NandFlash读写过程

NandFlash读写过程一、结构分析目前市场上常见的8位NandFlash有三星公司的k9f1208、k9f1g08、k9f2g08等。k9f1208、k9f1g08、k9f2g08的数据页大小分别为512Byte、2kByte、2kByte。它们在寻址方式上有一定差异，所以程序代码并不通用。本文以S3C2410处理器和k9f1208系统为例，讲述NandFlash的读写方法。NandFlash的数据是以bit的方式保存在memorycell里的，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bitline，形成所谓的byte(x8)/word(x16)，这就是NANDDevice的位宽。这些Line组成Page，page再组织形成一个Block。k9f1208的相关数据如下：1block=32page；1page=528byte=512byte(MainArea)+16byte(SpareArea)。总容量为=4096（block数量）*32（page/block）*512(byte/page)=64MbyteNandFlash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照k9f1208的组织方式可以分四类地址：ColumnAddress、halfpagepointer、PageAddress、BlockAddress。A[0:25]表示数据在64M空间中的地址。ColumnAddress表示数据在半页中的地址，大小范围0~255，用A[0:7]表示；halfpagepointer表示半页在整页中的位置，即在0~255空间还是在256~511空间，用A[8]表示；PageAddress表示页在块中的地址，大小范围0~31，用A[13:9]表示；BlockAddress表示块在flash中的位置，大小范围0~4095，A[25:14]表示；二、读操作过程K9f1208的寻址分为4个cycle。分别是：A[0:7]、A[9:16]、A[17:24]、A[25]。读操作的过程为:1、发送读取指令；2、发送第1个cycle地址；3、发送第2个cycle地址；4、发送第3个cycle地址；5、发送第4个cycle地址；6、读取数据至页末。K9f1208提供了两个读指令，‘0x00’、‘0x01’。这两个指令区别在于‘0x00’可以将A[8]置为0，选中上半页；而‘0x01’可以将A[8]置为1，选中下半页。虽然读写过程可以不从页边界开始，但在正式场合下还是建议从页边界开始读写至页结束。下面通过分析读取页的代码，阐述读过程。staticvoidReadPage(U32addr,U8*buf)//addr表示flash中的第几页，即‘flash地址9’{U16i;NFChipEn();//使能NandFlashWrNFCmd(READCMD0);//发送读指令‘0x00’，由于是整页读取，所以选用指令‘0x00’WrNFAddr(0);//写地址的第1个cycle，即ColumnAddress，由于是整页读取所以取0WrNFAddr(addr);//写地址的第2个cycle，即A[9:16]WrNFAddr(addr8);//写地址的第3个cycle，即A[17:24]WrNFAddr(addr16);//写地址的第4个cycle，即A[25]。WaitNFBusy();//等待系统不忙for(i=0;i512;i++)buf[i]=RdNFDat();//循环读出1页数据NFChipDs();//释放NandFlash}三、写操作过程写操作的过程为:1、发送写开始指令；2、发送第1个cycle地址；3、发送第2个cycle地址；4、发送第3个cycle地址；5、发送第4个cycle地址；6、写入数据至页末；7、发送写结束指令下面通过分析写入页的代码，阐述读写过程。staticvoidWritePage(U32addr,U8*buf)//addr表示flash中的第几页，即‘flash地址9’{U32i;NFChipEn();//使能NandFlashWrNFCmd(PROGCMD0);//发送写开始指令’0x80’WrNFAddr(0);//写地址的第1个cycleWrNFAddr(addr);//写地址的第2个cycleWrNFAddr(addr8);//写地址的第3个cycleWrNFAddr(addr16);写地址的第4个cycleWaitNFBusy();//等待系统不忙for(i=0;i512;i++)WrNFDat(buf[i]);//循环写入1页数据WrNFCmd(PROGCMD1);//发送写结束指令’0x10’NFChipDs();//释放NandFlash}四、总结本文以S3C2410处理器和k9f1208系统为例讲述了nandflash的读写过程。在读写过程中没有考虑到坏块问题，有关ecc及坏块处理问题将在下个专题中讲述。我的板子上使用的是SAMSUNG的K9F1208U0B，下面我将对此型号的NandFlash读取操作做一个讲解。首先我们先从物理结构上来了解这颗芯片，结构图如下所示正如硬盘的盘片被分为磁道，每个磁道又被分为若干扇区，一块NandFlash被分为若干Block,每个Block又被分为若干Page。由上图我们可以知道flash中Byte(字节)，Page(页),Block（块）3个单位之间的关系为1Page=512BytesDataField+16BytesSpareField1Blcok=32Pages我们讨论的K9F1208U0B总共有4096个Blocks，故我们可以知道这块flash的容量为4096*(32*528)=69206016Bytes=66MB但事实上每个Page上的最后16Bytes是用于存贮检验码用的，并不能存放实际的数据，所以实际上我们可以操作的芯片容量为4096*(32*512)=67108864Bytes=64MB由上图所示，1个Page总共由528Bytes组成，这528个字节按顺序由上而下以列为单位进行排列（1列代表一个Byte。