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[RealTouch例程]NandFlash 的基本使用

发布于 2012-09-01 18:59:14 浏览：7153 订阅该版

NANDFLASH
 本章节介绍了STM32的NandFlash控制器和K9F2G08的部分信息。并实现了对其的基本操作，通过本章学习你将基本掌握STM32 NandFlash控制器以及K9F2G08的使用方法。

1. STM32 NANDFLASH控制器简介
STM32的NandFlash控制器是包含在FSMC中的，它可以控制多种设备，在此只针对NandFlash控制部分给予介绍。
FSMC共控制4个Banks，其中Bank2和Bank3可用于挂载NandFlash。Bank2的地址空间为0x7000 0000到0x7800 0000,Bank3的地址空间为0x8000 0000到0x8800 0000。bank2/bank3的前半部分为公共区，后半部分为属性区，这两个区的低256KB部分又被分为3个段：数据段（开始64KB）、命令段（第二个64KB）地址段（最后128KB）。用户可以使用这三个段访问NandFlash：写命令到命令段任意位置可向NandFlash发送命令、。。。、读写NandFlash时可访问数据段任意位置。在通过数据段访问NandFlash时你可以不必增加数据地址。
FSMC可以控制8位或16位的NandFlash，在这里仅对8位NandFlash相关部分给予介绍，表1是8位NandFlash要用到的引脚介绍。

表1.  8位NandFlash
FSMC信号名称	I/O	功能
A[17]	O	地址锁存使能
A[16]	O	命令锁存使能
D[7:0]	I/O	8位地址/数据复用端口
NCE[x]	O	片选，x=2/,3
NOE(=NRE)	O	输出使能
NWE	O	写使能
NWAIT/INT[3:2]	I	NandFlash就绪/忙信号 输入给FMSC

1.1 NANDFLASH操作
                 一个典型的读页操作可以分为如下几个步骤完成：
1)	配置FSMC_PCRx与FSMC_PMEMx寄存器以使能相应的存储Bank。
2)	CPU写一个命令字节到公共存储区（例如三星的NandFlash设备      可以写0x00）。
3)	CPU发送4字节的起始地址（小容量设备3字节）到公共区或属 
性区（地址顺序为先[7:0],再[16:9],[24:17],64Mbit x 8bit设备需要在最后发送[25]）。
4)	等待NandFlash就绪（R/NB变为高电平）。
5)	然后CPU就可以一字节一字节的从公共区读出数据（主数据与额外数据）。

1.2 NANDFLASH控制器寄存器介绍  
                 表1.2.1  控制寄存器
	19     17	16   13	12    9		6	5  4	3	2	1	
保留
保留	ECCPS	TAR	TCLR	保留	ECCEN	PWID	PTYP	PBKEN	PWAITEN	
                   
位19:17 ECCPS表示ECC页大小，其取值与含义如下所示：
?	B000  -  256字节
?	B001  -  512字节
?	B010  -  1024字节
?	B011  -  2048字节
?	B100  -  4096字节
?	B101  -  8192字节
                       位16:13 TAR表示ALE到RE之间的延时，用来设置ALE低电平到RE低电平之间需要经过多少个HCLK时钟周期。延时T = （TAR + SET + 1）/ HCLK(SET is MEMSET or ATTSET according to the addressed space)。
位12:9 TCLR表示CLE到RE之间的延时，来设置ALE低电平到RE低电平之间需要经过多少个HCLK时钟周期。延时T = （TCLR + SET + 1）/ HCLK。
位6 ECCEN表示ECC计数使能，0禁止、1开启。
位5:4 PWID表示数据总线宽度，0表示8位、1为16位其它取值保留。
位3 PTYP表示存储器类型，1为NandFlash、0为PC卡。
位2 PBKEN表示PC卡NandFlash存储Bank使能，0表示禁止、1为使能。
位1 PWAITEN表示等待使能，0禁止、1使能。
          表1.2.2  FIFO状态与中断寄存器
31                                         7	6	5	4	3	2	1	0
保留	FEMPT	IFEN	ILEN	IREN	IFS	ILS	IRS
                  
                        位6 FEMPT表示FIFO是否为空，1为空、非空。
                        位5 IFEN表示中断下降沿检测使能，1使能、0禁止。
                        位4 ILEN表示中断高电平检测使能，1使能、0禁止。
                        位3 IREN表示中断上升沿检测使能，1使能、0禁止。
                        位2 IFS表示中断下降沿状态。
                        位1 ILS表示中断高电平状态。
                        位0 IRS 表示中断上升沿状态。

表格1.2.3  共公存储区时序寄存器
31                 24	23                  6	15                  8	7                  0
MEMHIZ	MEMHOLD	MEMWAIT	MEMSET
                   
