S3C2440對Nand Flash操作和電路原理(基于K9F2G08U0A)

下面就開始詳細介紹K9F2G08U0A的基本操作，包括復位，讀ID，頁讀、寫數據，隨意讀、寫數據，塊擦除等。

為了更好地應用ECC和使能Nand Flash片選，我們還需要一些宏定義：

#define NF_nFCE_L(){rNFCONT &= ~(1<<1); }

#define NF_CE_L()NF_nFCE_L()//打開nandflash片選

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

#define NF_CE_H() NF_nFCE_H() //關閉nandflash片選

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

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

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

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

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

NFSTAT是另一個比較重要的寄存器，它的第0位可以用于判斷nandflash是否在忙，第2位用于檢測RnB引腳信號：

#define NF_WAITRB(){while(!(rNFSTAT&(1<<0)));} //等待Nand Flash不忙

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

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

//等待RnB信號變高，即不忙

NFCMMD，NFADDR和NFDATA分別用于傳輸命令，地址和數據，為了方便起見，我們可以定義一些宏定義用于完成上述操作：

#define NF_CMD(data) {rNFCMD = (data); }//傳輸命令

#define NF_ADDR(addr){rNFADDR = (addr); }//傳輸地址

#define NF_RDDATA() rNFDATA) //讀32位數據

#define NF_RDDATA8()(rNFDATA8)//讀8位數據

#define NF_WRDATA(data){rNFDATA = (data); }//寫32位數據

#define NF_WRDATA8(data) {rNFDATA8 = (data); }//寫8位數據

首先，是初始化操作

void rNF_Init(void)

{

rNFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|( TWRPH1<<4)|(0<<0);//初始化時序參數

rNFCONT =

(0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0); //非鎖定，屏蔽nandflash中斷，初始化ECC及鎖定main區和spare區ECC，使能nandflash片選及控制器

rNF_Reset();//復位芯片

}

復位操作，寫入復位命令

static void rNF_Reset()

{

NF_CE_L();//打開nandflash片選

NF_CLEAR_RB();//清除RnB信號

NF_CMD(CMD_RESET); //寫入復位命令

NF_DETECT_RB();//等待RnB信號變高，即不忙

NF_CE_H();//關閉nandflash片選

}

讀取K9F2G08U0A芯片ID的操作如下：時序圖在datasheet的figure18。首先需要寫入讀ID命令(0x90)，然后再寫入0x00地址，并等待芯片就緒，就可以讀取到一共五個周期的芯片ID，第一個周期為廠商ID，第二個周期為設備ID，第三個周期至第五個周期包括了一些具體的該芯片信息，函數如下

static char rNF_ReadID()

{

char pMID;

char pDID;

char cyc3, cyc4, cyc5;

NF_nFCE_L();//打開nandflash片選

NF_CLEAR_RB();//清RnB信號

NF_CMD(CMD_READID);//讀ID命令

NF_ADDR(0x0); //寫0x00地址

for ( i = 0; i < 100; i++ );等一段時間

//讀五個周期的ID

pMID = NF_RDDATA8();//廠商ID：0xEC

pDID = NF_RDDATA8();//設備ID：0xDA

cyc3 = NF_RDDATA8();//0x10

cyc4 = NF_RDDATA8();//0x95

cyc5 = NF_RDDATA8();//0x44

NF_nFCE_H();//關閉nandflash片選

return (pDID);

}

下面介紹Nand Flash讀操作，讀操作是以頁為單位進行的。如果在讀取數據的過程中不進行ECC校驗判斷，則讀操作比較簡單，在寫入讀命令的兩個周期之間寫入要讀取的頁地址，然后讀取數據即可。如果為了更準確地讀取數據，則在讀取完數據之后還要進行ECC校驗判斷，以確定所讀取的數據是否正確。

在上文中已經介紹過，Nand Flash的每一頁有兩區：main區和spare區，main區用于存儲正常的數據，spare區用于存儲其他附加信息，其中就包括ECC校驗碼。當我們在寫入數據的時候，我們就計算這一頁數據的ECC校驗碼，然后把校驗碼存儲到spare區的特定位置中，在下次讀取這一頁數據的時候，同樣我們也計算ECC校驗碼，然后與spare區中的ECC校驗碼比較，如果一致則說明讀取的數據正確，如果不一致則不正確。ECC的算法較為復雜，好在S3C2440能夠硬件產生ECC校驗碼，這樣就省去了不少的麻煩事。S3C2440既可以產生main區的ECC校驗碼，也可以產生spare區的ECC校驗碼。因為K9F2G08U0A是8位IO口，因此S3C2440共產生4個字節的main區ECC碼和2個字節的spare區ECC碼。在這里我們規定，在每一頁的spare區的第0個地址到第3個地址存儲main區ECC，第4個地址和第5個地址存儲spare區ECC。