第0行为第0Byte，第1行为第1Byte，以此类推，每个行又由8个位组成，每个位表示1个Byte里面的1bit）。这528Bytes按功能分为两大部分，分别是DataField和SpareField，其中SpareField占528Bytes里的16Bytes,这16Bytes是用于在读写操作的时候存放校验码用的，一般不用做普通数据的存储区，除去这16Bytes,剩下的512Bytes便是我们用于存放数据用的DataField，所以一个Page上虽然有528个Bytes，但我们只按512Bytes进行容量的计算。DataField按位置关系又可分为两个部分，分别称为1sthalf与2ndhalf，每个half各占256个bytes。或许你会感到纳闷，为什么要把DataField分为两个部分？把他们看做一个整体进行操作不就好了吗？呵呵，凡事都有因果关系，这么分块自然有它的道理所在，但现在还不是告诉你答案的时候。我们还是先讨论一下它的操作吧。对K9F1208U0B的操作是通过向NandFlash命令寄存器（对于s3c2410来说此寄存器为NFCMD，内存映射地址为0x4e000004）发送命令队列进行的，为什么说是命令队列？就是因为要完成某个操作的时候发送的不是一条命令，而是连续几条命令或是一条命令加几个参数下面是K9F1208U0B的操作命令集：读命令有两个，分别是Read1,Read2其中Read1用于读取DataField的数据，而Read2则是用于读取SpareField的数据。对于NandFlash来说，读操作的最小操作单位为Page，也就是说当我们给定了读取的起始位置后，读操作将从该位置开始，连续读取到本Page的最后一个Byte为止（可以包括SpareField）NandFlash的寻址NandFlash的地址寄存器把一个完整的NandFlash地址分解成ColumnAddress与PageAddress.进行寻址ColumnAddress:列地址。ColumnAddress其实就是指定Page上的某个Byte，指定这个Byte其实也就是指定此页的读写起始地址。PageAddress：页地址。由于页地址总是以512Bytes对齐的，所以它的低9位总是0。确定读写操作是在Flash上的哪个页进行的。Read1命令当我们得到一个NandFlash地址src_addr时我们可以这样分解出ColumnAddress和PageAddresscolumn_addr=src_addr%512;//columnaddresspage_address=(src_addr9);//pageaddress也可以这么认为，一个NandFlash地址的A0~A7是它的column_addr，A9~A25是它的PageAddress。(注意地址位A8并没有出现，也就是A8被忽略，在下面你将了解到这是什么原因)Read1命令的操作分为4个Cycle，发送完读命令00h或01h（00h与01h的区别请见下文描述）之后将分4个Cycle发送参数，1st.Cycle是发送ColumnAddress。2nd.Cycle,3rd.Cycle和4th.Cycle则是指定PageAddress（每次向地址寄存器发送的数据只能是8位，所以17位的PageAddress必须分成3次进行发送）。4个Cycle你是否还记得我上文提到过的DataField被分为1sthalf和2endhalf两个部分？而从上面的命令集我们看到Read1的命令里面出现了两个命令选项，分别是00h和01h。这里出现了两个读命是否令你意识到什么呢？是的，00h是用于读写1sthalf的命令，而01h是用于读取2ndhalf的命令。现在我可以结合上图给你说明为什么K9F1208U0B的DataField被分为2个half了。如上文我所提及的，Read1的1st.Cycle是发送ColumnAddress，假设我现在指定的ColumnAddress是0，那么读操作将从此页的第0号Byte开始一直读取到此页的最后一个Byte(包括SpareField)，如果我指定的ColumnAddress是127，情况也与前面一样，但不知道你发现没有，用于传递ColumnAddress的数据线有8条（I/O0~I/O7，对应A0~A7，这也是A8为什么不出现在我们传递的地址位中），也就是说我们能够指定的ColumnAddress范围为0~255，但不要忘了，1个Page的DataField是由512个Byte组成的，假设现在我要指定读命令从第256个字节处开始读取此页，那将会发生什么情景？我必须把ColumnAddress设置为256，但ColumnAddress最大只能是255，这就造成数据溢出。。。正是因为这个原因我们才把DataField分为两个半区，当要读取的起始地址（ColumnAddress）在0~255内时我们用00h命令，当读取的起始地址是在256~511时，则使用01h命令.假设现在我要指定从第256个byte开始读取此页，那么我将这样发送命令串column_addr=256;NF_CMD=0x01;从2ndhalf开始读取NF_ADDR=column_addr&0xff;1stCycleNF_ADDR=page_address&0xff;2nd.CycleNF_ADDR=(page_address8)&0xff;3rd.CycleNF_ADDR=(page_address16)&0xff;4th.Cycle其中NF_CMD和NF_ADDR分别是NandFlash的命令寄存器和地址寄存器的地址解引用，我一般这样定义它们，#definerNFCMD(*(volatileunsignedchar*)0x4e00000