一、前言

S3C2440芯片內部沒有ROM可以放用戶代碼，所以用戶代碼需要被保存在外部的存儲器當中，如果是NorFlash的話可以直接在NorFlash中運行程序，但是NorFlash比較貴，一般都用NandFlash作爲存儲介質，以SDRAM爲代碼的運行空間。JZ2440開發板上有一顆256MB容量的NandFlash芯片，記錄下學習過程，代碼是開發板自帶的例程。

二、實驗目標

在SRAM運行程序關閉看門狗，初始化SDRAM，初始化NandFlash控制器，隨後將NandFlash塊1中的main.c部分代碼拷貝到SDRAM中運行，看到開發板上3個LED顯示流水燈效果。

三、資源分析

NandFlash型號K9F2G08U0C，SLC三星顆粒，基本參數如下：

Page大小爲2K+64Byte，意思是一個Page前2KB使用來存數據的，後面的64字節用來存ECC（錯誤糾正碼）或者自定義的冗餘數據。NandFlash由於其物理特性，一般都會有壞塊的，而且NandFlash裏面存的數據不像SRAM那樣穩定，可能會出現位翻轉現象，所以需要加入一些校驗碼（ECC）來糾正這些錯誤。其實因爲這顆NandFlash是SLC的緣故，相比於MLC或者TLC的NandFlash來說穩定性高得多，一般環境條件下也是很少出現位翻轉現象的。一個Page雖然真實是有2K+64Byte的數據量，但是一般是隻使用2K的，當然如果非要用上後面的64Byte數據也是可以的，那樣就用不了ECC了，這個東西只是建議用2K而已，具體想怎麼個用法還是看自己的。

Block（塊）大小爲128K+4K，意思是一個Block有64個Page，寫入的最小單位是Page，擦除的最小單位是Block。全盤有2048個Block。

NandFlash接口比SDRAM的簡單，地址總線和數據總線是共用的。

大頁模式下，發送地址時有5個週期，發送5個字節的地址。如下：

前兩個字節是列地址，*L表示強制爲0，所以列地址實際用了12個位來尋址，可以尋址0到4096的範圍，是用來尋址Page內的字節偏移的，恰好夠尋址2KB + 64Byte的數據量。

後三個字節是行地址，*L表示強制爲0，所以行地址實際用了17個位來尋址，可以尋址0到128K的範圍，是用來尋址Page序號的，64個Page X 2048個Block = 128K個Page，所以剛好17個位夠用。

往S3C2440的幾個NandFlash專用寄存器讀寫數據，NandFlash控制器就會將這些數據以命令或者數據的形式操作IO引腳控制NandFlash。如下：

四、程序代碼

程序分爲6個文件，分別如下：

head.S：啓動文件，完成相關初始化。

init.c：初始化相關的C函數代碼。

nand.c：NandFlash初始化及相關操作代碼。

main.c：跑流水燈的代碼，需要被拷貝到SDRAM中運行。

nand.lds：鏈接腳本，劃分程序段。

Makefile：編譯代碼。

這些代碼文件內容分別如下：

head.S

@******************************************************************************
@ File：head.s
@ 功能：設置SDRAM，將程序複製到SDRAM，然後跳到SDRAM繼續執行
@******************************************************************************       
  
.text
.global _start
_start:
                                            @函數disable_watch_dog, memsetup, init_nand, nand_read_ll在init.c中定義
            ldr     sp, =4096               @設置堆棧 
            bl      disable_watch_dog       @關WATCH DOG
            bl      memsetup                @初始化SDRAM
            bl      nand_init               @初始化NAND Flash

                                            @將NAND Flash中地址4096開始的1024字節代碼(main.c編譯得到)複製到SDRAM中
                                            @nand_read_ll函數需要3個參數：
            ldr     r0,     =0x30000000     @1. 目標地址=0x30000000，這是SDRAM的起始地址
            mov     r1,     #4096           @2.  源地址   = 4096，連接的時候，main.c中的代碼都存在NAND Flash地址4096開始處
            mov     r2,     #2048           @3.  複製長度= 2048(bytes)，對於本實驗的main.c，這是足夠了
            bl      nand_read               @調用C函數nand_read

            ldr     sp, =0x34000000         @設置棧
            ldr     lr, =halt_loop          @設置返回地址
            ldr     pc, =main               @b指令和bl指令只能前後跳轉32M的範圍，所以這裏使用向pc賦值的方法進行跳轉
halt_loop:
            b       halt_loop

init.c

/* WOTCH DOG register */
#define 	WTCON				(*(volatile unsigned long *)0x53000000)

/* SDRAM regisers */
#define 	MEM_CTL_BASE		0x48000000
 
void disable_watch_dog();
void memsetup();

/*上電後，WATCH DOG默認是開着的，要把它關掉 */
void disable_watch_dog()
{
	WTCON	= 0;
}

/* 設置控制SDRAM的13個寄存器 */
void memsetup()
{
	int 	i = 0;
	unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

    /* SDRAM 13個寄存器的值 */
    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];
}

其實SDRAM的初始化就配置BANK6相關的幾個寄存器就可以了，例程這裏配多了。

nand.c


#define LARGER_NAND_PAGE

#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;

