NAND FLASH

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 當OM1、OM0都是低電平——即開發板插上BOOT SEL跳線時，S3C2410從NAND Flash啓動：NAND Flash的開始4k代碼會被自動地複製到內部SRAM中。我們需要使用這4k代碼來把更多的代碼從NAND Flash中讀到SDRAM中去。NAND Flash的操作通過NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC六個寄存器來完成。在開始下面內容前，請打開S3C2410數據手冊和NAND Flash K9F1208U0M的數據手冊。 
 在S3C2410數據手冊218頁，我們可以看到讀寫NAND Flash的操作次序： 
1. Set NAND flash configuration by NFCONF register. 
2. Write NAND flash command onto NFCMD register. 
3. Write NAND flash address onto NFADDR register. 
4. Read/Write data from NFDATA while checking NAND flash status by NFSTAT 
register. R/nB signal should be checked before read operation or 
after program operation.

 

下面依次介紹： 
 1、NFCONF：設爲0xf830——使能NAND Flash控制器(15位)、初始化ECC（12位）、NAND Flash片選信號nFCE=1(inactive也就是未激活，真正使用時再讓它等於0，一般在自啓動後這位都會被置爲1，等到真正需要使用NAND FLASH時才激活這位)、設置TACLS、TWRPH0、TWRPH1。需要指出的是TACLS、TWRPH0和TWRPH1，請打開S3C2410數據手冊218頁，
可以看到這三個參數控制的是NAND Flash信號線CLE/ALE與寫控制信號nWE的時序關係。我們設的值爲TACLS=0，TWRPH0=3，TWRPH1=0，其含義爲： TACLS=1個HCLK時鐘，TWRPH0=4個HCLK時鐘，TWRPH1=1個HCLK時鐘。請打開K9F1208U0M數據手冊第13頁，在表“AC Timing Characteristics for Command / Address / Data Input”中可以看到： 
CLE setup Time = 0 ns，CLE Hold Time = 10 ns， 
ALE setup Time = 0 ns，ALE Hold Time = 10 ns， 
WE Pulse Width = 25 ns 
可以計算，即使在HCLK=100MHz的情況下，TACLS+TWRPH0+TWRPH1=6/100 uS=60 
ns，也是可以滿足NAND Flash K9F1208U0M的時序要求的。

 

2、NFCMD： 
 對於不同型號的Flash，操作命令一般不一樣。對於本板使用的K9F1208U0M，請打開其數據手冊第8頁“Table 1. Command Sets”，上面列得一清二楚。下面在分析源代碼是會涉及到Flash的命令，該寄存器一般也只用後八位也就是[7:0]。

 

3、NFADDR：同樣也只用到該寄存器的後八位 
4、NFDATA：只用到低8位，這個寄存器中涉及到讀和寫兩種狀態，如果NFCMD中是讀命令，則可以直接從這個寄存器中讀出對應地址的值，如果是寫命令則是Programming data。
5、NFSTAT：只用到位0，0-busy，1-ready 
6、NFECC：待補

 

 

現在來看一下如何從NAND Flash中讀出數據，請打開K9F1208U0M數據手冊第29頁“PAGE READ”，跟本節的第2段是遙相呼應啊，提煉出來羅列如下(設讀地址爲addr)首先從彙編代碼上來分析：

前面的對看門狗，SDRAM的初始化與上面都是一樣的，主要來看看對NAND FLASH操作的這一塊：

 

copy_myself:
 mov r10, lr  //前面代碼中是通過bl copy_myself來進入到該程序段來執行，所以必須要保存lr,當使用bl或者blx跳轉到子過程的時候，r14保存了返回地址，可以在調用過程結尾恢復

 @ inital
 mov r1, #NAND_CTL_BASE
 ldr r2, =0xf830  @ initial value
 str r2, [r1, #oNFCONF] //初始化NFCONF寄存器

 @ reset nand flash
 ldr r2, [r1, #oNFCONF]  //將NFCONF寄存器中的值賦給r2
 bic r2, r2, #0x800 @ nFCE active  在第一次操作NAND Flash前，通常復位一下，相當於NFCONF &= ~0x800 (使能NAND Flash) ，也就是將NFCONF寄存器的11位使能NAND FLASH的片選信號激活，這樣後續才能對FLASH操作
 str r2, [r1, #oNFCONF]
 mov r2, #0xff  @ reset command
 strb r2, [r1, #oNFCMD]  //NFCMD = 0xff  (reset命令) 在這裏就涉及到FLASH的命令行拉，這裏0xff表示的是reset命令

 @ delay  
 mov r3, #0x0a  //一段延遲代碼，用來等待一段時間然後再來檢測NFSTAT是否準備好
1:
 subs r3, r3, #1
 bne 1b

