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1、wordS3C2440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(软件纠错)。l Steppingstone接
2、口，支持大/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、擦除等根本操作，暂不涉与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，右边的局部是S3C2440的Nand控制器的配置。配置引脚NCON，GPG13，GPG14和G
3、PG15用来设置Nand Flash的根本信息，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页为单位进展读写，以block块为单位进展擦除。每一页中又分为main区和spare区，main区用于正常数据的存储，spar
4、e区用于存储一些附加信息，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区容量如此有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
5、期访问的地址为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，如此需要从地址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，而有的操作如此需要两个命令即两个周期来实现。K9F2G08U0A的命令
6、说明如图 5所示：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
7、态命令#define CMD_RESET0xff /复位#define CMD_RANDOMREAD10x05 /随意读命令周期1#define CMD_RANDOMREAD20xE0 /随意读命令周期2#define CMD_RANDOMWRITE0x85 /随意写命令接下来介绍几个Nand Flash控制器的存放器。Nand Flash控制器的存放器主要有NFCONFNand Flash配置存放器，NFCONTNand Flash控制存放器，NFCMMDNand Flash命令集存放器，NFADDRNand Flash地址集存放器，NFDATANand Flash数据存放器，NFMECCD
8、0/1Nand Flash的main区ECC存放器，NFSECCDNand Flash的spare区ECC存放器，NFSTATNand Flash操作状态存放器，NFESTAT0/1Nand Flash的ECC状态存放器，NFMECC0/1Nand Flash用于数据的ECC存放器，以与NFSECCNand Flash用于IO的ECC存放器。 1NFCONF:2440的NFCONF存放器是用来设置NAND Flash的时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1。配置存放器的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G
9、PG15所决定的比如说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:当写这个存放器时，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。
10、5NFDATA:只用到低8位，读、写此存放器将启动对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存放器使用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
11、查阅K9F2G08U0A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的根本操作，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_L()
12、rNFCONT &= (11); #define NF_CE_L()NF_nFCE_L()/打开nandflash片选#define NF_nFCE_H()rNFCONT |= (11); #define NF_CE_H() NF_nFCE_H() /关闭nandflash片选#define NF_RSTECC()rNFCONT |= (14); /复位ECC#define NF_MECC_UnLock()rNFCONT &= (15); /解锁main区ECC#define NF_MECC_Lock()rNFCONT |= (15); /锁定main区ECC#define NF_SECC_U
13、nLock() rNFCONT &= (16); /解锁spare区ECC#define NF_SECC_Lock()rNFCONT |= (16); /锁定spare区ECCNFSTAT是另一个比拟重要的存放器，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_WAITRB()while(!(rNFSTAT & (10) ) ); /等待Nand Flash不忙#define NF_CLEAR_RB()rNFSTAT |= (12); /去除RnB信号#define NF_DETECT_RB()while(!(rNFSTAT&(12); /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(data) rNFCMD = (data); /传输命令#define NF_ADDR(addr)rNFADDR = (addr); /传输地址#define NF_RDDATA()rNFDATA)/读32位数据#define NF_RDDATA8()(rNFDATA8)/读8位数据#define NF_WRDATA(data)rNFDATA = (data); /写32位数据#d
