JZ2440 NAND Flash控制器

最新推荐文章于 2024-09-03 16:38:06 发布

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#S3C2440 #JZ2440 #NANDFLASH

本文详细介绍了NAND Flash的工作原理与初始化过程，并通过具体实例讲解了如何在S3C2440平台上实现NAND Flash的读取操作。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

裸机系列代码地址：链接：http://pan.baidu.com/s/1pLHOd0v 密码：4x5s

NAND Flash在嵌入式系统中的地位与PC上的硬盘类似，用于保存系统运行所必须的操作系统，应用程序，用户数据，

运行过程中产生的各类数据。
NOR Flash：支持XIP，即代码可以直接在NOR Flash上运行，无需复制到内存中，NOR Flash的接口与ARM完全相同
可以随意访问地址的数据。在NOR Flash上常用JFFS2文件系统
NAND Flash：为支持 NAND 启动，系统内配了一个4K的ram（steppingstone），系统上电时，硬件自动将NAND前4k的内容
拷贝到这个4k的片内ram上，然后在ram上执行前4k的程序，前4k的程序需要把NAND Flash中的代码拷贝到SDRAM上，然后在
SDRAM上继续执行。NAND 上常用YAFFS文件系统

NAND Flash与S3C2440的连线
8个IO引脚（IO0-IO8）
5个使能信号: nWE（写信号）
ALE（地址锁存信号）
CLE（命令锁存信号）
nCE（片选信号）
nRE（读信号）
1个状态引脚 RDY/B
一个写保护引脚 nWP

命令字及操作方法
操作NANF Flash时先写命令，再写地址，然后写数据。至于具体的操作流程，s3c2440提供了NAND控制器，即一堆寄存器用来
操作，而相应寄存器中该怎么填写就和具体的NAND Flash硬件相关了。韦东山老师的书上提供的教学NAND Flash为 K9F1208U0M
而我的JZ2440开发板上的NAND Flash为K9F2G08U0C，先来看看两者的不同。

这里不分析具体的命令字怎么用，具体的东西会在代码中体现
现在看看S3C2440 NAND Flash控制器部分的介绍
s3c2440提供了NFCONF NFCONT NFCMMD NFADDR NFDATA NFSTAT和ECC相关的一系列寄存器，这里不介绍ECC相关的寄存器（实际上是我不懂）
（1）s3c2440的 NAND Flash 配置寄存器 NFCONF
此寄存器用来设置NANF Flash的时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1，设置数据位宽，还有其他只读位位用来标示s3c2440所接的NAND的特性
[13:12] : Duration = Hclk*TACLS
[10:8] : Duration = HCLK*(TWRPH0+1)
[6:4] : Duration = HCLK*(TWRPH1+1)
[0] : 位宽设置 0=8位，1=16位
以上是NFCONF需要设置的地方，下面三个域是标示NAND硬件特性的地方，为只读
[3] : AdvFlash，0=512byte/page ，1=2048byte/page，由NCON0引脚决定，不可人为设置
[2] : pagesize，0=512byte/page ，1=2048byte/page，由GPG13引脚决定，不可人为设置

[1] : AddrCycle，0=1:4 address cycle ， 1=1:5 address cycle，由GPG14引脚决定，不可人为设置

NFCONF的设置参见下面三个图，前两个图分别来自S3C2440 NAND FLASH控制器部分和K9F2G08U0C的数据手册，给出了各量的对应关系，第三个图给出了各

量的取值范围

（2）S3C2440的NFCONT寄存器（注意：在s3c2410中，没有这个寄存器，s3c2410这的功能被集成到了NFCONF寄存器中）

这个寄存器主要是来使能NAND FLASH控制器，使能控制器引脚信号nFCE,初始化ECC
[4] : 1 = 初始化ECC， 0 = 不初始化ECC
[1] : 0 = 使能选中芯片， 1 = 禁止选中芯片
[0] ：0 = 禁止NAND Flash控制器， 1 = 使能NAND Flash控制器

（3）NFCMD寄存器: NAND Flash命令寄存器
对于不同的flash，操作命令不一样，在对flash进行操作时，先要把操作类别写入此寄存器

（4）NFADDR寄存器：NAND flash地址寄存器
在对NAND Flash进行操作时，写入操作类型后，之后就要写入操作地址，写入操作地址的格式和具体的NAND Flash硬件相关，因为不同的硬件的
总容量不一样，块大小也不一样，所以行列地址会不一样，具体怎么写需要参考具体硬件的数据手册，如下图说明了地址如何转化成行列地址

