s3c2410/s3c2440 nand flash工作原理

NAND Flash的寻址方式和NAND Flash的memory组织方式紧密相关。NAND Flash的数据是以bit的方式保存在memory cell，一般来说，一个cell中只能存储一个bit。这些cell以8个或者16个为单位，连成bit line，形成所谓的byte(x8)/word(x16)，这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page，通常是528Byte/page或者264Word/page。然后，每32个page形成一个Block，Sizeof(block)=16kByte Block是NAND Flash中最大的操作单元，擦除就是按照block为单位完成的，而编程/读取是按照page为单位完成的。所以，按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：

-Block Address

-Page Address

-Column Address

首先，必须清楚一点，对于NAND Flash来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度可以是8位或者16位，但是，对于x16的NAND Device，I/O[15:8]只用于传递数据（此点不是很认同）。清楚了这一点，我们就可以开始分析NAND Flash的寻址方式了。

以528Byte/page 总容量512Mbit+512kbyte的NAND器件为例：因为1 block="16kbyte"，512Mbit="64Mbyte"，Numberof(block)=1024 1block="32page", 1page="528byte"=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area) 用户数据保存在main area中。512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的NAND，这512byte被分成1st half和2nd half, 各自的访问由所谓的pointer operation命令来选择，也就是选择了bit8的高低。因此A8就是halfpage pointer（这是我给出的一个名字），A[7:0]就是所谓的column address。32个page需要5bit来表示，占用A[13:9]，即该page在块内的相对地址Block的地址是由A14以上的bit来表示，例如512Mb的NAND，共4096block，因此，需要12个bit 来表示，即A[25:14]，如果是1Gbit的528byte/page的NAND Flash，则block address用A[26:14]表示。而page address就是blcok address|page address in block。

NAND Flash的地址表示为：

Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address

地址传送顺序是Column Address, Page Address, Block Address。由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。例如，对于512Mbit x8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。

以NAND_ADDR为例：

第1步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上而halfpage pointer即bit8是由操作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage上进行读写，

而真正的bit8的值是don't care的。

第2步就是将NAND_ADDR右移9位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上。

第3步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上。

第4步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O上。

因此，整个地址传递过程需要4步才能完成，即4-step addressing。

如果NAND Flash的容量是256Mbit以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。

下面，就x16的NAND flash器件稍微进行一下说明。

由于一个page的main area的容量为256word，仍相当于512byte。但是，这个时候没有所谓的1st halfpage和2nd halfpage之分了，所以，bit8就变得没有意义了，也就是这个时候bit8完全不用管，地址传递仍然和x8器件相同。除了这一点之外，x16的NAND使用方式和x8的使用方式完全相同。

1.1Nandflash芯片工作原理

Nandflash芯片型号为SamsungK9F1208U0B，数据存储容量为64MB，采用块页式存储管理。8个I/O引脚充当数据、地址、命令的复用端口。

1.1.1芯片内部存储布局及存储操作特点

一片Nandflash为一个设备(device),其数据存储分层为：

1设备(Device)=4096块(Blocks)

1块(Block)=32页/行(Pages/rows);页与行是相同的意思,叫法不一样

1页(Page)=528字节(Bytes)=数据块大小(512Bytes分为前半页和和后半页)+OOB块大小(16Bytes)

在每一页中，最后16个字节（又称OOB）用于NandFlash命令执行完后设置状态用，剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。可以通过NandFlash命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位通过NandFlash内置的指针指向各自的首地址。

存储操作特点：

1.擦除操作的最小单位是块。

2.NandFlash芯片每一位(bit)只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前要一定将相应块擦除(擦除即是将相应块得位全部变为1).

3.OOB部分的第六字节(即517字节)标志是否是坏块，如果不是坏块该值为FF，否则为坏块。

4.除OOB第六字节外，通常至少把OOB的前3个字节存放NandFlash硬件ECC码(关于硬件ECC码请参看Nandflash控制器一节).

