S3C2440对Nand Flash操作和电路原理(基于K9F2G08U0A)

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_L(){rNFCONT &= ~(1<<1); }

#define NF_CE_L()NF_nFCE_L()//打开nandflash片选

#define NF_nFCE_H(){rNFCONT |= (1<<1); }

#define NF_CE_H() NF_nFCE_H() //关闭nandflash片选

#define NF_RSTECC(){rNFCONT |= (1<<4); }//复位ECC

#define NF_MECC_UnLock(){rNFCONT &= ~(1<<5); }//解锁main区ECC

#define NF_MECC_Lock(){rNFCONT |= (1<<5); }//锁定main区ECC

#define NF_SECC_UnLock() {rNFCONT &= ~(1<<6); }//解锁spare区ECC

#define NF_SECC_Lock(){rNFCONT |= (1<<6); }//锁定spare区ECC

NFSTAT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_WAITRB(){while(!(rNFSTAT&(1<<0)));} //等待Nand Flash不忙

#define NF_CLEAR_RB(){rNFSTAT |= (1<<2); }//清除RnB信号

#define NF_DETECT_RB(){while(!(rNFSTAT&(1<<2)));}

//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

#define NF_WRDATA8(data) {rNFDATA8 = (data); }//写8位数据

首先，是初始化操作

void rNF_Init(void)

{

rNFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|( TWRPH1<<4)|(0<<0);//初始化时序参数

rNFCONT =

(0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0); //非锁定，屏蔽nandflash中断，初始化ECC及锁定main区和spare区ECC，使能nandflash片选及控制器

rNF_Reset();//复位芯片

}

复位操作，写入复位命令

static void rNF_Reset()

{

NF_CE_L();//打开nandflash片选

NF_CLEAR_RB();//清除RnB信号

NF_CMD(CMD_RESET); //写入复位命令

NF_DETECT_RB();//等待RnB信号变高，即不忙

NF_CE_H();//关闭nandflash片选

}

读取K9F2G08U0A芯片ID的操作如下：时序图在datasheet的figure18。首先需要写入读ID命令(0x90)，然后再写入0x00地址，并等待芯片就绪，就可以读取到一共五个周期的芯片ID，第一个周期为厂商ID，第二个周期为设备ID，第三个周期至第五个周期包括了一些具体的该芯片信息，函数如下

static char rNF_ReadID()

{

char pMID;

char pDID;

char cyc3, cyc4, cyc5;

NF_nFCE_L();//打开nandflash片选

NF_CLEAR_RB();//清RnB信号

NF_CMD(CMD_READID);//读ID命令

NF_ADDR(0x0); //写0x00地址

for ( i = 0; i < 100; i++ );等一段时间

//读五个周期的ID

pMID = NF_RDDATA8();//厂商ID：0xEC

pDID = NF_RDDATA8();//设备ID：0xDA

cyc3 = NF_RDDATA8();//0x10

cyc4 = NF_RDDATA8();//0x95

cyc5 = NF_RDDATA8();//0x44

NF_nFCE_H();//关闭nandflash片选

return (pDID);

}

下面介绍Nand Flash读操作，读操作是以页为单位进行的。如果在读取数据的过程中不进行ECC校验判断，则读操作比较简单，在写入读命令的两个周期之间写入要读取的页地址，然后读取数据即可。如果为了更准确地读取数据，则在读取完数据之后还要进行ECC校验判断，以确定所读取的数据是否正确。

在上文中已经介绍过，Nand Flash的每一页有两区：main区和spare区，main区用于存储正常的数据，spare区用于存储其他附加信息，其中就包括ECC校验码。当我们在写入数据的时候，我们就计算这一页数据的ECC校验码，然后把校验码存储到spare区的特定位置中，在下次读取这一页数据的时候，同样我们也计算ECC校验码，然后与spare区中的ECC校验码比较，如果一致则说明读取的数据正确，如果不一致则不正确。ECC的算法较为复杂，好在S3C2440能够硬件产生ECC校验码，这样就省去了不少的麻烦事。S3C2440既可以产生main区的ECC校验码，也可以产生spare区的ECC校验码。因为K9F2G08U0A是8位IO口，因此S3C2440共产生4个字节的main区ECC码和2个字节的spare区ECC码。在这里我们规定，在每一页的spare区的第0个地址到第3个地址存储main区ECC，第4个地址和第5个地址存储spare区ECC。

产生ECC校验码的过程为：在读取或写入哪个区的数据之前，先解锁该区的ECC，以便产生该区的ECC。在读取或写入完数据之后，再锁定该区的ECC，这样系统就会把产生的ECC码保存到相应的寄存器中。main区的ECC保存到NFMECC0/1中（因为K9F2G08U0A是8位IO口，因此这里只用到了NFMECC0），spare区的ECC保存到NFSECC中。对于读操作来说，我们还要继续读取spare区的相应地址内容，以得到上次写操作时所存储的main区和spare区的ECC，并把这些数据分别放入NFMECCD0/1和NFSECCD的相应位置中。最后我们就可以通过读取NFESTAT0/1（因为K9F2G08U0A是8位IO口，因此这里只用到了NFESTAT0）中的低4位来判断读取的数据是否正确，其中第0位和第1位为main区指示错误，第2位和第3位为spare区指示错误。

下面是一段具体的页读操作程序：

U8 rNF_ReadPage( U32 page_number )

{

U32 i, mecc0, secc;

