【ARM裸板】Nor Flash基礎知識與編程示例

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1.NOR與NAND的區別

Flash	NOR	NAND
接口	RAM-Like，引腳多	引腳少，複用（地址數據共用）
容量	小（1-32M）	大（128M+）
讀	簡單	複雜
寫	發出特定命令（慢）	發出特定命令（快）
價格	貴	較便宜
缺點	無位反轉、壞塊	位反轉、壞塊
一般存放	bootloader（關鍵程序）	大文件、視頻
xip	可以	不可以

• xip（eXecute In Place），即芯片內執行，指應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。flash內執行是指nor flash 不需要初始化，可以直接在flash內執行代碼。但往往只執行部分代碼，比如初始化RAM.

2.命令表

• UBOOT下讀寫數據

2.1 讀數據

• md.b爲讀命令
• mw.w爲寫命令

md.b 0

2.2 讀ID

• Nor手冊
  • 往（555H）寫入AAH
  • 往（2AAH）寫入55H
  • 往（555H）寫入90H
  • 讀（0）得到廠家（Manifacture）ID：C2H
  • 讀（1）得到設備（Device）ID：22C4/2249

但是由於地址是錯開1位的（具體原因可查看第15章），則往CPU寫的地址需要addr<<1，即（地址*2）因此：

• UBOOT下
  • 往（AAAH）寫入AAH
  • 往（554H）寫入55H （這兩步爲解鎖命令）
  • 往（AAAH）寫入90H（90H爲命令）
  • 讀（0H）得到廠家（Manifacture）ID：C2H
  • 讀（2H）得到設備（Device）ID：22C4/2249
  • 退出讀ID狀態（即復位）

mw.w aaa aa
mw.w 554 55
mw.w aaa 90
md.w 0 1   #讀0地址1次
md.w 2 1   
mw.w 0 F0

2.3 CFI模式

CFI（Common Flash Interface）

• Nor手冊
  • 往（55H）寫入98H（進入CFI模式）
  • 讀（27H）得到容量2^n的n
  • 退出CFI模式（復位）
• UBOOT下
  • 往（AAH）寫入98H（進入CFI模式）
  • 讀（4EH）得到容量2^n的n
  • 往（0H）寫入F0H

3.基本函數

3.1 寫函數

• Nor Flash 地址線21：即可訪問2M內存，0x1FFFFF，其範圍地址爲 0~0x1FFFFF

#define NOR_FLASH_BASE 0 /* Nor Flash基地址 nor-->cs0,base_addr = 0 */

/* Nor Flash寫入一個字
 * 基地址：base，偏移地址：offset，寫入的值：value
 * eg: 55 98
 * 往(0 + (0x55)<<1 )寫入0x98
*/
void nor_write_word(unsigned int base,unsigned int offset,unsigned short value)
{
	volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *) (base + offset<<1);
	*p = value;
}

• 進行封裝

void nor_cmd(unsigned int offset,unsigned short cmd)
{
	nor_write_word(NOR_FLASH_BASE, offset, cmd);
}

3.2 讀函數

/* Nor Flash讀取一個字
 * 基地址：base，偏移地址：offset
 * eg: 55 98
 * 往(0 + (0x55)<<1 )寫入0x98
*/
unsigned int nor_read_word(unsigned int base,unsigned int offset)
{
	volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *) (base + offset<<1);
	return *p;
}

• 進行封裝

unsigned int nor_dat(unsigned int offset)
{
	return nor_read_word(NOR_FLASH_BASE, offset);
}

4.識別NOR

4.1 讀取ID號

• 往（555H）寫入AAH
• 往（2AAH）寫入55H
• 往（555H）寫入90H
• 讀（0）得到廠家（Manifacture）ID：C2H
• 讀（1）得到設備（Device）ID：22C4/2249

	/* 1.打印 Manifacture ID、Device ID */
	nor_unlock();       //解鎖
	nor_cmd(0x555,0x90);//讀命令
	manifa_id = nor_dat(0x00); //讀廠家ID
	device_id = nor_dat(0x01); //讀設備ID
	nor_reset_mode(); //復位

4.2 進入CFI Mode

• 往（55H）寫98H
• CFI（Common Flash Interface）

	/* 1.進入CFI Mode */
	nor_cmd(0x55,0x98); 