/* 供外部調用的函數 */
void nand_init(void);
void nand_read(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size);

/* NAND Flash操作的總入口, 它們將調用S3C2410或S3C2440的相應函數 */
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處理函數 */
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處理函數 */
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操作函數 */

/* 復位 */
static void s3c2410_nand_reset(void)
{
    s3c2410_nand_select_chip();
    s3c2410_write_cmd(0xff);  // 復位命令
    s3c2410_wait_idle();
    s3c2410_nand_deselect_chip();
}

/* 等待NAND Flash就緒 */
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++);
}

/* 發出片選信號 */
static void s3c2410_nand_select_chip(void)
{
    int i;
    s3c2410nand->NFCONF &= ~(1<<11);
    for(i=0; i<10; i++);    
}

/* 取消片選信號 */
static void s3c2410_nand_deselect_chip(void)
{
    s3c2410nand->NFCONF |= (1<<11);
}

/* 發出命令 */
static void s3c2410_write_cmd(int cmd)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFCMD;
    *p = cmd;
}

/* 發出地址 */
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++);
}

/* 讀取數據 */
static unsigned char s3c2410_read_data(void)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2410nand->NFDATA;
    return *p;
}

/* S3C2440的NAND Flash操作函數 */

/* 復位 */
static void s3c2440_nand_reset(void)
{
    s3c2440_nand_select_chip();
    s3c2440_write_cmd(0xff);  // 復位命令
    s3c2440_wait_idle();
    s3c2440_nand_deselect_chip();
}

/* 等待NAND Flash就緒 */
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++);
}

/* 發出片選信號 */
static void s3c2440_nand_select_chip(void)
{
    int i;
    s3c2440nand->NFCONT &= ~(1<<1);
    for(i=0; i<10; i++);    
}

/* 取消片選信號 */
static void s3c2440_nand_deselect_chip(void)
{
    s3c2440nand->NFCONT |= (1<<1);
}

/* 發出命令 */
static void s3c2440_write_cmd(int cmd)
{
    volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)&s3c2440nand->NFCMD;
    *p = cmd;
}

/* 發出地址 */
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++);
}


/* 讀取數據 */
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，復位一下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

    /* 判斷是S3C2410還是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, 禁止片選, 設置時序 */
        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;

		/* 設置時序 */
        s3c2440nand->NFCONF = (TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)|(TWRPH1<<4);
        /* 使能NAND Flash控制器, 初始化ECC, 禁止片選 */
        s3c2440nand->NFCONT = (1<<4)|(1<<1)|(1<<0);
    }
    
    /* 復位NAND Flash */
    nand_reset();
}


/* 讀函數 */
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 ;    /* 地址或長度不對齊 */
    }
#else
    if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
        return ;    /* 地址或長度不對齊 */
    }
#endif	

    /* 選中芯片 */
    nand_select_chip();

    for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
      /* 發出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++;
      }
    }

    /* 取消片選信號 */
    nand_deselect_chip();
    
    return ;
}

nand這一塊的代碼寫的有點長，例程是想兼容上2410的開發板。

main.c


#define	GPFCON		(*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define	GPFDAT		(*(volatile unsigned long *)0x56000054)

#define	GPF4_out	(1<<(4*2))
#define	GPF5_out	(1<<(5*2))
#define	GPF6_out	(1<<(6*2))

void  wait(volatile unsigned long dly)
{
	for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
	unsigned long i = 0;

	GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out;		// 將LED1-3對應的GPF4/5/6三個引腳設爲輸出

	while(1){
		wait(30000);
		GPFDAT = (~(i<<4));	 	// 根據i的值，點亮LED1-3
		if(++i == 8)
			i = 0;
	}

	return 0;
}

nand.lds

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

Makefile

objs := head.o init.o nand.o main.o

nand.bin : $(objs)
	arm-linux-ld -Tnand.lds	-o nand_elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary -S nand_elf $@
	arm-linux-objdump -D -m arm  nand_elf > nand.dis

%.o:%.c
	arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<

%.o:%.S
	arm-linux-gcc -Wall -c -O2 -o $@ $<

clean:
	rm -f  nand.dis nand.bin nand_elf *.o

編譯之後把生成的nand.bin燒寫到JZ2440開發板的NandFlash塊0起始地址處，設置Nand啓動重啓後看到3個LED顯示流水燈效果。

五、實驗總結

S3C2440後面要跑Linux系統，Linux的鏡像幾十M不像平常寫的單片機代碼那樣才幾百KB不到，S3C2440內部沒有那麼大的ROM可以使用，所以需要像NandFlash這樣的大容量存儲介質來保存，S3C2440上電之後再將這些代碼拷貝到SDRAM中去運行，這個實驗爲後面的嵌入式Linux實驗做了基礎。

【JZ2440筆記】裸機實驗使用NandFlash

目錄

一、前言

二、實驗目標

三、資源分析

四、程序代碼

五、實驗總結

【JZ2440筆記】系統時鐘設置

【JZ2440筆記】串口通信（中斷方式）

【JZ2440筆記】串口通信

【JZ2440筆記】裸機實驗使用中斷

一種基於線性反饋位移寄存器的隨機數生成方法

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