nandflash控制器

目的:了解nandflash的接口,通过nandflash控制器熟悉nand的控制。

先上图:


我的nandflash是256M的,nand的一页为2k+64byte,1块 = 64页,也就是有两块。

数据线地址线就只有8位,那怎么访问那么大的地址呢,可以多次发,如下:


nand的接口电路:


分析下各个引脚的功能:LDATAn 命令、地址、数据总线,CLE 命令锁存使能,ALE 地址锁存使能 nFCE 片选使能,nFRE 读使能,nFWE 写使能,wp 写保护。

RnB 就绪/忙输出。

命令设置:




TACLS :CLE & ALE duration setting value (0~3)发生读写使能前,地址/命令使能设置的持续时间值。

TWRPH0 :TWRPH0 duration setting value (0~7) 发生读写使能持续的时间。

TWRPH1:TWRPH1 duration setting value (0~7) 写使能结束后,地址/命令使能持续的时间。


head.s:

@******************************************************************************
@ File:head.s
@ 功能:设置SDRAM,将程序复制到SDRAM,然后跳到SDRAM继续执行
@******************************************************************************       
  
.text
.global _start
_start:                                         @函数disable_watch_dog, memsetup, init_nand, nand_read_ll在init.c中定义
            ldr     sp, =4096                 @设置堆栈 
            bl      disable_watch_dog       @关WATCH DOG
            bl      memsetup                @初始化SDRAM
            bl      nand_init                 @初始化NAND Flash

                                                    @将NAND Flash中地址4096开始的1024字节代码(main.c编译得到)复制到SDRAM中
                                                    @nand_read_ll函数需要3个参数:
            ldr     r0,     =0x30000000     @1. 目标地址=0x30000000,这是SDRAM的起始地址
            mov     r1,     #4096            @2.  源地址   = 4096,连接的时候,main.c中的代码都存在NAND Flash地址4096开始处
            mov     r2,     #2048            @3.  复制长度= 2048(bytes),对于本实验的main.c,这是足够了
            bl      nand_read                @调用C函数nand_read

            ldr     sp, =0x34000000         @设置栈
            ldr     lr, =halt_loop            @设置返回地址
            ldr     pc, =main                @b指令和bl指令只能前后跳转32M的范围,所以这里使用向pc赋值的方法进行跳转
halt_loop:
            b       halt_loop


初始化函数:

/* WOTCH DOG register */
#define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
/* SDRAM regisers */
#define MEM_CTL_BASE0x48000000
void disable_watch_dog();
void memsetup();
/*上电后,WATCH DOG默认是开着的,要把它关掉 */
void disable_watch_dog()
{
WTCON = 0;
}

/* 设置控制SDRAM的13个寄存器 */
void memsetup()
{
int i = 0;
unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
    /* SDRAM 13个寄存器的值 */
    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON
                                            0x00000700,     //BANKCON0
                                            0x00000700,     //BANKCON1
                                            0x00000700,     //BANKCON2
                                            0x00000700,     //BANKCON3  
                                            0x00000700,     //BANKCON4
                                            0x00000700,     //BANKCON5
                                            0x00018005,     //BANKCON6
                                            0x00018005,     //BANKCON7
                                            0x008C07A3,     //REFRESH
                                            0x000000B1,     //BANKSIZE
                                            0x00000030,     //MRSRB6
                                            0x00000030,     //MRSRB7
                                    };

for(; i < 13; i++)
p[i] = mem_cfg_val[i];
}


nand.c:

#define GSTATUS1        (*(volatile unsigned int *)0x560000B0)
#define BUSY            1
#define NAND_SECTOR_SIZE    512
#define NAND_BLOCK_MASK     (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
#define NAND_SECTOR_SIZE_LP    2048
#define NAND_BLOCK_MASK_LP     (NAND_SECTOR_SIZE_LP - 1)
typedef unsigned int S3C24X0_REG32;
/* NAND FLASH (see S3C2410 manual chapter 6) */
typedef struct {
    S3C24X0_REG32   NFCONF;
    S3C24X0_REG32   NFCMD;
    S3C24X0_REG32   NFADDR;
    S3C24X0_REG32   NFDATA;
    S3C24X0_REG32   NFSTAT;
    S3C24X0_REG32   NFECC;
} S3C2410_NAND;

