S3C2416裸机开发系列五_Nand驱动以及Nand启动
在嵌入式设计中，由于Nand Flash具有大容量，擦写次数高，接口简单等优点，常用作固化存储器。S3C2416支持Nand启动，因此Nand存储器可以直接保存固化代码以及其它的数据。笔者在此简单的介绍Nand flash驱动的实现以及Nand启动。
1. Nand驱动实现笔者采用Nand flash为K9F2G08U0B，一页有(2048+64)Byte，一个block有64页，容量大小为(256M+8M)Byte，是一款8位宽的SLC flash。
1.1. Nand模块头文件S3C2416 Nand控制器需要通过一些命令来访问Nand flash，并且需要实现底层的寄存器访问。在模块头文件中，我们定义Nand访问常用的命令(来自uboot命名)以及一些寄存器操作宏，并引出模块的接口函数，其内容如下：
#ifndef__NAND_H__
#define__NAND_H__
#ifdef__cplusplus
extern"C" {
#endif
// Nand flash5字节ID
typedefstruct Nand_ID_Info {
unsigned char Maker;
unsigned char Device;
unsigned char ID_Data3;
unsigned char ID_Data4;
unsigned char ID_Data5;
}Nand_ID_Info;
/*
* Standard NAND flash commands
*/
// 页读周期1(命令1)
#defineNAND_CMD_READ0 0
// 页读周期1(命令2)
#defineNAND_CMD_READ1 1
// 随机地址读周期1
#defineNAND_CMD_RNDOUT 5
// 页写周期2
#defineNAND_CMD_PAGEPROG 0x10
// OOB区读命令
#defineNAND_CMD_READOOB 0x50
// 块擦除命令周期1
#defineNAND_CMD_ERASE1 0x60
// 读Nand状态命令
#defineNAND_CMD_STATUS 0x70
// 读多层状态命令
#defineNAND_CMD_STATUS_MULTI 0x71
// 页写周期1
#defineNAND_CMD_SEQIN 0x80
// 随机地址写命令
#defineNAND_CMD_RNDIN 0x85
// 读ID命令
#defineNAND_CMD_READID 0x90
// 块擦除命令周期2
#define NAND_CMD_ERASE2 0xd0
// Nand复位
#defineNAND_CMD_RESET 0xff
/* Extendedcommands for large page devices */
// 页读周期2
#defineNAND_CMD_READSTART 0x30
// 随机地址读周期2
#defineNAND_CMD_RNDOUTSTART 0xE0
#defineNAND_CMD_CACHEDPROG 0x15
// 发送命令
#defineNF_CMD(Data) {rNFCMD = (Data);}
// 写地址
#defineNF_ADDR(Addr) {rNFADDR = (Addr);}
// 读字(4字节)
#defineNF_READ_WORD() (rNFDATA)
// 读一字节
#defineNF_READ_BYTE() (rNFDATA8)
// 写字(4字节)
#defineNF_WRITE_WORD(Data) {rNFDATA = (Data);}
// 写一字节
#defineNF_WRITE_BYTE(Data) {rNFDATA8 = (Data);}
// 使能片选
#defineNF_CE_ENABLE() {rNFCONT &=~(1<<1);}
// 关闭片选
#defineNF_CE_DISABLE() {rNFCONT |=(1<<1);}
// 清空spare区ECC校验值
#defineNF_INIT_SECC() {rNFCONT |= (1<<4);}
// 清空main区ECC校验值
#defineNF_INIT_MECC() {rNFCONT |= (1<<5);}
// 解锁spare区ECC校验值
#defineNF_SECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<6);}
// 锁定spare区ECC校验值
#defineNF_SECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<6);}
// 解锁main区ECC校验值
#defineNF_MECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<7);}
// 锁定main区ECC校验值
#defineNF_MECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<7);}
// nand传输完会置位NFSTAT[4],若开启中断,会同时发送中断请求
#defineNF_WAIT_READY() {while(!(rNFSTAT& (1<<4)));}
// 获得nand RnB引脚状态,1为准备好,0为忙
#defineNF_GET_STATE_RB() {(rNFSTAT &(1<<0))}
// 清除nand传输完标志
#defineNF_CLEAR_RB() {rNFSTAT |=(1<<4);}
/* 模块接口函数 */
externunsigned char Nand_ReadSkipBad(unsigned int Address,
unsigned char *Buffer, unsignedint Length);
externunsigned char Nand_WriteSkipBad(unsigned int Address,
unsigned char *Buffer, unsignedint Length);
extern voidNand_Init(void);
extern intNand_ReadID(Nand_ID_Info *pInfo);
externunsigned char Nand_EraseBlock(unsigned int Block);
externunsigned char Nand_MarkBadBlock(unsigned int Block);