產生ECC校驗碼的過程為：在讀取或寫入哪個區的數據之前，先解鎖該區的ECC，以便產生該區的ECC。在讀取或寫入完數據之后，再鎖定該區的ECC，這樣系統就會把產生的ECC碼保存到相應的寄存器中。main區的ECC保存到NFMECC0/1中（因為K9F2G08U0A是8位IO口，因此這里只用到了NFMECC0），spare區的ECC保存到NFSECC中。對于讀操作來說，我們還要繼續讀取spare區的相應地址內容，以得到上次寫操作時所存儲的main區和spare區的ECC，并把這些數據分別放入NFMECCD0/1和NFSECCD的相應位置中。最后我們就可以通過讀取NFESTAT0/1（因為K9F2G08U0A是8位IO口，因此這里只用到了NFESTAT0）中的低4位來判斷讀取的數據是否正確，其中第0位和第1位為main區指示錯誤，第2位和第3位為spare區指示錯誤。

下面是一段具體的頁讀操作程序：

U8 rNF_ReadPage( U32 page_number )

{

U32 i, mecc0, secc;

NF_RSTECC();//復位ECC

NF_MECC_UnLock(); //解鎖main區ECC

NF_nFCE_L();//使能芯片

NF_CLEAR_RB();//清除RnB

NF_CMD(CMD_READ1); //頁讀命令周期1，0x00

//寫入5個地址周期

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); //頁讀命令周期2，0x30

NF_DETECT_RB(); ////等待RnB信號變高，即不忙

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

{

buf[i] = NF_RDDATA8();//讀取一頁數據內容

}

NF_MECC_Lock();//鎖定main區ECC值

NF_SECC_UnLock();//解鎖spare區ECC

mecc0=NF_RDDATA();//讀spare區的前4個地址內容，即第2048~2051地址，這4個字節為main區的ECC

//把讀取到的main區的ECC校驗碼放入NFMECCD0/1的相應位置內

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

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

NF_SECC_Lock();//鎖定spare區的ECC值

secc=NF_RDDATA();//繼續讀spare區的4個地址內容，即第2052~2055地址，其中前2個字節為spare區的ECC值

//把讀取到的spare區的ECC校驗碼放入NFSECCD的相應位置內

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

NF_nFCE_H();//關閉nandflash片選

//判斷所讀取到的數據是否正確

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

return 0x66; //正確

else

return 0x44; //錯誤

}

這段程序是把某一頁的內容讀取到全局變量數組buffer中。該程序的輸入參數直接就為K9F2G08U0A的第幾頁，例如我們要讀取第128064頁中的內容，可以調用該程序為：rNF_ReadPage(128064)。由于第128064頁是第2001塊中的第0頁（128064＝2001×64＋0），所以為了更清楚地表示頁與塊之間的關系，也可以寫為：rNF_ReadPage(2001*64)。

頁寫操作的大致流程為：在兩個寫命令周期之間分別寫入頁地址和數據，當然如果為了保證下次讀取該數據時的正確性，還需要把main區的ECC值和spare區的ECC值寫入到該頁的spare區內。然后我們還需要讀取狀態寄存器，以判斷這次寫操作是否正確。下面就給出一段具體的頁寫操作程序，其中輸入參數也是要寫入數據到第幾頁：

U8 rNF_WritePage(U32 page_number)

{

U32 i, mecc0, secc;

U8 stat, temp;

temp = rNF_IsBadBlock(page_number>>6); //判斷該塊是否為壞塊

if(temp == 0x33)

return 0x42; //是壞塊，返回

NF_RSTECC(); //復位ECC

NF_MECC_UnLock();//解鎖main區的ECC

NF_nFCE_L();//打開nandflash片選

NF_CLEAR_RB(); //清RnB信號

NF_CMD(CMD_WRITE1); //頁寫命令周期1

//寫入5個地址周期

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++)//寫入一頁數據

{

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

}

NF_MECC_Lock();//鎖定main區的ECC值

mecc0=rNFMECC0; //讀取main區的ECC校驗碼

//把ECC校驗碼由字型轉換為字節型，并保存到全局變量數組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(); //解鎖spare區的ECC

//把main區的ECC值寫入到spare區的前4個字節地址內，即第2048~2051地址

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

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_SECC_Lock(); //鎖定spare區的ECC值

secc=rNFSECC; //讀取spare區的ECC校驗碼

//把ECC校驗碼保存到全局變量數組ECCBuf中

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

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

//把spare區的ECC值繼續寫入到spare區的第2052~2053地址內

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

{

NF_WRDATA8(ECCBuf[i]);

}

NF_CMD(CMD_WRITE2);//頁寫命令周期2

delay(1000); //延時一段時間，以等待寫操作完成

NF_CMD(CMD_STATUS); //讀狀態命令

//判斷狀態值的第6位是否為1，即是否在忙，該語句的作用與NF_DETECT_RB();相同

do{

stat = NF_RDDATA8();

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

NF_nFCE_H(); //關閉Nand Flash片選

//判斷狀態值的第0位是否為0，為0則寫操作正確，否則錯誤

if (stat & 0x1)

{

temp = rNF_MarkBadBlock(page_number>>6);//標注該頁所在的塊為壞塊

if (temp == 0x21)

return 0x43 //標注壞塊失敗

else

return 0x44; //寫操作失敗

}

else

return 0x66; //寫操作成功

}