S3C2416裸機開發(fā)系列五_Nand驅動以及Nand啟動
在嵌入式設計中，由于Nand Flash具有大容量，擦寫次數高，接口簡單等優(yōu)點，常用作固化存儲器。S3C2416支持Nand啟動，因此Nand存儲器可以直接保存固化代碼以及其它的數據。筆者在此簡單的介紹Nand flash驅動的實現以及Nand啟動。
1. Nand驅動實現筆者采用Nand flash為K9F2G08U0B，一頁有(2048+64)Byte，一個block有64頁，容量大小為(256M+8M)Byte，是一款8位寬的SLC flash。
1.1. Nand模塊頭文件S3C2416 Nand控制器需要通過一些命令來訪問Nand flash，并且需要實現底層的寄存器訪問。在模塊頭文件中，我們定義Nand訪問常用的命令(來自uboot命名)以及一些寄存器操作宏，并引出模塊的接口函數，其內容如下：
#ifndef__NAND_H__
#define__NAND_H__
#ifdef__cplusplus
extern"C" {
#endif
// Nand flash5字節(jié)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
*/
// 頁讀周期1(命令1)
#defineNAND_CMD_READ0 0
// 頁讀周期1(命令2)
#defineNAND_CMD_READ1 1
// 隨機地址讀周期1
#defineNAND_CMD_RNDOUT 5
// 頁寫周期2
#defineNAND_CMD_PAGEPROG 0x10
// OOB區(qū)讀命令
#defineNAND_CMD_READOOB 0x50
// 塊擦除命令周期1
#defineNAND_CMD_ERASE1 0x60
// 讀Nand狀態(tài)命令
#defineNAND_CMD_STATUS 0x70
// 讀多層狀態(tài)命令
#defineNAND_CMD_STATUS_MULTI 0x71
// 頁寫周期1
#defineNAND_CMD_SEQIN 0x80
// 隨機地址寫命令
#defineNAND_CMD_RNDIN 0x85
// 讀ID命令
#defineNAND_CMD_READID 0x90
// 塊擦除命令周期2
#define NAND_CMD_ERASE2 0xd0
// Nand復位
#defineNAND_CMD_RESET 0xff
/* Extendedcommands for large page devices */
// 頁讀周期2
#defineNAND_CMD_READSTART 0x30
// 隨機地址讀周期2
#defineNAND_CMD_RNDOUTSTART 0xE0
#defineNAND_CMD_CACHEDPROG 0x15
// 發(fā)送命令
#defineNF_CMD(Data) {rNFCMD = (Data);}
// 寫地址
#defineNF_ADDR(Addr) {rNFADDR = (Addr);}
// 讀字(4字節(jié))
#defineNF_READ_WORD() (rNFDATA)
// 讀一字節(jié)
#defineNF_READ_BYTE() (rNFDATA8)
// 寫字(4字節(jié))
#defineNF_WRITE_WORD(Data) {rNFDATA = (Data);}
// 寫一字節(jié)
#defineNF_WRITE_BYTE(Data) {rNFDATA8 = (Data);}
// 使能片選
#defineNF_CE_ENABLE() {rNFCONT &=~(1<<1);}
// 關閉片選
#defineNF_CE_DISABLE() {rNFCONT |=(1<<1);}
// 清空spare區(qū)ECC校驗值
#defineNF_INIT_SECC() {rNFCONT |= (1<<4);}
// 清空main區(qū)ECC校驗值
#defineNF_INIT_MECC() {rNFCONT |= (1<<5);}
// 解鎖spare區(qū)ECC校驗值
#defineNF_SECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<6);}
// 鎖定spare區(qū)ECC校驗值
#defineNF_SECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<6);}
// 解鎖main區(qū)ECC校驗值
#defineNF_MECC_UNLOCK() {rNFCONT &=~(1<<7);}
// 鎖定main區(qū)ECC校驗值
#defineNF_MECC_LOCK() {rNFCONT |= (1<<7);}
// nand傳輸完會置位NFSTAT[4],若開啟中斷,會同時發(fā)送中斷請求
#defineNF_WAIT_READY() {while(!(rNFSTAT& (1<<4)));}
// 獲得nand RnB引腳狀態(tài),1為準備好,0為忙
#defineNF_GET_STATE_RB() {(rNFSTAT &(1<<0))}
// 清除nand傳輸完標志
#defineNF_CLEAR_RB() {rNFSTAT |=(1<<4);}
/* 模塊接口函數 */