 @ wait idle state 
2:
 ldr r2, [r1, #oNFSTAT]
 tst r2, #0x01  //tst指令：位測試比較指令，主要來測試r1的第0位是否爲1，將r2與0x01相與來查看r2的最後一位是否爲1,不爲1則表示NAND FLASH還沒準備好，則循環等待

 beq 2b

 ldr r2, [r1, #oNFCONF]
 orr r2, r2, #0x800 @ nFCE inactive 如果FLASH已經準備好了，則將FLASH重新設置爲未激活也就是NFCONF |=0x800,也就是相當於保存當前的狀態，然後等到在C代碼中要實際操作FLASH由重新激活
 str r2, [r1, #oNFCONF]

 ldr sp, =4096  @ nand_read.c needed 在上個例子中講過因爲涉及到C函數的調用所以需要進出棧，所以必須要設置堆棧
 ldr r0, =0x30000000 @ nand_read_ll argument 1 爲C函數的調用準備好參數，r0：SDRAM的起始地址，爲目的地址
 mov r1, #4096  @ nand_read_ll argument 2  因爲NAND FLASH前4K的數據早就自動的讀到steppingstone中，所以需要從4K之後開始讀取，所以r1就是源地址
 mov r2, #1024  @ nand_read_ll argument 3  r3表示要讀取數據的大小 在這裏是要讀取1K的數據
    @ 1024 enough for this example
 bl nand_read_ll //調用C函數nand_read_ll

 mov pc, r10  //調用C函數完畢後返回原調用處

 

繼續來看看利用C語言來的FLASH進行操作：

 

#define NFCONF  (*(volatile unsigned int *)0x4e000000)
#define NFCMD  (*(volatile unsigned int *)0x4e000004)
#define NFADDR  (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)
#define NFDATA  (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)
#define NFSTAT  (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)

 

上面是定義NAND FLASH寄存器的地址。再來看看真正的FLASH 讀函數：

#define NAND_SECTOR_SIZE 512  //nand flash 每個扇區的大小爲512B
#define NAND_BLOCK_MASK  (NAND_SECTOR_SIZE - 1)

/* low level nand read function */
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{    //可以看到從彙編語言中傳遞過來的參數buf爲目的地址SDRAM的0x30000000,start_addr則是FLASH中的源地址
 int i, j;

 /*
  * K9F5608UOC asks for 512B per page, and read/write operation must
  * do with page. Therefore, first judge whether start_addr and size
  * are valid.
  */ 
 if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) { 檢查FLASH中開始地址和藥讀取的大小是否是按頁爲單位的。
  return -1; /* invalid alignment */
 }

 /* chip Enable */因爲要開始對FLASH進行操作了，所以需要將FLASH的片選激活
 NFCONF &= ~0x800;
 for (i=0; i<10; i++) {
  ;
 }

//正式開始從FLASH中讀取數據到SDRAM中

 for (i=start_addr; i < (start_addr + size); i+=NAND_SECTOR_SIZE) {
  NFCMD = 0;//將FLASH命令寄存器設置爲0x0表示是讀命令

  /* Write Address */  這步得稍微注意一下，請打開K9F1208U0M數據手冊第7頁，那個表格列出了在地址操作的4個步驟對應的地址線，A8沒用到：
  NFADDR = i & 0xff;
  NFADDR = (i >> 9) & 0xff;   （注意了，左移9位，不是8位） 
  NFADDR = (i >> 17) & 0xff;  （左移17位，不是16位）
  NFADDR = (i >> 25) & 0xff;  (左移25位，不是24位)

  wait_idle();在地址，命令都設置好後，我們就循環的等待NFSTAT的最後一位爲1也就是準備好了，然後纔開始從NFDATA讀數據

   for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++) {   //連續讀NFDATA寄存器512次，得到一頁數據(512字節) 
   *buf++ = (NFDATA & 0xff);
  }
 }

 /* chip Disable */
 NFCONF |= 0x800; /* chip disable */

 return 0;
}

 

 

本實驗代碼在NAND目錄下，源代碼爲head.s、nand_read.c和main.c。head.s中關WATCH DOG、初始化SDRAM、初始化NAND Flash，然後調用nand_read.c中的nand_read_ll函數來從NAND Flash地址4096開始處複製到SDRAM中，最後，跳到main.c中的
main函數繼續執行。代碼本身沒什麼難度，與前面程序最大的差別就是“鏈接腳本”的引入：在上個實驗中最後一段提到過在arm-linux-ld命令中，選項“-Ttext”可以使用選項“-Tfilexxx”來代替。在本實驗中，使用“-Tnand.lds”。nand.lds
內容如下： 
1 SECTIONS {  
2   firtst   0x00000000 : { head.o init.o } 也就是相當於FLASH的前4K用來存放head.o以及init.o,自啓動時加載到steppingstone並且在該地址執行
3   second  0x30000000 : AT(4096) { main.o } 
4 }  
 
 完整的連接腳本文件形式如下： 
SECTIONS { 
... 
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr ) 
  { contents } >region :phdr =fill 
... 
} 
並非每個選項都是必須的，僅介紹nand.lds用到的：

1、secname：段名，對於nand.lds，段名爲first和second 
2、start：本段運行時的地址，如果沒有使用AT(xxx)，則本段存儲的地址也是start ，這就是我們所講的運行時域和加載時域
3、AT( ldadr )：定義本段存儲(加載)的地址 
4、{ contents }：決定哪些內容放在本段，可以是整個目標文件，也可以是目標文件中的某段(代碼段、數據段等) 
 
nand.lds的含義是：head.o放在0x00000000地址開始處，init.o放在hean.o後面，它們的運行地址是0x00000000；main.o放在地址4096(0x1000)開始處，但是它的運行地址在0x30000000，在運行前需要從4096處複製到0x30000000處。