海思3559U-Boot移植（二）：更换新的SPI Nand Flash

前言:

在开发板上的折腾终归是小打小闹，真正的实践还需要从实际项目和自己参考画的板子选的器件入手，记录更换未经SDK包测试过的国产FLASH调试记录和踩到的坑，重点参考SDK文档包下的ReleaseDoc\zh\02.only for reference\software 基于Hifmcv100控制器的Flash移植指南.pdf，还有\ReleaseDoc\zh\00.hardware\chip路径下的Hi3559A╱C V100 ultra-HD Mobile Camera SoC 用户指南.pdf。（顺便吐槽下海思文档的命名很是规范，存放位置也非常整齐，就是不知道遇见问题的时候该去哪个路径下找查那个文档）

问题描述：

移植国产DDR和Flash的过程比想象中艰难，所幸不需要完整的从0-1，先控制变量保留开发板同款DDR只更换FLASH试试（因为海思的hitool可以选择烧写类型为DDR，可以将Uboot烧进去通过打印排查Flash的问题）

特别注意：

最开始保留开发板同款DDR和Flash的时候其实也有问题，不知道是硬件缺陷还是哪里配置不对，在烧写时，必须先上电，并在一秒内快速点击hitool的烧写才能烧写进去，不然会再hitool界面打印几个####后不更新进度条，暂时没查明原因和这么做的影响。而正常开发板是先点击hitool烧写并在15秒之内上电
选择了可行的烧写“技巧”后，先正常选择烧写到SPI Nand Flash，报错结果如下

有网友分析可能是硬件问题，但具体的什么原因也没说（结论也对也不对，换硬件也可能解决，实际上不同硬件不同配置的，软件需要支持）

此时还没有想到手册会补充说明，就按照常规的移植方法判断推测
https://blog.csdn.net/imzhujun/article/details/122230947一文中提到，也有类似情况，修改了flash的id就好了，跟硬件工程师简单反馈后开始同步尝试
查阅datasheet，在/osdrv/opensource/uboot/u-boot-2016.11/drivers/mtd/nand/hifmc100/hifmc_spi_nand_ids.c里增加flash型号

修改后尝试先烧进ddr里准备在通过命令行读写进flash对比，

发现压根就没有发现flash啊，spi nand id都没有读到，大小直接0MB，
再次和硬件工程师沟通之后确认电压为1.8V，也就是说，并不是之前认为的这个型号，那现在的ID肯定是不对了，

重新添加

重新编译

make clean
make CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- hi3559av100_defconfig
make CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- -j 20
make CROSS_COMPILE=aarch64-himix100-linux- u-boot-z.bin

烧录

那这样做的具体依据是什么呢，假如没有其他芯片的参考代码怎么做呢（一般都会有）？

官方提供的添加方式：

非标驱动中 SPI Nand ID 注册信息示例如下：

特别注意

FMC 控制器自身集成 ECC 纠错功能，FMC 启动之后会关掉 SPI Nand Flash 器件的ECC，而关闭 ECC 这个动作，只能支持将 B0h Feature 寄存器的 bit4 置成 0。所以，判断一颗 SPI Nand Flash 器件 FMC 能不能支持的第一步就是先看看这颗器件的 B0h Feature 寄存器的 bit4 是否是 ECC_EN bit，如果不是，那就不支持

&emsp查看我们的芯片手册

首先要确认是支持的
新移植一个 SPI Nand Flash 器件，简单来说就是往 hifmc_spi_nand_ids.c 的 ID 注册信息结构体中增加一个 ID 节点，

步骤 1 查阅器件手册，新增 ID 节点，在节点的相应位置填信息

3.3V和1.8V分别对应了两个型号，也就是上文我们最终选择的E5,21
获取器件的 chip size、block size、page size、OOB size 信息，其他信息不确定的情况下，保持跟示例中的 ID 信息一致

步骤 2 从手册的 Features 章节中获取器件所支持的接口类型:

步骤 3 确定接口的 dummy 值和工作时钟：

1. Dummy num 的确认

参照手册 SPI Nand Flash 的 SPI 接口的定义：
（1）Standard SPI STD Read 和所有 Write 及 Erase 接口的 Dummy 值为 0；
（2）Dual-Output/Dual-Input SPI 和 Quad-Output/Quad-Input SPI 接口 Dummy 值为1；
（3）Dual I/O SPI 和 Quad I/O SPI 的接口 Dummy 值要参考手册计算：
Dual I/O SPI Read