externunsigned char Nand_IsBadBlock(unsigned int Block);
externunsigned char WriteCodeToNand(void); // 代码固化进Nand接口函数
#ifdef__cplusplus
}
#endif
#endif/*__NAND_H__*/
1.2. Nand初始化对于不同的Nand flash，其时序要求不一样。为了达到最佳的性能，是要根据芯片手册设定一下Nand的访问时序参数的。Nand初始化函数如下：
static void Nand_Reset()
{
NF_CE_ENABLE();
NF_CLEAR_RB();
NF_CMD(NAND_CMD_RESET);
NF_WAIT_READY();
NF_CE_DISABLE();
}
void Nand_Init()
{
// 配置nand控制引脚
rGPACON = (rGPACON &~(0x3f<<17)) |(0x3f<<17);
// 配置K9F2G08U0Btiming(HCLK@133M)
// TACLS=1, (tALS或tCLS-tWP=0)(ALE或CLE有效后需保持才能发出写脉冲)
// TWRPH0=2,tWP=12ns(最小写脉冲宽度)
// TWRPH1=1,tALH或tCLH=5ns(写脉冲后ALE或CLE需保持有效时间)
// SLC nand 1位检验就行,1-bit ECC
rNFCONF =(1<<12)|(2<<8)|(1<<4)|(0<<0);
// 上升沿检查nand准备好信号线
rNFCONT =(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)
|(0x3<<6)|(0x3<<4)|(0x3<<1)|(1<<0);
Nand_Reset();
}
1.3. Nand ID的读取Nand写入读ID命令(0x90)后，即可读取5字节的ID信息，ID信息包含了生产厂商，设备ID，以及nand页大小，块大小，位宽等重要信息。其函数实现如下：
intNand_ReadID(Nand_ID_Info *pInfo)
{
if (pInfo == (Nand_ID_Info *)0) {
return 1; // 参数错误
}
NF_CE_ENABLE();
NF_CLEAR_RB();
NF_CMD(NAND_CMD_READID); // 发送读ID命令
NF_ADDR(0x0); // 写0x0地址
pInfo->Maker = NF_READ_BYTE(); //Maker:0xEC
pInfo->Device = NF_READ_BYTE(); //Device:0xDA
pInfo->ID_Data3 = NF_READ_BYTE(); //0x10
pInfo->ID_Data4 = NF_READ_BYTE(); //0x95
pInfo->ID_Data5 = NF_READ_BYTE(); //0x44
NF_CE_DISABLE();
return 0;
}
1.4. Nand页读K9F2G08U0B一页分为2k的main区与64字节的spare区，main区用来存储正常数据，spare区用来存储附加数据(如ECC检验)。对于flash存储器，是会出现位反转或坏块的问题，写入flash的数据或从flash读出的数据可能是有错的，因此必须用ECC进行校验，确保写入的数据与读出的数据是一致的。对于SLCNand Flash，只需1位ECC校验即可，而S3C2416能够产生硬件ECC，可产生4字节的main区ECC与2字节的spare区ECC。我们把4字节的main区ECC放在spare区0～3偏移地址处，2字节的sapre区ECC放在spare区4~5偏移地址处。页读函数如下：
// Block为Nand块区号，Page为对应块中的页号，Buffer为数据缓存区
static intNand_ReadPage(unsigned int Block, unsigned int Page,
unsigned char*Buffer)
{
unsigned int i;
unsigned int MECC, SECC;
if (Buffer == (unsigned char *)0) {
return 1; // 缓冲区为空，参数错误
}
Page &= (64-1); // 64 pagein one block
Page += (Block << 6); //Block转换为页数
NF_INIT_MECC(); // main区ECC清空
NF_INIT_SECC(); // spare区ECC清空
NF_MECC_UNLOCK(); // main区ECC解锁，开始ECC计算
NF_CE_ENABLE(); // 使能片选
NF_CLEAR_RB(); // 清数据传输标志
NF_CMD(NAND_CMD_READ0);// page read cycle 1
NF_ADDR(0); // column address
NF_ADDR(0); // columu address
NF_ADDR(Page & 0xff); // 写入3字节的页地址
NF_ADDR((Page>>8) & 0xff);
NF_ADDR((Page>>16) & 0xff);
NF_CMD(NAND_CMD_READSTART); // page readcycle 2
NF_WAIT_READY(); // 等待命令完成
for (i=0; i<2048; i++) { // 读取main区数据
Buffer[i] = NF_READ_BYTE();
}
NF_MECC_LOCK(); // 锁定main ECC
NF_SECC_UNLOCK(); // 解锁spare ECC
MECC = NF_READ_WORD(); // spare区前4字节为main区ECC
// main区的ECC放入到NFMECCD0/1中相应的位中
rNFMECCD0=((MECC&0xff00)<<8) |(MECC&0xff);
rNFMECCD1=((MECC&0xff000000)>>8) |((MECC&0xff0000)>>16);
NF_SECC_LOCK(); // 锁定spare ECC
// spare区第5,6这两字节为spare区ECC,剩下部分未使用
SECC = NF_READ_WORD();
//
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