嵌入式系统中的FLASH（3） 数据线, 嵌入式, 存储器, FLASH, Flash

yuyang911220

3．NAND Flash的硬件设计
NAND FLASH是采用与非门结构技术的非易失存储器，有8位和16位两种组织形式，下面以8位的NAND FLASH进行讨论。
1)      接口信号
与NOR Flash相比较，其数据线宽度只有8bit，没有地址总线，I/O接口可用于控制命令和地址的输入，也可用于数据的输入和输出，多了CLE和ALE来区分总线上的数据类别。
信号
类型
描述
CLE
O
命令锁存使能
ALE
O
地址锁存使能
nFCE
O
NAND Flash片选
NFRE
O
NAND Flash读使能
nFWE
O
NAND Flash写使能
NCON
I
NAND Flash配置
R/nB
I
NAND Flash Ready/Busy

2)      地址结构
NAND FLASH主要以页（page）为单位进行读写，以块(block)为单位进行擦除。FLASH页的大小和块的大小因不同类型块结构而不同，块结构有两种：小块（图7）和大块（图8），小块NAND FLASH包含32个页，每页512+16字节；大块NAND FLASH包含64页，每页2048+64字节。

图7 小块类型NAND FLASH



图8 大块类型NAND FLASH
其中，512B（或1024B）用于存放数据，16B（64B）用于存放其他信息（包括：块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等）。NAND设备的随机读取得效率很低，一般以页为单位进行读操作。系统在每次读一页后会计算其校验和，并和存储在页内的冗余的16B内的校验和做比较，以此来判断读出的数据是否正确。
大块和小块NAND FLASH都有与页大小相同的页寄存器，用于数据缓存。当读数据时，先从NAND FLASH内存单元把数据读到页寄存器，外部通过访问NAND FLASH I/O端口获得页寄存器中数据（地址自动累加）；当写数据时，外部通过NAND FLASH I/O端口输入的数据首先缓存在页寄存器，写命令发出后才写入到内存单元中。
3)      接口电路设计（以下以2410和K9F1208U为例）
2410处理器拥有专门针对 NAND设备的接口，可以很方便地和NAND设备对接，如图9所示。虽然NAND设备的接口比较简单，容易接到系统总线上，但2410处理器针对NAND设备还集成了硬件ECC校验，这将大大提高NAND设备的读写效率。当没有处理器的ECC支持时，就需要由软件来完成ECC校验，这将消耗大量的CPU资源，使读写速度下降。



图9 S3C2410与NAND FLASH接口电路示意图
3．NAND FLASH 的软件编写和调试
NAND设备的软件调试一般分为以下几个步骤：设置相关寄存器、NAND 设备的初始化、NAND设备的识别、NAND设备的读擦写（带ECC校验 ）
    NAND设备的操作都是需要通过命令来完成，不同厂家的命令稍有不同，以下一Samsung公司的K9F1208U0M命令表为例介绍NAND设备的软件编写。



表2 K9F1208U0M Command Sets

1)      根据2410寄存器定义如下的命令宏
#define NF_CMD(cmd) {rNFCMD=cmd;}
#define NF_ADDR(addr)   {rNFADDR=addr;}
#define NF_nFCE_L() {rNFCONF&=~(1
#define NF_nFCE_H() {rNFCONF|=(1
#define NF_RSTECC() {rNFCONF|=(1
#define NF_RDDATA()     (rNFDATA)
#define NF_WRDATA(data) {rNFDATA=data;}
#define NF_WAITRB()    {while(!(rNFSTAT&(1
        //wait tWB and check F_RNB pin.

2)      NAND 设备的初始化
static void NF_Init(void)                          //Flash 初始化
{
rNFCONF=(1                                            //设置NAND设备的相关寄存器
    // 1 1    1     1,   1      xxx, r xxx,   r xxx        
    // En 512B 4step ECCR nFCE="H" tACLS   tWRPH0   tWRPH1
   
    NF_Reset();
}
static void NF_Reset(void)                           //Flash重置
{
    int i;
    NF_nFCE_L();
    NF_CMD(0xFF);                      //reset command
    for(i=0;i               //tWB = 100ns
    NF_WAITRB();                        //wait 200~500us;
    NF_nFCE_H();
}
3)      NAND设备的识别                    //#define ID_K9F1208U0M 0xec76
static U16 NF_CheckId(void)                           //Id 辨别
{
    int i;
    U16 id;
   
    NF_nFCE_L();
    NF_CMD(0x90);
    NF_ADDR(0x0);
   
    for(i=0;i                 //wait tWB(100ns)
   
    id=NF_RDDATA()                 // Maker code(K9F1208U:0xec)
    id|=NF_RDDATA();                    // Devide code(K9F1208U:0x76)
   
    NF_nFCE_H();
    return id;
}
4)      NAND 的擦操作
static int NF_EraseBlock(U32 block)
{
    U32 blockPage=(block
    int i;
    NF_nFCE_L();
   
    NF_CMD(0x60
[q1]
);                          // Erase one block 1st command
    NF_ADDR(blockPage&0xff);                // Page number="0"
    NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);   
    NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
    NF_CMD(0xd0
[q2]
);                           // Erase one blcok 2nd command
   
   for(i=0;i                       //wait tWB(100ns)//??????
    NF_WAITRB();                            // Wait tBERS max 3ms.
    NF_CMD(0x70);                           // Read status command
    if (NF_RDDATA()&0x1)                    // Erase error
    {   
        NF_nFCE_H();
    Uart_Printf("[ERASE_ERROR:block#=%d]\n",block);
        return 0;
    }
    else
    {
        NF_nFCE_H();
        return 1;
    }
}