从器件手册中的波形图可以看出 Dual I/O SPI Read 需要 15-18 的 4 个 dummy cycle的时钟周期，又因为接口是两线，所以相当于要有 8 dummy cycle bit，相当于 1 dummy cycle Byte。根据芯片手册 dummy_num 的定义：&READ_DUAL_ADDR(1,INFINITE, 108)中 dummy 值填 1。
Quad I/O SPI Read

从器件手册中的波形图可以看出 Quad I/O SPI Read 需要 11-14 的 4 个 dummy cycle的时钟周期。又因为接口是四线，所以相当于要有 16 dummy cycle bit，相当于 2dummy cycle Byte。根据芯片手册 dummy_num 的定义：&READ_QUAD_ADDR (2,INFINITE, 108)中 dummy 值填 2。

2. 接口工作时钟

举个例子，接口&READ_QUAD_ADDR(2, INFINITE, 104)，中的工作频率是依据每个
手册里面的 AC CHARACTERISTICS 表获取

步骤 4 当根据上面几个步骤填好如下图接口的信息之后，要匹配宏定义。

在 hifmc_spi_nand_ids.c 源代码路径开头几行中匹配宏定义：

步骤 5 匹配完接口信息，最后一步要匹配器件相关函数钩子&spi_driver_no_qe,（结构体 struct spi_drv），我们需要关注的以下几个：

.wait_ready = spi_general_wait_ready,
.write_enable = spi_general_write_enable,
.qe_enable = spi_general_qe_enable,或.qe_enable = spi_do_not_qe_enable,

说明：
目前驱动中对于大部分 SPI Nand Flash 厂家的所使用的功能函数都是有匹配的，如果新增器件是
表格中所列厂家的器件可以尝试使用现成的，不需要额外匹配

.wait_ready = spi_general_wait_ready,等待器件 ready。
通过读器件 C0h feature 寄存器的 bit0 WIP 来判断器件是否处于空闲状态，目前所有 SPI Nand Flash 的满足这个机制。

.write_enable = spi_general_write_enable,写使能接口。
通过写 C0h feature 寄存器的 bit1 WEL 来改变器件是否可操作，目前所有 SPINand Flash 的满足这个机制。

区别于 SPI Nor Flash，SPI Nand Flash 器件是不需要复位脚的，因为 FMC 会自动下发复位命令，所以，SPI Nand Flash 默认匹配为四线模式。但是，不是所有的厂家的 SPI Nand Flash 器件出厂时都默认四线，根据 QE bit 的情况分为两类：
下图不带 QE bit 的 Feature 寄存器

下图带 QE bit 的 Feature 寄存器

.qe_enable = spi_do_not_qe_enable，器件四线接口使能的函数接口：
Micron MT29F2G01ABA 器件默认上电是四线使能，所以不需要使能四线。但是，有的 SPI Nand Flash 需要使能四线才能使用 QUAD 接口，对应的函数接口是：.qe_enable = spi_general_qe_enable

当前市面上的 SPI Nand Flash 的 QE bit 使能都是遵循上面驱动中的操作。如果所新增的器件 QE
bit 使能的方式有所差异，可以参考上面的驱动代码进行修改。

步骤 6 将 ID 合入到 hifmc_spi_nand_ids.c 文件中后，编译烧写上电启动查看 U-boot 的打印信息，查看 ECC 是否跟手册要求的 ECC 类型匹配：

报错环节

众所周知，调试总会出现奇奇怪怪的错误，完整的烧写记录如下

Boot started successfully!Send command:  getinfo version
version: U-Boot 2016.11
[EOT](OK)Send command:  getinfo bootmode
nand
[EOT](OK)Send command:  getinfo nand
Block:128KB Chip:128MB*1 Page:2KB OOB:64B ECC:4bit/512
ID:0xE5 0x21
Name:"DS35M1GA"
[EOT](OK)Send command:  nand erase 0x0 0x60000NAND erase: device 0 offset 0x0, size 0x60000Erasing at 0x0 --  33% complete.
Erasing at 0x20000 --  66% complete.
Erasing at 0x40000 -- 100% complete.
OK
[EOT](OK)Send command:  nand write 0x41000000 0x0 0x60000NAND write: device 0 offset 0x0, size 0x60000
pure data length is 393216, len_incl_bad is 393216393216 bytes written: OK
[EOT](OK)

