韦东山嵌入式Linux学习——015 Nand Flash（2）-Nand Flash编程实现读地址信息
Nand Flash编程实现读地址信息
- 硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）
- 软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统
- 参考资料：开发版原理图，S3C2440A datasheet，K9F2G08U0C datasheet
- 源码仓库：https://gitee.com/d_1254436976/Embedded-Linux-Phase-1
目录
- Nand Flash编程实现读地址信息
- 一、基础知识
- 1、Nand Flash 存储结构介绍
- 2、行列地址的提取
- 3、Nand Flash OOB块介绍
- 4、位反转
- 二、实现功能
- 三、编程原理
- 1、编写读地址函数
- 2、进一步封装读地址函数
- 3、实现从Nand Flash启动
- 3.1 修改sdram_init.c文件
- 3.2 修改Makefile文件
- 四、编程文件
- 1、修改后的Makefile文件
- 2、修改后的nand_init.c文件
- 3、main.c文件
- 五、运行结果
一、基础知识
1、Nand Flash 存储结构介绍
在《韦东山嵌入式Linux学习----015 Nand Flash（1）》这一篇中简单的从电路图与芯片手册介绍了一下K9F2G08U0C这块芯片，下面讲具体分析下它的存储结构。
分析：
①、Nand Flash 的数据：以bit的方式保存在memory cell。
②、Nand Device的位宽：一般来说，一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位，连成bit line，形成所谓的byte(x8)/word(x16)。图中可以看出芯片采用的时x8。
③、Nand Flash的Page：多条的Line会再组成Page。图中可以看出1 Page = 2048 Bytes + 64 Bytes。
④、Nand Flash的Block：多个的page形成一个Block。图中可以看出1 Block = 64 Page。
⑤、可以看到，每条公式以(xK + yK)的形式表示，yK代表的是OOB块的大小。
2、行列地址的提取
NAND flash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：列地址 ：Column Address 、 页地址 ：Page Address、块地址 ：Block Address。
在具体操作中，我们发送地址时是一次性输入操作的内存的地址，如0x100000。但是由于我们使用的地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度是8位，所在传输写读地址时，程序设计需要单独提取行列地址。
结合上图，可以得出如下提取方式：
col = (addr & 0xfff); //取列数
page = (addr >> 12); //取页数
| 1st Cycle | Column Address | nand_addr(col & 0xff); |
|---|---|---|
| 2st Cycle | Column Address | nand_addr((col >> 8) & 0x0f); |
| 3st Cycle | Row Address | nand_addr((page & 0xff)); |
| 4st Cycle | Row Address | nand_addr((page >> 8) & 0xff); |
| 5st Cycle | Row Address | nand_addr(page>> 16); |
3、Nand Flash OOB块介绍
①、为什么会有OOB区？
由于NAND Flash的工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠，因此，在NAND的生产中及使用过程中会产生坏块。当编程/擦除这个块时，会造成Page Program和Block Erase操作时的错误，相应地反映到OOB区的相应位。
②、OOB区多大，在哪里？
如上图所示，每个Page都会有OOB区，大小为64 Btyes，位置在每个Page的2048位。
③、注意
当读写擦除Nand Flash时，需要避免破坏OOB区。
4、位反转
CPU在寻址的时候看不到OOB区，所以当CPU读到2048个数据时，此时访问的是下一个Page的第0个数据。
这里也可以看出，OOB的存在，是为了解决Nand Flash的缺陷。对于CPU而已，只关心数据，不需要看OOB。
二、实现功能
功能：通过串口输入指定的地址，并读取该地址的信息。
三、编程原理
1 Page = （2K（数据）+ 64 （OOB区））Bytes
查K9F2G08U0C 芯片手册，读操作的时序图如下
1、编写读地址函数
/* Nand Flash 读地址 * addr：地址 buf：存储信息 len：读取的信息长度*/
void nand_read(unsigned int addr,unsigned char *buf ,int len)
{int i =0 ;int col = (addr & 0xfff); //取列数int page = (addr >> 12); //取页数// 1、片选nand_select();while(i<len){// 2、发00命令nand_cmd(0x00);// 3、发五个周期的地址/* 横坐标 */nand_addr(col & 0xff);nand_addr((col >> 8) & 0x0f);/* 纵坐标 */nand_addr((page & 0xff));nand_addr((page >> 8) & 0xff);nand_addr(page>> 16);// 4、发30命令nand_cmd(0x30);// 等待时间nand_wait_ready();// 5、读数据/* 保证列数不超过2047，i<len */for(; (col < 2048) && (i < len);col++){buf[i++] = nand_data();}/* 完成读取 */ if (i == len)break;/* 未完成读取，位反转 */col = 0;page++; } // 6、取消片选nand_disselect();
}
2、进一步封装读地址函数
/* 读某个地址 * 1、获取地址* 2、打印地址信息*/
void do_read_nand_flash(void)
