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Nand Flash介绍和Nand Flash控制器使用
一、Flash介绍
常用的flash类型有NOR Flash 和Nand Flash 两种；
（1）Nor Flash
1、Nor Flash的接口和RAM完全相同，可以随机访问任意地址的数据，在其上进行读操作的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，另外，Nor Flash的容量一般比较小，通常，Nor Flash用于存储程序；
2、Nor Flash的块大小范围为64KB—128KB；
3、擦写一个Nor Flash块需要4s，
4、市场上Nor Flash 的容量通常为1MB—4MB
（2）Nand Flash
1、Nand Flash的接口仅仅包含几个I/O引脚，需要串行地访问，Nand Flash进行擦除和写操作的效率很高，容量较大，
通常Nand Flash用于存储数据；
2、Nand Flash的块大小范围为8KB—64KB；
3、擦写一个Nand Flash块需要2ms；
4、Nand Flash 一般以512字节为单位进行读写
5、 市场上 Nand Flash 的容量一般为 8M—512M
二、Nand Flash的物理结构
以三星公司生产的 K9F1208U0M 为例：
1、容量：64MB，
一共4个层；
每层1024个块（block）；
1块包含32页
1页包含 512 + 16 = 528个字节
2、外部接口：8个I/O口，5个使能信号（ALE、CLE、nWE、nRE、nCE），1个状态引脚（RDY/B），1个写保护引脚（nWE）；
3、命令、地址、数据都通过8个I/O口输入输出；
4、写入命令、地址、数据时，都需要将nWE、nCE信号同时拉低；数据在WE上升沿被锁存；
5、CLE、ALE用来区分I/O引脚上传输的是数据还是地址；
6、64MB的空间需要26位地址，因此以字节为单位访问Flash时需要4个地址序列；
7、读/写页在发出命令后，需要4个地址序列，而擦除块在发出擦除命令后仅需要3个地址序列；
三、Nand Flash访问方法
操作Nand Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读、写数据，期间要检查flash的状态；
K9F1208U0M 一页大小为528字节，而列地址A0——A7可以寻址的范围是256字节，所以将一页分为A、B、C三个区：
A区：0—255字节
B区：256—511字节
C区：512—527字节
（0）Nand Flash 初始化
void NF_Init(void)
{
/* 设置 Nand Flash 配置寄存器, 每一位的取值见1.3 节 */
rNFCONF=(1<< 15)|(1<<14)|(1<< 13)|(1<<12)|(1<< 11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
/* 复位外部 Nand Flash 芯片 */
NF_Reset();
}
（1）复位
命令：FFh
步骤：发出命令即可复位Nand Flash芯片；
static void NF_Reset(void)
{
int i;
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0xFF); /* 复位命令 */
for(i=0;i< 10;i++); /* 等待tWB = 100ns. */
NF_WAITRB(); /* wait 200~500us; */
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
}
（2）读操作
命令：
00h——读A区
01h——读B区
50h——读C区
操作步骤：
1、发出命令 00h、01h 或50h， 00h将地址位A8设为0， 01h将A8设为1 ；
2、依次发出4个地址序列；
3、检测R/nB，待其为高电平时，就可以读取数据了；
参数说明：block ：块号
page ：页号
buffer ：指向将要读取到内存中的起始位置
返回值：1：读成功
0 ：读失败
static int NF_ReadPage(unsigned int block, unsigned int page, unsigned char *buffer)
{
int i;
unsigned int blockPage;
unsigned char ecc0, ecc1, ecc2;
unsigned char *bufPt=buffer;
unsigned char se[16];
page=page&0x1f;
blockPage=(block<<5)+page;
NF_RSTECC(); /* 初始化 ECC */
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x00); /* 从A 区开始读 */
NF_ADDR(0); /* A0~A7 位(Column Address) */
NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); /* A17-A24, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); /* A25, (Page Address) */
/* 等待Nand Flash 处于再准备状态 */
for(i=0;i< 10;i++);
NF_WAITRB(); /*等待 tR(max 12us) */
/* 读整个页, 512 字节 */
for(i=0;i<512;i++)
{
*bufPt++=NF_RDDATA();
}
/* 读取 ECC 码 */
ecc0=rNFECC0;
ecc 1=rNFECC 1;
ecc2=rNFECC2;
/* 读取该页的OOB 块 */
for(i=0;i< 16;i++)
{
se[i]=NF_RDDATA();
}
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
/* 校验 ECC 码, 并返回 */
if(ecc0==se[0] && ecc 1==se[1] && ecc2==se[2])
return 1;
else
return 0;
}
（3）flash编程
命令：
80h——10h ：写单页；
80h——11h ：对多个层进行些页操作；
操作步骤：
1、写单页步骤：
【1】发出80h命令后；
【2】发送4个地址序列；
【3】向flash发送数据；
【4】发出命令10h启动写操作，flash内部自动完成写、校验操作；
【5】通过命令70h读取状态位，查询写操作是否完成；
2、多页写
【1】发出80h、4个地址序列、最多528字节的数据；
【2】发出11h命令；
【3】接着在相邻层执行【1】、【2】两步操作；
【4】第四页的最后使用10h代替11h，启动flash内部的写操作；
【5】可以通过71h查询写操作是否完成；
以页为单位写入.