4.3 讀取容量

• 讀（27H）得到容量bytes

	/* 2.打印容量 */
	size = 1<<(nor_dat(0x27));
	printf("nor size = 0x%x, %dM\r\n",size,size>>20);

4.4 讀取各個扇區

4.4.1 獲得region數量

	regions = nor_dat(0x2C);

4.4.2 region詳細信息

erase block region :裏面含有1個或多個block，它們大小都一樣，一個nor含有1個或多個region，一個region含有1個或多個block(扇區)

• Erase block region information:
  • 前2字節+1：表示該region有多少個block
  • 後2字節*256：表示該block的大小(bytes)

參考CFI標準：

• regions的基址從0x2D開始

region_info_base = 0x2D;
	block_addr = 0;
	for(i = 0;i < regions; i++){
		
		/* 獲取block的數量和大小 */
		blocks = 1 + nor_dat(region_info_base) + (nor_dat(region_info_base+1)<<8);//低2字節，獲取block數量
		block_size = 256 * (nor_dat(region_info_base+2) + (nor_dat(region_info_base+3)<<8));//高2字節，獲取block大小
		region_info_base += 4;//region讀取的基址+4

		/* 打印每個block的起始地址 */
		for(j = 0;j < blocks; j++){
			printf("0x%08x ",block_addr);
			block_addr += block_size;
			if( ((++cnt) % 5) == 0){ //每打印5個換行
				printf("\r\n");
			}
		}
	}

4.5 退出CFI Mode

	nor_cmd(0x00,0xF0);//復位

5.寫數據

5.1 寫入

需要注意一個點，寫入的數據是16位的，也就是兩個字節，需要一次性寫入一個字節，所以在寫入之前需要對數據進行整合。

	while(str[i] && str[i+1]){//兩個字符都不爲0時
		data = str[i] + (str[i+1]<<8);
		nor_unlock();//解鎖
		nor_cmd(0x555,0xA0); //寫命令
		nor_cmd(addr>>1,data);

		/* 等待燒寫完成:讀數據Q6，無變化時表示完成*/
		wait_ready(addr);
		i += 2;
		addr += 2;
	}

5.2 判斷數據寫入完成

• 等待燒寫完成:讀數據Q6，無變化時表示完成
• 兩次讀取的結果不一致，說明數據還在變化，繼續等待

//等待讀取或擦除完畢
void wait_ready(unsigned int addr)
{
	unsigned int pre_val;//上一次的值
	unsigned int cur_val;

	pre_val = nor_dat(addr>>1);
	cur_val = nor_dat(addr>>1);

	/* 兩次讀取的結果不一致，說明數據還在變化，繼續等待 */
	while((cur_val & (1<<6) != (pre_val &(1<<6)))){//當前的Q6不等於上一次的Q6則等待
		pre_val = cur_val;//更新上一次的值
		val = nor_dat(addr>>1);//重新獲取
	}
}

6.測試

6.1 讀取

6.2 寫入

6.3 擦除

7.問題

7.1 系統異常卡死

• 執行多次的菜單選擇，導致系統卡死
• 該爲定時器造成的異常錯誤，關閉定時器，則不會卡死
• 因爲當測試nor進入CFI模式時，如果發生了中斷，CPU必定讀NOR，那麼讀不到正確的指令，導致程序異常崩潰

7.2 nor數據錯誤

• 讀取設備ID時，讀到的是0x002f,0xea00,改爲反彙編中text的[0]上的數據

• 編譯程序加上選項：指定ARM版本指令集-march=armv4 或者指定芯片類型 -mcpu=arm9tdmi
  否則像如下的寫入操作會被分成兩個strb步驟（我們需要的是strh,一次性寫入兩個字節），最後導致讀取設備ID和廠家ID的時候出錯。

     volatile unsigned short *p =value;    
    *p = value;

• 沒加編譯指定選項（分兩次存2個字節）
  
• 加了編譯指定芯片類型 -mcpu=arm9tdmi（一次性存2個字節）

8.擦除扇區

void erase_nor_flash(void)
{
	unsigned int addr;
	/* 獲得地址*/
	printf("Enter the address of sector to erase:");
	addr = get_uint();
	printf("Erase...\r\n");

	nor_unlock();
	nor_cmd(0x555,0x80); //擦除扇區命令

	nor_unlock(); 
	nor_cmd(addr>>1,0x30); //發出扇區地址
	wait_ready(addr);
}