（5）NFDATA寄存器：NAND Flash的数据寄存器
在写入需要读写flash单元的地址后，之后就是要写入或读出的数据了，要写入或读出的数据保存在此寄存器中，因为NAND flash芯片的IO引脚
为8位，所以此寄存器只用到了低8位，这也是NFADDR为什么要多次写入地址的原因，因为一次只能写入8位。

（6）NFSTAT寄存器：NAND Flash状态寄存器用到位0,0=busy ， 1=ready。每次进行一次操作后都要检查上一步操作是否已经完成

现在来看看代码来分析，代码中主要是实现了NAND FLASH的读函数，下图为读的时序图

首先是Makefile文件

objs=head.o init.o nand.o led.o

nand.bin: $(objs)	
	arm-linux-ld -Tnand.lds -o nand_elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary -S nand_elf $@
	arm-linux-objdump -D -m arm nand_elf > nand.dis

%.o:%.c 
	arm-linux-gcc -Wall -c -o2 -o $@ $<

%.o:%.S
	arm-linux-gcc -Wall -c -o2 -o $@ $<

clean:
	rm -f nand_elf nand.dis nand.bin *.o

接下来看看链接文件

SECTIONS{
	first  0x00000000  : {head.o init.o nand.o}
	second 0x30000000  : AT(4096) {led.o}
}

整个程序被分成了两个部分存放在NAND FLASH中，注意led.c中的代码放在了NAND的4096地址之后，这个地址之后的代码不会自动被复制到Steppingstone到自动执行

所以需要我们手动将这部分代码复制到SDRAM中执行，而对NAND的读写不像Steppingstone那样简单，这需要我们自己写读写函数来支持NAND FLASH的读操作

head.S文件

.text
.global _start
_start:
	ldr sp,=4096            /*设置给C函数运行的堆栈*/
	bl disable_watchdog     /*关中断*/
	bl sdram_init           /*初始化存储控制器*/
	bl nand_init            /*初始化NAND Flash，设置NFCONF和NFCONT*/
	ldr r0,=0x30000000      /*nand_read的第一个参数，目的地址*/
	mov r1,#4096            /*nand_read的第二个参数，起始地址*/
	mov r2,#2048            /*nand_read的第三个参数，读取长度*/
	bl nand_read            /*调用nand_read将NAND FLASH中的代码复制到SDRAM中*/

	ldr sp,=0x34000000      /*设置第二部分代码的堆栈*/
	ldr lr,=halt_loop
	ldr pc,=main            /*调到main函数中执行按键控制led的程序*/
	
halt_loop:
	b halt_loop

init.c文件

void sdram_init(void)
{
	#define MEM_CTL_BASE ((unsigned long *)0x48000000)  /*存储控制系列寄存器起始地址*/
	unsigned long VAL[13]=                              /*需要被填写到存储控制寄存器中的值*/
		{
			0x22011110,
			0x00000700,
			0x00000700,
			0x00000700,
			0x00000700,
			0x00000700,
			0x00000700,
			0x00018005,
			0x00018005,
			0x008c07A3,
			0x000000b1,
			0x00000030,
			0x00000030,
		};
	int i=0;
	volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
	for(;i<13;i++)
		{
			p[i] = VAL[i];
		}
}

void disable_watchdog(void)
{
	#define WATCH_DOG (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
	WATCH_DOG = 0X00;
}

nand.c文件，这个文件中实现了对NAND FLASH的读

#define NFCONF (*(volatile unsigned long *)0x4E000000)
#define NFCONT (*(volatile unsigned long *)0x4E000004)
#define NFCMD  (*(volatile unsigned long *)0x4E000008)
#define NFADDR (*(volatile unsigned long *)0x4E00000C)
#define NFDATA (*(volatile unsigned long *)0x4E000010)
#define NFSTAT (*(volatile unsigned long *)0x4E000020)