                   位31:24 MEMHIZ表示公共存储区数据总线高阻时间，用来设置启动一个对公共区写访问后数据总线应保持多少个HCLK时钟周期的高阻状态（初始值255）。
                   位23:16 MEMHOLD表示公共存储区保持时间，用来设置通过公共存储区访问NandFlash时命令无效置位后应保持多少个HCLK时钟周期的地址（初始值255）。
     位15:8 MEMWAIT表示公共存储区等待时间，用来定义判定命令（NWE, 
NOE）的最小周期（（MEMWAIT+1）/ HCLK）。如果在到达设定的时间后NWAIT任然为低则命令判定的时间会延长（初始值255）。
    位7:0 MEMSET表示公共存储区设置时间，用来定义在判定命令（NEW，NOE）前的多少个HCLK设置地址。

2. 本例程所用硬件介绍
本例程主要使用了K9F2G08，它是一个8位NandFlash包含256MB主存区和8MＢ额外存储区。每页大小为2KB+64B，每块大小为128KB+4KB。页编程时间200?s块擦出时间1.5ms。命令、地址、数据复用I/O端口。
 
2.1 引脚描述
              表2.1  K9F2G08引脚定义
引脚名称	说明
I/O 0~7	用于输入命令、地址和数据的输入输出。当芯片未被选择或输出被禁止时I/O引脚处于高阻状态。
 CLE	命令锁存使能；当CLE为高电平时，命令在NWE信号的上升沿通过I/O引脚锁存进命令寄存器。
 ALE	地址锁存使能；当ALE为高电平时，地址在NWE的上升沿锁存进地址寄存器。
 NCE	芯片使能；
 NRE	读使能；
 NWE	写使能；在NWE上升沿时命令、地址、数据被锁存
 NWP	写保护；
 R/NB	就绪/忙状态；输出低电平表示忙，高表示就绪，这个引脚是开漏输出且当芯片未选择或输出禁止时不会变为高阻。
 Vcc	电源；
 Vss	地 ；
 N.C	无效引脚；

2.2 地址传输格式
              表2.2  地址传输格式
顺序	 I/O0	I/O1	I/O2	I/O3	I/O4	I/O5 	I/O6	I/O7
1st	 A0	 A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
2nd	A8	A9	A10	A11	0	0	0	0
3rd	A12	A13	A14	A15	A16	A17	A18	A19
4th	A20	A21	A22	A23	A24	A25	A26	A27
5th	A28	0	0	0	0	0	0	0
A0-A11为行地址，是NandFlash内数据寄存器的地址，A12-A28为列地址。                                             
 
2.3 NANDFLASH操作命令码
          表2.3 命令
功能	1st 	2nd 	设备忙时可接受的命令
Read	0x00	0x30	
Read for Copy Back	0x00	0x35	
Read ID	0x90	-	
Reset	0xFF	-	O
Page Program	0x80	0x10	
Two-Plane Page Program	0x80-0x11	0x81-0x10	
Copy-Back Program	0x85	0x10	
Two-Plane Copy-Back Program	0x85-0x11	0x81-0x10	
Block Erase	0x60	0xD0	
Two-Plane Block Erase	0x60-0x60	0xD0	
Random Data Input	0x85	-	
Random Data Output	0x05	0xE0	
Read Status	0x70	-	O
Read Status 2	0xF1	-	O
              备注：随机数据读写只能在一个页中执行。

2.4 ID中包含的信息
表2.4  芯片ID
第一字节	厂商ID 
第二字节	设备ID
第三字节	内部芯片编号、存储单元类型、同时编程的页面数
第四字节	页大小、块大小、额外区大小、
第五字节	Plane Number, Plane Size

表2.5  第三字节ID数据
名称	描述	I/O7	I/O6	I/O 5 4	I/O 3  2	I/O 1  0
 芯片编号	1
2
4
8					    0  0
    0  1
    1  0
    1  1
 单元类型	2级单元
4级单元
8级单元
16级单元				    0  0
    0  1
    1  0
    1  1	
 同时编程页数	1
2
4
8			    0 0
    0 1
    1 0
    1 1		
 多芯片间交错编程	不支持		 0
 1			
 Cache编程	不支持	 0
 1

表2.6  第四字节ID数据
名称	描述	7	6	5 4	3	2	1  0
 页大小	1KB
2KB
4KB
8KB						 0  0
 0  1
 1  0
 1  1
 块大小	64KB
128KB
256KB
512KB			  0 0
  0 1
  1 0
  1 1           	   
       
     		
 额外区大小（B/512B）	8
16					0
1	
Organization	X8
X16		 0
 1				
 串行访问最低限度	50/30ns
25ns
保留
保留	 0
 1
0
1			0
1
0
1

表格2.7  第五字节ID数据
名称	描述	 7	6	5	4	  3	2	1	0
Number of
plane	1
2
4
8			 0  0
 0  1
 1  0
 1  1		
Plane size	64Mbit
128Mbit
256Mbit
512Mbit
1Gbit
2Gbit
4Gbit
8Gbit		0    0     0
0    0     1
0    1     0
0    1     1
1    0     0
1    0     1
1    1     0
1    1     1			
保留		0			0	0