1.1.2重要芯片引脚功能

I/O0I/O7：复用引脚。可以通过它向nandflash芯片输入数据、地址、nandflash命令以及输出数据和操作状态信息。

CLE(CommandLatchEnable):命令锁存允许

ALE(AddressLactchEnable):地址锁存允许

CE:芯片选择

RE:读允许

WE:写允许

WP:在写或擦除期间，提供写保护

R/B:读/忙输出

1.1.3寻址方式

SamsungK9F1208U0BNandFlash片内寻址采用26位地址形式。从第0位开始分四次通过I/O0－I/O7进行

传送，并进行片内寻址。具体含义如下：

0－7位：字节在上半部、下半部及OOB内的偏移地址

8位：值为0代表对一页内前256个字节进行寻址

值为1代表对一页内后256个字节进行寻址

9－13位：对页进行寻址

14－25位：对块进行寻址

当传送地址时,从位0开始

1.1.4Nandflash主要内设命令详细介绍

NandFlash命令执行是通过将命令字送到NandFlash控制器的命令寄存器来执行。

NandFlash的命令是分周期执行的，每条命令都有一个或多个执行周期，每个执行周期都有相映代码表示该周期将要执行的动作。

主要命令有：Read1、Read2、ReadID、Reset、PageProgram、BlockErase、ReadStatus。

详细介绍如下：

1.Read1：

功能：表示将要读取Nandflash存储空间中一个页的前半部分，并且将内置指针定位到前半部分的第一个字节。

命令代码：00h

2.Read2：

功能：表示将要读取Nandflash存储空间中一个页的后半部分，并且将内置指针定位到后半部分的第一个字节。

命令代码：01h

3.ReadID：

功能：读取Nandflash芯片的ID号

命令代码：90h

4.Reset：

功能：重启芯片。

命令代码：FFh

5.PageProgram：

功能：对页进行编程命令,用于写操作。

命令代码：首先写入00h(A区)/01h(B区)/05h(C区),表示写入那个区;再写入80h开始编程模式(写入模式)，接

下来写入地址和数据;最后写入10h表示编程结束.

6.BlockErase

功能：块擦除命令。

命令代码：首先写入60h进入擦写模式，然后输入块地址;接下来写入D0h,表示擦写结束.

7.ReadStatus

功能：读取内部状态寄存器值命令。

命令代码：70h

2NandFlash控制器工作原理

对NandFlash存储芯片进行操作,必须通过NandFlash控制器的专用寄存器才能完成。所以，不能对NandFlash进行总线操作。而NandFlash的写操作也必须块方式进行。对NandFlash的读操作可以按字节读取。

2.1NandFlash控制器特性

1.支持对NandFlash芯片的读、检验、编程控制

2.如果支持从NandFlash启动,在每次重启后自动将前NandFlash的前4KB数据搬运到ARM的内部RAM中

3.支持ECC校验

2.2NandFlash控制器工作原理

NandFlash控制器在其专用寄存器区(SFR)地址空间中映射有属于自己的特殊功能寄存器，就是通过将NandFlash芯片的内设命令写到其特殊功能寄存器中，从而实现对Nandflash芯片读、检验和编程控制的。特殊功能寄存器有：NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT、NFECC。寄存详细说明见下一节。

1.配置寄存器(NFCONF)：用于对NandFlash控制器的配置状态进行控制。

2.命令寄存器(NFCMD)：用于存放Nandflash芯片内设的操作命令。

3.地址寄存器(NFADDR)：用于存放用于对Nandflash芯片存储单元寻址的地址值。

4.数据寄存器(NFDATA)：Nandflash芯片所有内设命令执行后都会将其值放到该寄存器中。同时，读出、写入Nandflash存储空间的值也是放到该寄存器。

5.状态寄存器(NFSTAT)：用于检测Nandflash芯片上次对其存储空间的操作是否完成。

6.ECC校验寄存器(NFECC)：ECC校验寄存器。

3：实验代码：

3.1：NandFlash的初始化

voidinit_nand()

{

//时间参数设为:TACLS=0TWRPH0=3TWRPH1=0

NFCONF=0x300;

/*使能NANDFlash控制器,初始化ECC,禁止片选*/

NFCONT=(1<<4)|(1<<1)|(1<<0);

/*复位NANDFlash*/

NFCONT&=~(1<<1);//发出片选信号

NFCMMD=0xFF;//复位命令

wait_idle();//循环查询NFSTAT位0，直到它等于1

NFCONT|=0x2;//取消片选信号

}

3.2：NandFlash的读操作

汇编代码：

ldr r0, =0