{int i,j;unsigned int addr;unsigned char c;unsigned char buf[64];unsigned char str[16];volatile unsigned char *tmpbuf;// 1、获取地址printf("Enter the address to read: ");addr = get_uint();// 2、执行读函数nand_read(addr,buf,64);tmpbuf = (volatile unsigned char *)buf;// 3、打印地址信息/* 固定长度64字节* 按照市面上的标准以16个字节为一行，前为数值，后为字符* 分辨字符是否可视*/printf("Data: \n\r");for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<16;j++){c = *tmpbuf++;str[j] = c;printf("%02x ",c); }printf(" ;");for(j=0;j<16;j++){if((str[j] < 0x20) || (str[j] > 0x7E))printf(".");elseprintf("%c",str[j]);}printf("\n\r");}
}
3、实现从Nand Flash启动
由于开发版上电时，Nand Flash中的4K会自动被复制到4K的RAM中，之前我们已经实现了SDRAM重定位，将这4K代码完全复制到SDRAM中。同时，为了确保4K代码中包含nand_flash.c文件，需要修改Makefile文件与sdram.c文件。
3.1 修改sdram_init.c文件
/* 判断NOR启动还是NAND启动 * 先保存0地址中的数据，后往0地址里面写入0x123* 判断0地址中是否成功被修改* --修改成功为NOR启动，恢复0地址信息* --修改失败为NAND启动*/
int IsBootNorFlash(void)
{volatile unsigned int *p = (volatile unsigned int *)0;unsigned int val = *p;*p = 0x123;if(*p == 0x123){*p = val;return 0;}else{return 1;}
}/*功能：复制整个text,rodata,data段到SDRAM中*/
void copy_to_sdram(void)
{extern int start,__bss_start; //建立外部变量，方便获取lds文件中的量int len;volatile unsigned int *text =(volatile unsigned int *) &start; //text指向程序开头地址volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start; //end指向bss段开头的地址volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0; //src指向0地址.即FLASH的开头地址len = ((int)&__bss_start) - ((int)&start);if(IsBootNorFlash()){while(text < end){*text++ = *src++; }}else{nand_init();nand_read(src,text,len);}
}
3.2 修改Makefile文件
确保复制的前4K代码中包含nand_flash.c文件，把start.o sdram_init.o nand_flash.o 放前面
all: start.o sdram_init.o nand_flash.o uart.o main.o uart.o led.o exception.o eint.o timer.o my_printf.o string_utils.o lib1funcs.o
四、编程文件
1、修改后的Makefile文件
all: start.o sdram_init.o nand_flash.o uart.o main.o uart.o led.o exception.o eint.o timer.o my_printf.o string_utils.o lib1funcs.oarm-linux-ld -T sdram.lds $^ -o sdram.elfarm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.binarm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:rm *.bin *.o *.elf *.dis%.o : %.carm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $<%.o : %.Sarm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $<
2、修改后的nand_init.c文件
#include "s3c2440_soc.h"
#include "my_printf.h"void nand_init(void)
{#define TACLS 0#define TWRPH0 1#define TWRPH1 0/* 初始化时序 TACLS = 1、TWRPH0 = 1、TWRPH1 = 0 */NFCONF = (0<<12)|(1<<8)|(0<<4); /*使能NAND FLASH控制器,初始化ECC，禁止片选*/NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);}void nand_select(void)
{/* 片选信号 */NFCONT &=~ (1<<1);
}void nand_disselect(void)
{/* 禁止片选信号 */NFCONT |= (1<<1);
}/* 写命令 */
void nand_cmd(unsigned char cmd)
{volatile int i;NFCCMD = cmd;for(i=0; i<10; i++);
}/* 写地址 */
void nand_addr(unsigned char addr)
{volatile int i;NFADDR = addr;for(i=0; i<10; i++);
}/* 读数据 */
unsigned char nand_data(void)
{return NFDATA;
}void nand_wait_ready(void)
{while (!(NFSTAT & 1));
}void nand_write_data(unsigned char val)
{NFDATA = val;
}/* Nand Flash 读ID */
void do_scan_nand_flash(void)