/* NAND FLASH (see S3C2440 manual chapter 6, www.100ask.net) */
typedef struct {
    S3C24X0_REG32   NFCONF;
    S3C24X0_REG32   NFCONT;
    S3C24X0_REG32   NFCMD;
    S3C24X0_REG32   NFADDR;
    S3C24X0_REG32   NFDATA;
    S3C24X0_REG32   NFMECCD0;
    S3C24X0_REG32   NFMECCD1;
    S3C24X0_REG32   NFSECCD;
    S3C24X0_REG32   NFSTAT;
    S3C24X0_REG32   NFESTAT0;
    S3C24X0_REG32   NFESTAT1;
    S3C24X0_REG32   NFMECC0;
    S3C24X0_REG32   NFMECC1;
    S3C24X0_REG32   NFSECC;
    S3C24X0_REG32   NFSBLK;
    S3C24X0_REG32   NFEBLK;
} S3C2440_NAND;
typedef struct {
    void (*nand_reset)(void);
    void (*wait_idle)(void);
    void (*nand_select_chip)(void);
    void (*nand_deselect_chip)(void);
    void (*write_cmd)(int cmd);
    void (*write_addr)(unsigned int addr);
    unsigned char (*read_data)(void);
}t_nand_chip;
static S3C2410_NAND * s3c2410nand = (S3C2410_NAND *)0x4e000000;
static S3C2440_NAND * s3c2440nand = (S3C2440_NAND *)0x4e000000;
static t_nand_chip nand_chip;
/* 供外部调用的函数 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);
/* NAND Flash操作的总入口, 它们将调用S3C2410或S3C2440的相应函数 */
static void nand_reset(void);
static void wait_idle(void);
static void nand_select_chip(void);
static void nand_deselect_chip(void);
static void write_cmd(int cmd);
static void write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char read_data(void);
/* S3C2410的NAND Flash处理函数 */
static void s3c2410_nand_reset(void);
static void s3c2410_wait_idle(void);
static void s3c2410_nand_select_chip(void);
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void);
static void s3c2410_write_cmd(int cmd);
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char s3c2410_read_data();
/* S3C2440的NAND Flash处理函数 */
static void s3c2440_nand_reset(void);
static void s3c2440_wait_idle(void);
static void s3c2440_nand_select_chip(void);
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void);
static void s3c2440_write_cmd(int cmd);
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr);
static unsigned char s3c2440_read_data(void);
/* S3C2410的NAND Flash操作函数 */
/* 复位 */
static void s3c2410_nand_reset(void)
{
    s3c2410_nand_select_chip();
    s3c2410_write_cmd(0xff);  // 复位命令
    s3c2410_wait_idle();
    s3c2410_nand_deselect_chip();
}
/* 等待NAND Flash就绪 */
static void s3c2410_wait_idle(void)
{
    int i;
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFSTAT;
    while(!(*p & BUSY))
        for(i=0; i<10; i++);
}
/* 发出片选信号 */
static void s3c2410_nand_select_chip(void)
{
    int i;
    s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11);
    for(i=0; i<10; i++);    
}
/* 取消片选信号 */
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)
{
    s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11);
}
/* 发出命令 */
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;
    *p = cmd;
}
/* 发出地址 */
static void s3c2410_write_addr(unsigned int addr)
{
    int i;
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFADDR;
    
    *p = addr & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 9) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 17) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 25) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
}
/* 读取数据 */
static unsigned char s3c2410_read_data(void)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;
    return *p;
}
/* S3C2440的NAND Flash操作函数 */
/* 复位 */
static void s3c2440_nand_reset(void)
{
    s3c2440_nand_select_chip();
    s3c2440_write_cmd(0xff);  // 复位命令
    s3c2440_wait_idle();
    s3c2440_nand_deselect_chip();
}
/* 等待NAND Flash就绪 */
static void s3c2440_wait_idle(void)
{
    int i;
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFSTAT;
    while(!(*p & BUSY))
        for(i=0; i<10; i++);
}
/* 发出片选信号 */
static void s3c2440_nand_select_chip(void)
{
    int i;
    s3c2440nand->NFCONT &= ~(1<<1);
    for(i=0; i<10; i++);    
}
/* 取消片选信号 */
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void)
{
    s3c2440nand->NFCONT |= (1<<1);
}
/* 发出命令 */
static void s3c2440_write_cmd(int cmd)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFCMD;
    *p = cmd;
}
/* 发出地址 */
static void s3c2440_write_addr(unsigned int addr)
{
    int i;
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;
    
    *p = addr & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 9) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 17) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
    *p = (addr >> 25) & 0xff;
    for(i=0; i<10; i++);
}
static void s3c2440_write_addr_lp(unsigned int addr)
{
int i;
volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFADDR;
int col, page;
col = addr & NAND_BLOCK_MASK_LP;
page = addr / NAND_SECTOR_SIZE_LP;