参数说明：block 块号
page 页号
buffer 指向内存中待写入Nand flash 中的数据起始位置
返回值: 0 ：写错误
1：写成功
static int NF_WritePage(unsigned int block, unsigned int page, unsigned char *buffer)
{
int i;
unsigned int blockPage = (block<<5)+page;
unsigned char *bufPt = buffer;
NF_RSTECC(); /* 初始化 ECC */
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x0); /* 从A 区开始写 */
NF_CMD(0x80); /* 写第一条命令 */
NF_ADDR(0); /* A0~A7 位(Column Address) */
NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); /* A17-A24, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); /* A25, (Page Address) */
for(i=0;i<512;i++)
{
NF_WRDATA(*bufPt++); /* 写一个页512 字节到 Nand Flash 芯片 */
}
/*
* OOB 一共16 Bytes, 每一个字节存放什么由程序员自己定义, 通常,
* 我们在 Byte0-Byte2 存 ECC 检验码. Byte6 存放坏块标志.
*/
seBuf[0]=rNFECC0; /* 读取 ECC 检验码 0 */
seBuf[1]=rNFECC 1; /* 读取 ECC 检验码 1 */
seBuf[2]=rNFECC2; /* 读取 ECC 检验码 2 */
seBuf[5]=0xff; /* 非坏块标志 */
for(i=0;i< 16;i++)
{
NF_WRDATA(seBuf [i]); /* 写该页的OOB 数据块 */
}
NF_CMD(0x10); /* 结束写命令 */
/* 等待Nand Flash 处于准备状态 */
for(i=0;i< 10;i++);
NF_WAITRB();
/* 发送读状态命令 Nand Flash */
NF_CMD(0x70);
for(i=0;i<3;i++);
if (NF_RDDATA()&0x1)
{ /*如果写有错, 则标示为坏块 */
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
NF_MarkBadBlock(block);
return 0;
} else { /* 正常退出 */
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
return 1;
}
}
（4）复制
命令：
00h——8Ah——10h ：单层页内复制
03h——8Ah——11h ：多层页内复制
操作步骤：
1、单层页内复制步骤：
【1】发出命令00h；
【2】4个源地址序列；
【2】接着发出8Ah；
【4】发出4个目的地址序列；
【5】发出10h命令，启动写操作；
【6】通过70h命令读取状态查询操作是否完成；
2、多层页内复制步骤：
【1】发出命令00h（第一层）、4个源页地址序列；
【2】以后各层依次发出命令03h、4个源页地址序列；
【3】发出命令8Ah、目的地址、命令11h；
【4】各层依次执行【3】，在最后一页的地址后，用10h代替11h，启动写操作；
【5】通过71h命令读取状态查询操作是否完成；
（5）擦除
命令：
60h——D0h ：单层内块擦除
60h-60h ——D0h ：多层内块擦除
操作步骤：
1、单层内块擦除：
【1】发出命令字60h；
【2】发出块（block）地址，仅需3个地址序列；
【3】发出D0h，启动擦除操作；
【4】发出70h命令查询状态，是否完成擦除；
2、多层内块擦除：
【1】发出命令字60h，3个块地址序列；
【2】对每个层执行【1】；
【3】发出命令D0h，启动擦除操作；
【4】发出71h命令查询状态，检查是否完成擦除；
（6）读取芯片ID
命令：90h
操作步骤：
1、发出命令90h；
2、发出4个地址序列（均设为0）；
3、连续读入5个数据，分别表示：厂商代码、设备代码、保留字节、多层操作代码；
返回值为Nand flash 芯片的 ID 号
unsigned short NF_CheckId(void)
{
int i;
unsigned short id;
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x90); /* 发送读ID 命令到 Nand Flash 芯片 */
NF_ADDR(0x0); /* 指定地址 0x0 ，芯片手册要求 */
for(i=0;i< 10;i++); /* 等待tWB = 100ns. */
id=NF_RDDATA()<<8; /* 厂商ID(K9S 1208V:0xec) */
id|=NF_RDDATA(); /* 设备 ID(K9S 1208V:0x76) */
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
return id;
}
（7）读状态
命令：
70h——单层状态
71h——多层状态
操作步骤：写入命令字之后，然后启动读操作即可读入此寄存器。
（8）Nand flash 标记坏块
如果是坏块, 通过写 OOB 块的Byte6 把该块标记为坏块。
参数说明：block 块号
返回值：1：ok ，成功完成标记。
0 ：表示写OOB 块正确.
