韦东山之学习笔记——NOR Flash
Nor Flash的简单介绍
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Nor是非易失性存储器之一
Nor Flash最大的特点是支持XIP(Execute On Chip),就是可以直接在Nor Flash的皮内内存执行,在Nor Flash中的代码运行时不需要重定位复制到RAM内。Nor Flash的地址线跟数据线是分开的,数据的读取和RAM很类似,只要能够提供数据地址,数据总线就能正确给出数据,不过不能直接对他进行写操作,执行写操作之前需要发送固定的命令序列,然后发送写操作的地址和数据。
Nor Flash存储器的最小的访问单元一般分为8位和16位的,也有一些Nor flash器件同时支持8和16位模式。
Nor Flash一般有多个扇区,扇区是Nor Flash擦除的最小单位,Nor Flash每个扇区大小都是不固定的,扇区的排放一般分为两种模式top boot part和bottom boot part。这两种形式的区别是小块的扇区在Nor Flash芯片中防止的位置不同,Bottom Boot 类型的Nor Flash小块地址位于芯片0地址,Top Boot Part类型的小块地址位于芯片的高地址上。
符号 | 管脚名 | 功能 |
---|---|---|
A0~A19 | 地址输入 | 地址信号,表示要读写数据的地址信息 |
Q0~Q15 | 数据输入/输出 | 数据输入/输出引脚,读周期内输出数据,写周期内输入数据 |
CE# | 芯片使能 | CE#为低电平时,芯片被选中,后续执行的操作才会有效 |
WE# | 写使能 | 配合CE#和OE#以及地址引脚和数据引脚一起使用,当CE#低电平,OE#高电平,WE#为低电平时,Q0Q15上数据被写入到A0A19表示地址中 |
BYTE# | 字或字节选择输入 | 当其为高电平时,数据输出为16bit模式;低电平时,数据输出为8bit模式 |
RESET# | 硬件复位/扇区保护解锁引脚 | 硬件复位引脚,当输入信号为低电平时,芯片复位 |
OE# | 输出使能 | 配合CE#和WE#以及地址引脚和数据引脚一起使用,当CE#低电平,WE#高电平,OE#为低电平时,将地址A0~A19内存中的数据传送到Q0 ~ Q15上 |
RY/BY# | RY/BY#输出引脚 | 用于输出Ready和Busy信号,实际用时可以不接,可以用命令查询NOR Flash状态代替 |
VCC | 电源供应引脚(2.7v~3.6v) | 芯片供电电源 |
GND | 地引脚 | 芯片电源地 |
WP#/ACC | 硬件写保护/加速引脚 | 硬件写保护引脚,低电平有效 |
NC | 不连接内部引脚 | 不用连接 |
S3C2440和NOR FLASH的连接
Nor Flash的数据宽度是16位的,与2440处理器的连接时,地址线必须错位进行连接。S3c2440的地址线A0悬空,A1连接NOR FLASH的地址线A1,以此排序,需要错位连接的原因是:2440处理器的每个地址对应的是一个byte的数据单元,而16-bit的Nor flash的每个地址对应是一个HALF-WORD(16-BIT)的数据单元。为了保持匹配,所以必须错位连接。这样,从2440处理器发出来的地址信号的最低位A0对16-BIT FLASH来说就被屏蔽掉了。
①、ARM处理器需要从地址0x0读取一个BYTE
- ARM处理器在地址线An-A0上送出信号0x0;
由于2440的A1连接NOR Flash A0,16-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址是0x0,然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上;
ARM处理器知道访问的是16-BIT的FLASH,从D7-D0上读取所需要的一个BYTE的数据。
②、ARM处理器需要从地址0x1读取一个BYTE
- ARM处理器在地址线An-A0上送出信号0x1;
由于2440的A1连接NOR Flash A0,16-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址依然是0x0, 然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上;
ARM处理器知道访问的是16-BIT的FLASH,从D15-D8 上读取所需要的一个BYTE 的数据。
注意:有些ARM处理器内部可以设置地址的错位。对于支持软件选择地址错位的处理器,在连接16-BIT FLASH的时候,硬件上不需要把地址线错位。在设计的时候,应该参考芯片的数据手册,以手册为准,以免造成不必要的麻烦(如stm32连接是A0~A0)。
S3C2440驱动NOR Flash时序配置
上图为s3c2440操作Nor Flash的读时序
- Tacs:表示片选使能前地址信号的设置时间
Tcos:表示OE#信号使能前片选使能的设置时间,
Tacc:表示表示数据的访问周期
Tcoh:表示OE#信号释放后片选信号的保持时间
Tcah:表示片选信号释放后地址的保持时间
由于s3c2440为通用性能的处理器,他的外部可能接不同公司生成的不同型号的NOR Flash,所以这些参数值要根据所接型号的NOR FLASH的时序图进行设置。
下面根据NOR Flash芯片MX29LV60DBTI时序图来配置上述参数,MX29LV60DBTI的时序图如下图所示:
Tce:片选信号使能后多久输出数据有效,最大值为70ns
Toe:读信号发出后多久输出数据有效,最大值为30ns
Taa:地址信号发出后数据有效,最大值为70ns
Trc:读周期时间,最小70ns
Tdf:OE#或CE#高时,数据引脚浮空时间,最大30ns(可以忽略设置,当读取数据结束后,新的读取信号发出,要过70ns,数据线上数据有效,这段引脚浮空时间无影响)
上述最大值表示发出该信号后,间隔最大值的时间后,数据引脚的信号一定是有效的,在这个范围之内,数据信号的引脚可能有效。