{unsigned char buf[5];// 1、片选信号nand_select();// 2、写读ID命令nand_cmd(0x90);// 3、写地址nand_addr(0x00);// 4、读5次数据buf[0] = nand_data(); //厂商IDbuf[1] = nand_data(); //设备IDbuf[2] = nand_data(); //3rdbuf[3] = nand_data(); //4thbuf[4] = nand_data(); //5th// 5、打印数据/* 打印5次读取的数据 */printf("Maker Code :0x%x\n\r",buf[0]);printf("Device Code :0x%x\n\r",buf[1]);printf("3rd Cycle :0x%x\n\r",buf[2]);printf("4rd Cycle :0x%x\n\r",buf[3]);printf("5rd Cycle :0x%x\n\r",buf[4]);// 6、禁止片选NFCONT |= (1<<1);/* 通过提取，打印页大小和块大小 */printf("Page Size :%d KB\n\r",1 << (buf[3]&0x03));printf("Block Size :%d KB\n\r",64 << ((buf[3]>>4)&0x03));
}/* Nand Flash 读地址 */
void nand_read(unsigned int addr,unsigned char *buf ,int len)
{int i =0 ;int col = (addr & 0xfff); //取列数int page = (addr >> 12); //取页数// 1、片选nand_select();while(i<len){// 2、发00命令nand_cmd(0x00);// 3、发五个周期的地址/* 横坐标 */nand_addr(col & 0xff);nand_addr((col >> 8) & 0x0f);/* 纵坐标 */nand_addr((page & 0xff));nand_addr((page >> 8) & 0xff);nand_addr(page>> 16);// 4、发30命令nand_cmd(0x30);// 等待时间nand_wait_ready();// 5、读数据/* 保证列数不超过2047，i<len */for(; (col < 2048) && (i < len);col++){buf[i++] = nand_data();}if (i == len)break;col = 0;page++;}// 6、取消片选nand_disselect();
}/* 读某个地址 * 1、获取地址* 2、打印地址信息*/
void do_read_nand_flash(void)
{int i,j; unsigned int addr; unsigned char c; unsigned char buf[64];unsigned char str[16];volatile unsigned char *tmpbuf;// 1、获取地址printf("Enter the address to read: ");addr = get_uint();// 2、执行读函数nand_read(addr,buf,64);tmpbuf = (volatile unsigned char *)buf;// 3、打印地址信息/* 固定长度64字节* 按照市面上的标准以16个字节为一行，前为数值，后为字符* 分辨字符是否可视*/printf("Data: \n\r");for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<16;j++){c = *tmpbuf++;str[j] = c;printf("%02x ",c); }printf(" ;");for(j=0;j<16;j++){if((str[j] < 0x20) || (str[j] > 0x7E))printf(".");elseprintf("%c",str[j]);}printf("\n\r");}}void nand_flash_test(void)
{char c;while (1){/* 打印菜单, 供我们选择测试内容 */printf("[s] Scan nand flash\n\r");printf("[e] Erase nand flash\n\r");printf("[w] Write nand flash\n\r");printf("[r] Read nand flash\n\r");printf("[q] Quit\n\r");printf("Enter selection: ");c = getchar();printf("%c\n\r", c);/* 测试内容:* 1. 识别nand flash* 2. 擦除nand flash某个扇区* 3. 编写某个地址* 4. 读某个地址*/switch (c) {case 'q':case 'Q':return;break;case 's':case 'S':do_scan_nand_flash();break;case 'e':case 'E':break;case 'w':case 'W':break;case 'r':case 'R':do_read_nand_flash();break;default:break;}}
}3、main.c文件
#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"
#include "sdram_init.h"
#include "nand_flash.h"char g_Char = 'A';
char g_Char2 = 'a';
char i ='0';int main(void)
{unsigned char c;int flag;//interrupt_init();key_eint_int();
// timer0_init();uart0_init();//sdram_init();nand_init();nand_flash_test();puts("uart0 init success!\n\r''");putchar(i);while(1){putchar(g_Char); g_Char++;delay(1000000);putchar(g_Char2); g_Char2++;delay(1000000);}return 0;
}五、运行结果
通过两个图的对比可知，代码成功烧写到了Nand Flash，并进行了重定位，读地址功能实现成功。
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