NF_RSTECC();//复位ECC

NF_MECC_UnLock(); //解锁main区ECC

NF_nFCE_L();//使能芯片

NF_CLEAR_RB();//清除RnB

NF_CMD(CMD_READ1); //页读命令周期1，0x00

//写入5个地址周期

NF_ADDR(0x00); //列地址A0-A7

NF_ADDR(0x00); //列地址A8-A11

NF_ADDR((addr) & 0xff); //行地址A12-A19

NF_ADDR((addr >> 8) & 0xff); //行地址A20-A27

NF_ADDR((addr >> 16) & 0xff); //行地址A28

NF_CMD(CMD_READ2); //页读命令周期2，0x30

NF_DETECT_RB(); ////等待RnB信号变高，即不忙

for (i = 0; i < 2048; i++)

{

buf[i] = NF_RDDATA8();//读取一页数据内容

}

NF_MECC_Lock();//锁定main区ECC值

NF_SECC_UnLock();//解锁spare区ECC

mecc0=NF_RDDATA();//读spare区的前4个地址内容，即第2048~2051地址，这4个字节为main区的ECC

//把读取到的main区的ECC校验码放入NFMECCD0/1的相应位置内

rNFMECCD0=((mecc0&0xff00)<<8)|(mecc0&0xff);

rNFMECCD1=((mecc0&0xff000000)>>8)|((mecc0&0xff0000)>>16);

NF_SECC_Lock();//锁定spare区的ECC值

secc=NF_RDDATA();//继续读spare区的4个地址内容，即第2052~2055地址，其中前2个字节为spare区的ECC值

//把读取到的spare区的ECC校验码放入NFSECCD的相应位置内

rNFSECCD=((secc&0xff00)<<8)|(secc&0xff);

NF_nFCE_H();//关闭nandflash片选

//判断所读取到的数据是否正确

if ((rNFESTAT0&0xf) == 0x0)

return 0x66; //正确

else

return 0x44; //错误

}

这段程序是把某一页的内容读取到全局变量数组buffer中。该程序的输入参数直接就为K9F2G08U0A的第几页，例如我们要读取第128064页中的内容，可以调用该程序为：rNF_ReadPage(128064)。由于第128064页是第2001块中的第0页（128064＝2001×64＋0），所以为了更清楚地表示页与块之间的关系，也可以写为：rNF_ReadPage(2001*64)。

页写操作的大致流程为：在两个写命令周期之间分别写入页地址和数据，当然如果为了保证下次读取该数据时的正确性，还需要把main区的ECC值和spare区的ECC值写入到该页的spare区内。然后我们还需要读取状态寄存器，以判断这次写操作是否正确。下面就给出一段具体的页写操作程序，其中输入参数也是要写入数据到第几页：

U8 rNF_WritePage(U32 page_number)

{

U32 i, mecc0, secc;

U8 stat, temp;

temp = rNF_IsBadBlock(page_number>>6); //判断该块是否为坏块

if(temp == 0x33)

return 0x42; //是坏块，返回

NF_RSTECC(); //复位ECC

NF_MECC_UnLock();//解锁main区的ECC

NF_nFCE_L();//打开nandflash片选

NF_CLEAR_RB(); //清RnB信号

NF_CMD(CMD_WRITE1); //页写命令周期1

//写入5个地址周期

NF_ADDR(0x00);//列地址A0~A7

NF_ADDR(0x00); //列地址A8~A11

NF_ADDR((page_number) & 0xff);//行地址A12~A19

NF_ADDR((page_number >> 8) & 0xff); //行地址A20~A27

NF_ADDR((page_number >> 16) & 0xff); //行地址A28

for (i = 0; i < 2048; i++)//写入一页数据

{

NF_WRDATA8((char)(i+6));

}

NF_MECC_Lock();//锁定main区的ECC值

mecc0=rNFMECC0; //读取main区的ECC校验码

//把ECC校验码由字型转换为字节型，并保存到全局变量数组ECCBuf中

ECCBuf[0]=(U8)(mecc0&0xff);

ECCBuf[1]=(U8)((mecc0>>8) & 0xff);

ECCBuf[2]=(U8)((mecc0>>16) & 0xff);

ECCBuf[3]=(U8)((mecc0>>24) & 0xff);

NF_SECC_UnLock(); //解锁spare区的ECC

//把main区的ECC值写入到spare区的前4个字节地址内，即第2048~2051地址

for(i=0;i<4;i++)

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_SECC_Lock(); //锁定spare区的ECC值

secc=rNFSECC; //读取spare区的ECC校验码

//把ECC校验码保存到全局变量数组ECCBuf中

ECCBuf[4]=(U8)(secc&0xff);

ECCBuf[5]=(U8)((secc>>8) & 0xff);

//把spare区的ECC值继续写入到spare区的第2052~2053地址内

for(i=4;i<6;i++)

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_CMD(CMD_WRITE2);//页写命令周期2

delay(1000); //延时一段时间，以等待写操作完成

NF_CMD(CMD_STATUS); //读状态命令

//判断状态值的第6位是否为1，即是否在忙，该语句的作用与NF_DETECT_RB();相同

do{

stat = NF_RDDATA8();

}while(!(stat&0x40));

NF_nFCE_H(); //关闭Nand Flash片选

//判断状态值的第0位是否为0，为0则写操作正确，否则错误

if (stat & 0x1)

{

temp = rNF_MarkBadBlock(page_number>>6);//标注该页所在的块为坏块

if (temp == 0x21)

return 0x43 //标注坏块失败

else

return 0x44; //写操作失败

}

else

return 0x66; //写操作成功

}