为简单,我们一般设置2440的CE#、OE#、ADD控制信号同时发出,保持70ns后进行读取数据引脚的数据。NOR Flash连接s3c2440的Bank0地址,配置时序的寄存器为BANKCON0,该寄存器的各个位如下图所示:
内存控制器的时钟信号由HCLK时钟信号提供,假设设置的HCLK的值为100M,1clock = 10ns。根据前面分析,Tacs、Tcos寄存器位设置为0,Tacc寄存器的为设置为101 = 8clocks。
NOR Flash的读操作
unsigned int nor_read_word(unsigned int base, unsigned int offset)
{volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *)(base + offset);return *p;
}unsigned int nor_dat(unsigned int offset)
{return nor_read_word(NOR_FLASH_BASE, offset);
}
NOR Flash的扇区擦除
第1个总线周期:往555地址中写入AA
第2个总线周期:往2AA地址中写入55
第3个总线周期:往555地址中写入80
第4个总线周期:往555地址中写入AA
第5个总线周期:往2AA地址中写入55
第6个总线周期:往要擦除的扇区写入30
void nor_write_word(unsigned int base, unsigned int offset, unsigned int val)
{volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *)(base + offset);*p = val;
}/* offset是基于cpu的角度看到 */
void nor_cmd(unsigned int offset, unsigned int cmd)
{nor_write_word(NOR_FLASH_BASE, offset, cmd);
}/* 等待烧写完成 : 读数据, Q6无变化时表示结束 */void wait_ready(unsigned int addr){ unsigned int val; unsigned int pre; pre = nor_dat(addr); val = nor_dat(addr); while ((val & (1<<6)) != (pre & (1<<6))) { pre = val; val = nor_dat(addr); }}
void erase_nor_flash_sector(unsigned int addr)
{printf("erasing ...\n\r");nor_cmd(0x555<<1, 0xaa); /* 解锁 */nor_cmd(0x2aa<<1, 0x55); nor_cmd(0x555<<1, 0x80); /* erase sector */nor_cmd(0x555<<1, 0xaa); /* 解锁 */nor_cmd(0x2aa<<1, 0x55); nor_cmd(addr, 0x30); /* 发出扇区地址 */wait_ready(addr); /* 等待操作完成 */
}
CPU外接NOR Flash,实际上就是将NOR Flash地址映射为CPU的统一编址。由于nor_cmd函数的offset是基于CPU的角度看到地址,而芯片手册上NOR Flash写入命令的地址从NOR Flash的实际物理地址,NOR Flash是16位的,它的0地址应该对应CPU的0地址和1地址。因此,NOR Flash的物理地址从CPU的角度来看,地址值应该是NOR Flash角度来看的两倍,所以在向某地址写入命令时,要将NOR Flash角度来看的地址右移一位。
NOR Flash的写操作
向NOR Flash地址中写入数据时,也应先发送相应的命令,发送命令的顺序如下:
第1个总线周期:往555地址中写入AA
第2个总线周期:往2AA地址中写入55
第3个总线周期:往555地址中写入A0
第4个总线周期:往要目标地址写入数据
void write_nor_flash(unsigned int addr,unsigned int val)
{/* 烧写 */nor_cmd(0x555<<1, 0xaa); /* 解锁 */nor_cmd(0x2aa<<1, 0x55); nor_cmd(0x555<<1, 0xa0); /* program */nor_cmd(addr, val);/* 等待烧写完成 : 读数据, Q6无变化时表示结束 */wait_ready(addr);}
写操作时值得注意的是,只有写入的目标的地址内容为0xff时,数据才能正确的写入,因此,一般情况下NOR Flash在写入时要对扇区进行擦除操作。NOR Flash在写入数据时只能将地址中的某位由1变0,而不能将某位由0变1。
假设NOR Flash某地址中存放字符a(0x61),如果未进行擦除前向该地址中写入字符G(0x47),最后该地址内容为A(0x41)。原因如下:
- 字符a化为二进制—>1100001
- 符G化为二进制—>1000111
由于写入时数据位只能由0变为1,最终结果100001,相当于执行原始数据和新写入数据进行&操作向NOR Flash执行上述步骤,验证上述过程
补充:
- 可以像内存一样读,不可以像内存一样
- 如果设置为Nand启动的话,cpu的0地址就是对应片内的4k内存;如果设置为nor启动的话,cpu的0地址就是对应片内的nor flash的0地址
- nor可以sip,可以直接在nor flash那里取指令来运行代码;nand不可以,他需要把4k的片内内存拷贝到cpu,才能执行
- nor flash 设置nor启动进入uboot模式
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