0x10 /页写命令周期2#define CMD_ERASE1 0x60 /块擦除命令周期1#define CMD_ERASE2 0xd0 /块擦除命令周期2#define CMD_STATUS0x70 /读状态命令#defin
7、e CMD_RESET0xff /复位#define CMD_RANDOMREAD1 0x05 /随意读命令周期1#define CMD_RANDOMREAD2 0xE0 /随意读命令周期2#define CMD_RANDOMWRITE 0x85 /随意写命令接下来介绍几个Nand Flash控制器的寄存器。Nand Flash控制器的寄存器主要有NFCONFNand Flash配置寄存器,NFCONTNand Flash控制寄存器,NFCMMDNand Flash命令集寄存器,NFADDRNand Flash地址集寄存器,NFDATANand Flash数据寄存器,NFMECCD0/1Nan
8、d Flash的main区ECC寄存器,NFSECCDNand Flash的spare区ECC寄存器,NFSTATNand Flash操作状态寄存器,NFESTAT0/1Nand Flash的ECC状态寄存器,NFMECC0/1Nand Flash用于数据的ECC寄存器,以及NFSECCNand Flash用于IO的ECC寄存器。 1NFCONF:2440的NFCONF寄存器是用来设置NAND Flash的时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1。配置寄存器的3:0是只读位,用来指示外部所接的Nand Flash的配置信息,它们是由配置引脚NCON,GPG13,GPG14和GPG15所决
9、定的比如说K9F2G08U0A的配置为NCON、GPG13和GPG14接高电平,GPG15接低电平,所以3:0位状态应该是1110。2NFCONT：用来使能/禁止NAND Flash控制器、使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC。它还有其他功能,在一般的应用中用不到,比如锁定NAND Flash。3NFCMMD：对于不同型号的Flash,操作命令一般不一样。参考前面介绍的K9F2G08U0A命令序列。4NFADDR:当写这个寄存器时,它将对Flash发出地址信号。只用到低8位来传输,所以需要分次来写入一个完整的32位地址,K9F2G08U0A的地址序列在图4已经做了详细说明。5NFDAT
10、A:只用到低8位,读、写此寄存器将启动对NAND Flash的读数据、写数据操作。6NFSTAT:只用到位0,用来检测NAND是否准备好。0：busy,1：ready。NFCONF寄存器使用TACLS、TWRPH0、TWRPH1这3个参数来控制NAND Flash信号线CLE/ALE与写控制信号nWE的时序关系,它们之间的关系如图6和图7所示：图6 CLE/ALE时序图图7 nWE和nRE时序图TACLS为CLE/ALE有效到nWE有效之间的持续时间,TWRPH0为nWE的有效持续时间,TWRPH1为nWE无效到CLE/ALE无效之间的持续时间,这些时间都是以HCLK为单位的。通过查阅K9F2
11、G08U0A的数据手册,我们可以找到并计算与S3C2440相对应的时序：K9F2G08U0A中的Twp与TWRPH0相对应,Tclh与TWRPH1相对应, TACLS应该是与Tcls相对应。K9F2G08U0A给出的都是最小时间, 2440只要满足它的最小时间即可。TACLS、TWRPH0、TWRPH1这三个变量取值大一些会更保险,在这里,这三个值分别取1,2和0。下面就开始详细介绍K9F2G08U0A的基本操作,包括复位,读ID,页读、写数据,随意读、写数据,块擦除等。为了更好地应用ECC和使能Nand Flash片选,我们还需要一些宏定义：#define NF_nFCE_LrNFCONT
12、&= 1; #define NF_CE_LNF_nFCE_L/打开nandflash片选#define NF_nFCE_HrNFCONT |= 1; #define NF_CE_H NF_nFCE_H /关闭nandflash片选#define NF_RSTECCrNFCONT |= 1; /复位ECC#define NF_MECC_UnLockrNFCONT &= 1; /解锁main区ECC#define NF_MECC_LockrNFCONT |= 1; /锁定main区ECC#define NF_SECC_UnLock rNFCONT &= 1; /解锁spare区ECC#define
13、 NF_SECC_LockrNFCONT |= 1; /锁定spare区ECCNFSTAT是另一个比较重要的寄存器,它的第0位可以用于判断nandflash是否在忙,第2位用于检测RnB引脚信号：#define NF_WAITRBwhile!rNFSTAT&1; /等待Nand Flash不忙#define NF_CLEAR_RBrNFSTAT |= 1; /清除RnB信号#define NF_DETECT_RBwhile!rNFSTAT&1; /等待RnB信号变高,即不忙NFCMMD,NFADDR和NFDATA分别用于传输命令,地址和数据,为了方便起见,我们可以定义一些宏定义用于完成上述操作：#define NF_CMD rNFCMD = ; /传输命令#define NF_ADDRrNFADDR = ; /传输地址#define NF_RDDATA rNFDATA /读32位数据#define NF_RDDATA8/读8位数据#define NF_WRDATArNFDATA = ; /写32位数据