*p = col & 0xff;/* Column Address A0~A7 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (col >> 8) & 0x0f; /* Column Address A8~A11 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = page & 0xff;/* Row Address A12~A19 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 8) & 0xff;/* Row Address A20~A27 */
for(i=0; i<10; i++);
*p = (page >> 16) & 0x03;/* Row Address A28~A29 */
for(i=0; i<10; i++);
}
/* 读取数据 */
static unsigned char s3c2440_read_data(void)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFDATA;
    return *p;
}
/* 在第一次使用NAND Flash前,复位一下NAND Flash */
static void nand_reset(void)
{
    nand_chip.nand_reset();
}
static void wait_idle(void)
{
    nand_chip.wait_idle();
}
static void nand_select_chip(void)
{
    int i;
    nand_chip.nand_select_chip();
    for(i=0; i<10; i++);
}
static void nand_deselect_chip(void)
{
    nand_chip.nand_deselect_chip();
}
static void write_cmd(int cmd)
{
    nand_chip.write_cmd(cmd);
}
static void write_addr(unsigned int addr)
{
    nand_chip.write_addr(addr);
}
static unsigned char read_data(void)
{
    return nand_chip.read_data();
}
/* 初始化NAND Flash */
void nand_init(void)
{
#define TACLS   0
#define TWRPH0  3
#define TWRPH1  0
    /* 判断是S3C2410还是S3C2440 */
    if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))
    {
        nand_chip.nand_reset         = s3c2410_nand_reset;
        nand_chip.wait_idle          = s3c2410_wait_idle;
        nand_chip.nand_select_chip   = s3c2410_nand_select_chip;
        nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2410_nand_deselect_chip;
        nand_chip.write_cmd          = s3c2410_write_cmd;
        nand_chip.write_addr         = s3c2410_write_addr;
        nand_chip.read_data          = s3c2410_read_data;
/* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选, 设置时序 */
        s3c2410nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
    }
    else
    {
        nand_chip.nand_reset         = s3c2440_nand_reset;
        nand_chip.wait_idle          = s3c2440_wait_idle;
        nand_chip.nand_select_chip   = s3c2440_nand_select_chip;
        nand_chip.nand_deselect_chip = s3c2440_nand_deselect_chip;
        nand_chip.write_cmd          = s3c2440_write_cmd;
#ifdef LARGER_NAND_PAGE
        nand_chip.write_addr         = s3c2440_write_addr_lp;
#else
nand_chip.write_addr= s3c2440_write_addr;
#endif
        nand_chip.read_data          = s3c2440_read_data;
/* 设置时序 */
        s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
        /* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片选 */
        s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
    }  
   /* 复位NAND Flash */
    nand_reset();
}
/* 读函数 */
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
    int i, j;
#ifdef LARGER_NAND_PAGE
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK_LP) || (size & NAND_BLOCK_MASK_LP)) {
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
#else
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
        return ;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
#endif
    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();
   for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
      /* 发出READ0命令 */
      write_cmd(0);
      /* Write Address */
      write_addr(i);
#ifdef LARGER_NAND_PAGE
      write_cmd(0x30);
#endif
      wait_idle();
#ifdef LARGER_NAND_PAGE
      for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++, i++) {
#else
 for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) {
#endif
          *buf = read_data();
          buf++;
      }
    }
    /* 取消片选信号 */
    nand_deselect_chip(); 
    return ;
}

nand.lds

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

 

移动电话的功能日益丰富,其对系统中数据存储容量的需求正在快速增长。 NAND Flash具有速度快、密度大、成本低等特点,在各种数码产品中得到了广泛 应用,在各种片上系统芯片中(SOC)集成NAND Flash控制器正成为一种趋势。 本文讨论了Flash Memory的两种主流实现技术即NAND Flash和NOR Flash 的特点和区别,分析了市场上存在的NAND Flash的典型规格及其存储结构特点, 阐述了不同NAND Flash器件一些通用的存取操作方式,近一步分析了进行这些 存取操作所必须满足的时序规范,在此基础上,结合某公司手机SOC芯片的设计 需求,提出了一种基于AMBA总线的NAND Flash控制器实现方案,对该实现方 案进行了充分的验证工作。 本文所提出的控制器的实现方式,可以支持市场上存在的两种典型规格的 NAND Flash器件,可同时外接1至4个Flash芯片,通过可配置的控制方式可灵 活的对不同存取速度的器件予以支持,具备良好的可扩展性。在控制器的主控逻 辑设计中,采取了“块读’’和“块写”方式实现对大页器件的读页和写页操作, 这种方式有效减小了控制器中用做数据缓存的buffer大小,降低了芯片面积。针 对NAND Flash在使用过程中可能出现的位反转现象,在控制器的设计中加入了错 误检测和纠错功能。论文深入分析了ECC(Error Checking and Correcting)算法,讨 论了ECC算法的硬件实现和优化方法。在不影响对存储器读写效率的前提下,实 现对数据的存取进行实时的高速检错和纠错,为提高NAND Flash的可靠性提供了 硬件上的支持。 对控制器的验证采用了模拟验证和FPGA验证两种方式。在模拟验证阶段对 控制器的所有功能点进行全面验证,结果正确后,在Xilinx公司的Vertex4开发板 上对控制器进行了FPGA验证。结果表明控制器能正确控制对于NAND Flash的各 种存取操作,工作完全正常。 本文设计验证的NAND Flash控制器即将应用于某公司的SOC手机芯片,提 出的控制器实现方案对NAND Flash控制系统的设计优化具有普遍适用性,论文研 究的工程实用价值大。
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