在移植过程中难免遇见错误，一次选错了ECC的类型（也不一定会必现）烧写后出现了下图的情况

根据报错查找到错误打印位于osdrv/opensource/uboot/u-boot-2016.11/drivers/mtd/nand/nand_util.c中，加入打印调试信息，根据输出信息发现其实是在调用nand_verify函数验证写入数据和缓冲区的数据的过程中出错，导致写入不成功。先跳过这个判断发现流程就可以走完了！那就是说只要返回值正确的话就没问题了

nand位反转

参考到原因可能是：由于nand存在位反转缺陷，当写入页数据的时候，需要根据页数据生成ECC校验码，并写入当前页后面的oob区。当开始读该页的数据的时候，由于nand的位反转缺陷，可能导致读出的数据某位发生了错误。所以需要继续读出oob区的校验码，根据校验码修正数据中的错误位。

可是校验码其实早在nand_write的时候就已经写入oob区了，读取数据的时候自然会根据oob区的校验码修改数据，为什么还要和缓冲区的数据校验呢？（缓冲区的数据其实就是源数据）查阅了旧版的uboot中，并没有这个判断选项，所以暂且先将其关闭，测试是否能成功。

对应的日志结果如下

和之前屏蔽掉判断的结果一样，都是可以烧写进去，但是还是无法正常启动，重启只能打印空格
开始查找对比之前的日志情况，但是在nand write的时候没有报过坏块的错误

决定nand erase.chip擦除下，发现还是报了很多坏块

拿hitool烧写是可以烧写成功，可还是重启失败，难道是刚好0地址坏块导致的？
后来查到手册上相关部分是这么描述的。Block0必须为好块

手册里没有描述BLOCK0都有哪些地址，但是单片机的block0还是很熟悉的，应该大同小异吧

Block0

连接被控总线的是FLASH，RAM和片上外设，这些功能部件共同排列在一个4GB的地址空间内。我们在编程的时候，操作的也正是这些功能部件。存储器本身不具有地址信息，它的地址是由芯片厂商或用户分配，给存储器分配地址的过程就称为存储器映射。如果给存储器再分配一个地址就叫存储器重映射

查看现在的烧写日志

越发怀疑这三个坏块位于block0，影响了坏块表的管理
直接nand scrub.chip -y，问题解决，证明了是硬件坏块的问题，现在只需要更换全新的flash芯片即可。

nand scrub

为什么一个指令就会影响芯片不可靠了呢？因为该命令会擦除工厂标记的坏块表，一旦擦除，无法恢复。
但一般情况下，在u-boot下即使使用了nand scrub也不会感觉到有问题存在，因为一切正常。可是如果你的程序要批量生产，那么使用这个命令后带来的潜在的问题或许是你无法承受的。
nand flash工厂在一个比较宽的温度和电压范围内测试并标记了nand坏块，这些坏块在一定的温度或电压下仍然可以工作，但可能在另一时刻条件发生改变后便会失效，这将成为一个潜在的定时炸弹。虽然闪存技术在逐步提高，但现在2GB的闪存在出厂时仍然允许存在最多40个坏块。所以一旦将工厂做出的坏块表擦除，将一些坏块作为好块来使用，会给系统的稳定性带来很大的出现问题的几率和危险。遇见过前辈留下了在批量烧写芯片之前使用了这个命令来擦除flash，结果产品中经常出现一些莫名的无法启动的系统的问题，长时间得不到解决。
不过终于U-boot烧进去了！

补充说明

海思的文档中是这样解释坏块的判定的：

FMC 在 Boot 时，遇到坏块之后能够自动跳过坏块去寻找好块并读取 Boot 信息。每次跳坏块过程最大可以连续跳过 4 个坏块，若在一次跳坏块的过程中连续出现 5 个物理坏块，则 Boot 失败。整个 Boot 过程可以出现若干次跳坏块过程，当遇到好块时，此次跳坏块过程结束，若再次遇到坏块，则开始一次新的跳坏块过程。
FMC 逻辑对坏块的判定条件有三个：
当前物理块的第一个页和最后一个页坏块标记位标记位 0xff。
当前物理块的第一个页和最后一个页空块标记位标记位 0x00。
当前物理块的第一个页和最后一个页的 OOB 所在纠错单元 ECC 可纠错。
只有以上三个条件同时满足，FMC 逻辑才能判定这个快为好块，否则判定为坏块。