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); // 代碼固化進Nand接口函數
#ifdef__cplusplus
}
#endif
#endif/*__NAND_H__*/
1.2. Nand初始化對于不同的Nand flash，其時序要求不一樣。為了達到最佳的性能，是要根據芯片手冊設定一下Nand的訪問時序參數的。Nand初始化函數如下：
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控制引腳
rGPACON = (rGPACON &~(0x3f<<17)) |(0x3f<<17);
// 配置K9F2G08U0Btiming(HCLK@133M)
// TACLS=1, (tALS或tCLS-tWP=0)(ALE或CLE有效后需保持才能發(fā)出寫脈沖)
// TWRPH0=2,tWP=12ns(最小寫脈沖寬度)
// TWRPH1=1,tALH或tCLH=5ns(寫脈沖后ALE或CLE需保持有效時間)
// SLC nand 1位檢驗就行,1-bit ECC
rNFCONF =(1<<12)|(2<<8)|(1<<4)|(0<<0);
// 上升沿檢查nand準備好信號線
rNFCONT =(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)
|(0x3<<6)|(0x3<<4)|(0x3<<1)|(1<<0);
Nand_Reset();
}
1.3. Nand ID的讀取Nand寫入讀ID命令(0x90)后，即可讀取5字節(jié)的ID信息，ID信息包含了生產廠商，設備ID，以及nand頁大小，塊大小，位寬等重要信息。其函數實現如下：
intNand_ReadID(Nand_ID_Info *pInfo)
{
if (pInfo == (Nand_ID_Info *)0) {
return 1; // 參數錯誤
}
NF_CE_ENABLE();
NF_CLEAR_RB();
NF_CMD(NAND_CMD_READID); // 發(fā)送讀ID命令
NF_ADDR(0x0); // 寫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頁讀K9F2G08U0B一頁分為2k的main區(qū)與64字節(jié)的spare區(qū)，main區(qū)用來存儲正常數據，spare區(qū)用來存儲附加數據(如ECC檢驗)。對于flash存儲器，是會出現位反轉或壞塊的問題，寫入flash的數據或從flash讀出的數據可能是有錯的，因此必須用ECC進行校驗，確保寫入的數據與讀出的數據是一致的。對于SLCNand Flash，只需1位ECC校驗即可，而S3C2416能夠產生硬件ECC，可產生4字節(jié)的main區(qū)ECC與2字節(jié)的spare區(qū)ECC。我們把4字節(jié)的main區(qū)ECC放在spare區(qū)0～3偏移地址處，2字節(jié)的sapre區(qū)ECC放在spare區(qū)4~5偏移地址處。頁讀函數如下：
// Block為Nand塊區(qū)號，Page為對應塊中的頁號，Buffer為數據緩存區(qū)
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; // 緩沖區(qū)為空，參數錯誤
}
Page &= (64-1); // 64 pagein one block
Page += (Block << 6); //Block轉換為頁數
NF_INIT_MECC(); // main區(qū)ECC清空
NF_INIT_SECC(); // spare區(qū)ECC清空
NF_MECC_UNLOCK(); // main區(qū)ECC解鎖，開始ECC計算
NF_CE_ENABLE(); // 使能片選
NF_CLEAR_RB(); // 清數據傳輸標志
NF_CMD(NAND_CMD_READ0);// page read cycle 1
NF_ADDR(0); // column address
NF_ADDR(0); // columu address
NF_ADDR(Page & 0xff); // 寫入3字節(jié)的頁地址
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++) { // 讀取main區(qū)數據
Buffer[i] = NF_READ_BYTE();
}
NF_MECC_LOCK(); // 鎖定main ECC
NF_SECC_UNLOCK(); // 解鎖spare ECC
MECC = NF_READ_WORD(); // spare區(qū)前4字節(jié)為main區(qū)ECC
// main區(qū)的ECC放入到NFMECCD0/1中相應的位中
rNFMECCD0=((MECC&0xff00)<<8) |(MECC&0xff);
rNFMECCD1=((MECC&0xff000000)>>8) |((MECC&0xff0000)>>16);
NF_SECC_LOCK(); // 鎖定spare ECC
// spare區(qū)第5,6這兩字節(jié)為spare區(qū)ECC,剩下部分未使用
SECC = NF_READ_WORD();
//
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