#define TACLS   0
#define TWRPH0  3
#define TWRPH1  0

#define BUSY    1

/*初始化NAND FLASH:初始化ECC,使能NAND控制器，禁止片选，设置时序*/
void nand_init(void)
{
	NFCONF = ((TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4));
	NFCONT = ((1<<4)|(1<<1)|(1<<0));
}

void wait_idle(void)
{
	int i;
	/*注意此处的p必须为volatile，即*p的值和NFSTAT的值保持同步，仿真编译器优化*/
	volatile unsigned char *p=(volatile unsigned char *)&NFSTAT;
	while(!(*p & BUSY))
		for(i=0;i<10;i++);
}

/*选中NANF FLASH芯片*/
void nand_select_chip(void)
{
	int i;
	NFCONT &=~(1<<1);     /*使能片选*/
	for(i=0;i<10;i++);
}

/*写命令*/
void write_cmd(int cmd)
{
	/*因为NAND FLASH 只有8个IO线，所以一次只能写char型大小*/
	volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&NFCMD;
	*p=cmd;
}

/*写地址，此处需要主要，写地址分为写行地址和列地址，列地址为页内寻址，行地址为寻址页*/
void write_addr(unsigned int addr)
{
	int i;
	int col;
	int page;
	volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&NFADDR;
	col=addr & (2048-1);    //页内所在的单元，计算列地址
	page = addr / 2048;     //所在页，计算行地址

	*p = col &0xff;         //写列地址
	for(i=0;i<10;i++);
	*p = (col >>8 ) & 0xff;
	for(i=0;i<10;i++);

	
	*p = page & 0xff;        //写行地址
	for(i=0;i<10;i++);
	*p = (page >> 8) & 0xff;
	for(i=0;i<10;i++);
	*p = (page >> 16) & 0xff;
	for(i=0;i<10;i++);
}

/*读取数据，*/
unsigned char read_data(void)
{
	volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&NFDATA;
	return *p;
}

/*取消片选*/
void nand_deselect_chip(void)
{
	int i;
	NFCONT |=(1<<1);     /*使能片选*/
	for(i=0;i<10;i++);
}

/*复位NAND FLASH，往往在第一次使用时会复位*/
void nand_reset(void)
{
	nand_select_chip();
	write_cmd(0xff);
	wait_idle();
	nand_deselect_chip();
}

void nand_read(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size)
{
	int i,j;
	
    /*地址长度不对齐直接返回，其实不对齐也可以读，不过稍微麻烦些，因为NAND一次为读一个页，如果地址
	和读取的总长度不为页的整数倍，则要放弃第一个读取页和最后一个读取页的某些部分，这里采用最为简单
	的情况为例，所在在移动到SDRAM中代码在NAND的加载位置必须块对齐*/
	if( (start_addr & (2048-1)) || (size & (2048-1)) )    /*地址长度不对齐直接返回*/
		return ;

	nand_select_chip();
	for(i=start_addr;i<(start_addr +size);)
		{
			write_cmd(0);
			write_addr(i);
			write_cmd(0x30);
			wait_idle();

			for(j=0;j<2048;i++,j++)   /*一次读取一个页的数据*/
				{
					*buf = read_data();
					buf++;
				}
		}
	nand_deselect_chip();
	
}

led.c

#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
#define GPGCON (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
#define GPGDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000064)

#define GPF4_5_6_OUT  ((0b01<<12)|(0b01<<10)|(0b01<<8))
#define GPF0_2_IN     (~((0x3<<4)&(0x3)))
#define GPG3_IN       (~(0X3<<6))
#define GPF4_5_6_OFF   ((1<<4)|(1<<5)|(1<<6))
int main()
{
	GPFCON|=GPF4_5_6_OUT;
	GPFCON&=GPF0_2_IN;

	GPGCON&=GPG3_IN;
	GPFDAT|=GPF4_5_6_OFF;
	unsigned long gpfval;
	unsigned long gpgval;

	while(1)
	{
		gpfval=GPFDAT;
		if(gpfval&1)
			GPFDAT|=(1<<4);
		else
			GPFDAT&=(~(1<<4));

		if((gpfval>>2)&1)
			GPFDAT|=(1<<5);
		else
			GPFDAT&=(~(1<<5));

		gpgval=GPGDAT;
		if((gpgval>>3)&1)
			GPFDAT|=(1<<6);
		else
			GPFDAT&=(~(1<<6));
			
	}

	return 0;
}