Nand Flash存储结构及控制方法(K9F…

一、NAND Flash介绍和NAND Flash控制器的使用
NAND Flash在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘
常见的Flash有NOR Flash和NAND Flash，NOR Flash上进行读取的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，容量一般比较小；NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高，并且容量更大。一般NOR Flash用于存储程序，NAND Flash用于存储数据。
1）NAND Flash的物理结构
笔者用的开发板上NAND Flash型号是K9F1G08，大小为128M，下图为它的封装和外部引脚

I/O0-I/O7        数据输入/输出
CLE        命令锁存使能
ALE        地址锁存使能
CE        芯片使能
RE        读使能
WE        写使能
WP        写保护
R/B        就绪/忙输出信号
Vcc        电源
Vss        地
N.C        不接
 
K9F1G08功能结构图如下
 

K9F1G08内部结构有下面一些功能部件
①X-Buffers Latches & Decoders：用于行地址
②Y-Buffers Latches & Decoders：用于列地址
③Command Register：用于命令字
④Control Logic & High Voltage Generator：控制逻辑及产生Flash所需高压
⑤Nand Flash Array：存储部件
⑥Data Register & S/A：数据寄存器，读、写页时，数据存放此寄存器
⑦Y-Gating
⑧I/O Buffers & Latches
⑨Global Buffers
⑩Output Driver
NAND Flash 存储单元组织结构图如下：

K9F1G08容量为1056Mbit，分为65536行（页）、2112列，每一页大小为2kb，外加64字节的额外空间，这64字节的额外空间的列地址为2048-2111
命令、地址、数据都通过IO0-IO7输入/输出，写入命令、地址或数据时，需要将WE、CE信号同时拉低，数据在WE信号的上升沿被NAND FLash锁存；命令锁存信号CLE、地址锁存信号ALE用来分辨、锁存命令或地址。
K9F1G08有128MB的存储空间，需要27位地址，以字节为单位访问Flash时，需要4个地址序列
 
2）NAND Flash访问方法
NAND Flash硬件连接如下图：

 NAND Flash和S3C2440的连线包括，8个IO引脚，5个使能信号（nWE、ALE、CLE、nCE、nRE）、1个状态引脚（R/B）、1个写保护引脚（nWP）。地址、数据和命令都是在这些使能信号的配合下，通过8个IO引脚传输。写地址、数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存使能信号ALE用来区别IO引脚上传输的是命令还是地址。
 
命令字及操作方法
        操作NAND Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读写数据，这个期间要检查Flash的状态。K9F1G08容量为128MB，需要一个27位的地址，发出命令后，后面要紧跟着4个地址序列。
下图为K9F1G08的命令字

下图为K9F1G08的地址序列

K9F1G08有2112列，所以必须使用A0-A11共12位来寻址，有65535行，所以必须使用A12-A27共16位来寻址。
 
3）S3C2440 NAND Flash控制器介绍
NAND Flash的读写操作次序如下：
①设置NFCONF配置NAND Flash
②向NFCMD寄存器写入命令
③向NFADDR寄存器写入地址
④读写数据：通过寄存器NFSTAT检测NAND Flash的状态，在启动某个操作后，应该检测R/nB信号以确定该操作是否完成、是否成功。
 
下面介绍这些寄存器：
①NFCONF：配置寄存器
        用来设置NAND Flash的时序参数，设置数据位宽，设置是否支持其他大小的页等。
②NFCONT：控制寄存器
        用来使能NAND Flash控制器、使能控制引脚信号nFCE、初始化ECC，锁定NAND Flash等功能
③NFCMD：命令寄存器
        用来发送Flash操作命令
④NFADDR：地址寄存器
        用来向Flash发送地址信号
⑤NFDATA：数据寄存器
        读写此寄存器启动对NAND Flash的读写数据操作
⑥NFSTAT：状态寄存器
        0：busy，1：ready
 
二、NAND Flash控制器操作实例：读Flash
1）读NAND Flash的步骤
①设置NFCONF
        在HCLK=100Mhz的情况下，TACLS=0，TWRPH0=3，TWRPH1=0，则
        NFCONF = 0x300
        使能NAND Flash控制器、禁止控制引脚信号nFCE，初始化ECC
        NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0)
②操作NAND Flash前，复位
        NFCONT &= ~(1<<1)        发出片选信号
        NFCMD = 0xff        reset命令
        然后循环查询NFSTAT位0，直到等于1，处于就绪态
        最后禁止片选信号，在实际使用时再使能
        NFCONT |= 0x2        禁止NAND Flash
③发出读命令
        NFCONT &= ~(1<<1)        发出片选信号
        NFCMD = 0        读命令
④发出地址信号
⑤循环查询NFSTAT，直到等于1
⑥连续读NFDATA寄存器，得到一页数据
⑦最后禁止NAND Flash片选信号
        NFCONT |= (1<<1)

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