3. 例程
本例程主要实现了对NandFlash的基本操作：读ID、读写数据和擦出。关于NandFlash以及相关GPIO的初始化过程和函数中用到的一些宏定义请参见示例工程，这里仅对NandFlash的几个基本操作给予介绍。

3.1 读设备ID

代码3-1 读取设备ID
```/* fsmc_nand.c */

void FSMC_NAND_ReadID(NAND_IDTypeDef* NAND_ID)
{
    /* Send Command to the command area */
    *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_READID;
	/* Send Address to the address area */
    *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;

/* Sequence to read ID from NAND flash */
    NAND_ID->Maker_ID   = *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
    NAND_ID->Device_ID  = *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
    NAND_ID->Third_ID   = *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
    NAND_ID->Fourth_ID  = *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
    NAND_ID->Fifth_ID   = *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
}
```有些NandFlash控制器中有命令寄存器、地址寄存器和数据寄存器，但在STM32中是命令区、地址区和数据区的概念。它有很大的一块区域，只要向这块区域的任意位置写命令、地址和数据都能实现相应的发送。RealTouch使用Bank3挂载NandFlash，因此NAND_FLASH_START_ADDR被定义为0x80000000。
CMD_AREA为0x010000，ADDR_AREA为0x020000，DATA_AREA为0x000000（见STM32参考手册 Table 166）。读设备ID的时序为先发送读ID命令（NAND_CMD_READID）再发送地址0x00,然后就可以一个字节一个字节地读出5字节的ID数据。
 
3.2 块擦除

代码3-2  块擦除
```/* fsmc_nand.c */

uint32_t FSMC_NAND_EraseBlock(NAND_ADDRESS Address)
{
    *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE0;

*(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS);
    *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);

#ifdef K9F2G08
    *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);
#endif

*(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE1;

while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_6) == 0);

return (FSMC_NAND_GetStatus());
}
```块擦出的时序是先发送第一个擦出命令，再发出3个字节的列地址（A12-A17会被NandFlash忽略）然后发出第二个擦出命令。NandFlash的R/NB引脚接在PG6上的，因此此处通过PG6判断设备是否忙。

3.3 读取一页的数据

代码3-3  读取一页的数据
```/* fsmc_nand.c */

uint32_t FSMC_NAND_ReadPage(uint8_t *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, uint32_t NumPageToRead)
{
    uint32_t index = 0x00, numpageread = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
    uint32_t status = NAND_READY, size = 0x00;

while((NumPageToRead != 0x0) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS))
    {
        /* Page Read command and page address */
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_READ_1;

*(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = 0X00;
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS);
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);
#ifdef K9F2G08
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);
#endif

*(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_READ_TRUE;

while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_6) == 0 );

/* Calculate the size */
        size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpageread);

/* Get Data into Buffer */
        for(; index < size; index++)
        {
            pBuffer[index]= *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA);
        }

numpageread++;

NumPageToRead--;

/* Calculate page address */
        addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);
    }

status = FSMC_NAND_GetStatus();

return (status | addressstatus);
}

```读页的处理过程跟块擦出比较类似，这里两个行地址为0表示从一页的开始处读取数据。

3.4 写数据

代码3-4  写数据
```/* fsmc_nand.c */
 
uint32_t FSMC_NAND_WritePage(uint8_t *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, uint32_t NumPageToWrite)
{
    uint32_t index = 0x00, numpagewritten = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
    uint32_t status = NAND_READY, size = 0x00;

while((NumPageToWrite != 0x00) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS) && (status == NAND_READY))
    {
        /* Page write command and address */
        *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_PAGEPROGRAM;

/* Calculate the size */
        size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpagewritten);

/* Write data */
        for(; index < size; index++)
        {
            *(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | DATA_AREA) = pBuffer[index];
        }

*(vu8 *)(NAND_FLASH_START_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_PAGEPROGRAM_TRUE;

while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_6) == 0 );

/* Check status for successful operation */
        status = FSMC_NAND_GetStatus();

if(status == NAND_READY)
        {
            numpagewritten++;

NumPageToWrite--;

/* Calculate Next page Address */
            addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);
        }
    }

return (status | addressstatus);
}
```
4. 下载运行
执行fsmc_nand.c中的FSMC_NAND_Test就可对NandFlash进行基本的读写测试了。在这个函数中首先读取了设备ID以判断型号，并擦出NandFlash中的某块，然后写入一页数据再读取出来进行对比。如果无误则通过串口输出“Nand Flash is OK”否则输出“Nand Flash is error”。下图是运行结果：
![nand.png](/uploads/88_9721fc3eb7978a6f871f1913ad19afe2.png)

![NandFlash的基本使用.pdf](/uploads/88_afef443f4dfff77db54df4b8449d60c0.pdf)
![RealTouch_NandFlash.zip](/uploads/88_550df4ea2c839e18e1a518ec8a8ca30b.zip)