static int NF_MarkBadBlock(unsigned int block)
{
int i;
unsigned int blockPage=(block<<5);
seBuf[0]=0xff;
seBuf[1]=0xff;
seBuf[2]=0xff;
seBuf[5]=0x44; /* 设置坏块标记 */
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x50); /* 从C 区开始写 */
NF_CMD(0x80); /* 发送编程命令, 让Nand Flash 处理写状态 */
NF_ADDR(0x0); /* A0~A7 位(Column Address) */
NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); /* A17-A24, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); /* A25, (Page Address) */
/* 写OOB 数据块 */
for(i=0;i< 16;i++)
{
NF_WRDATA(seBuf [i]);
}
NF_CMD(0x10); /* 结束写命令 */
/* 等待NandFlash 准备好 */
for(i=0;i< 10;i++); /* tWB = 100ns. */
NF_WAITRB();
/*读NandFlash 的写状态 */
NF_CMD(0x70);
for(i=0;i<3;i++); /* twhr=60ns */
if (NF_RDDATA()&0x1)
{
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
return 0;
} else {
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
}
return 1;
}
（9）Nand Flash 检查坏块
检查指定块是否是坏块.
参数说明：block ：块号
返回值：1：指定块是坏块
0 ：指定块不是坏块。
static int NF_IsBadBlock(U32 block)
{
int i;
unsigned int blockPage;
U8 data;
blockPage=(block<<5);
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x50); /* Read OOB 数据块 */
NF_ADDR(517&0xf); /* A0~A7 位(Column Address) */
NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); /* A17-A24, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); /* A25, (Page Address) */
/* 等待NandFlash 准备好 */
for(i=0;i< 10;i++); /* wait tWB(100ns) */
NF_WAITRB();
/* 读取读出值 */
data=http://www.mamicode.com/NF_RDDATA();
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
/* 如果data 不为0xff 时, 表示该块是坏块 */
if(data != 0xff)
return 1;
else
return 0;
}
（10）擦除指定块中数据
参数说明：block 块号
返回值：0 ：擦除错误。（若是坏块直接返回0 ；若擦除出现错误则标记为坏块然后返回0）
1 ：成功擦除。
static int NF_EraseBlock(unsigned int block)
{
unsigned int blockPage=(block<<5);
int i;
/* 如果该块是坏块, 则返回 */
if(NF_IsBadBlock(block))
return 0;
NF_nFCE_L(); /* 片选 Nand Flash 芯片*/
NF_CMD(0x60); /* 设置擦写模式 */
NF_ADDR(blockPage&0xff); /* A9-A 16, (Page Address) , 是基于块擦*/
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); /* A17-A24, (Page Address) */
NF_ADDR((blockPage>> 16)&0xff); /* A25, (Page Address) */
NF_CMD(0xd0); /* 发送擦写命令, 开始擦写 */
/* 等待NandFlash 准备好 */
for(i=0;i< 10;i++); /* tWB(100ns) */
NF_WAITRB();
/* 读取操作状态 */
NF_CMD(0x70);
if (NF_RDDATA()&0x1)
{
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
NF_MarkBadBlock(block); /* 标记为坏块 */
return 0;
} else {
NF_nFCE_H(); /* 取消Nand Flash 选中*/
return 1;
}
}
Nand Flash介绍和Nand Flash控制器使用