NandFlash驱动超详细分析（三）（转）

2410NandFlash控制器

管脚配置

D[7:0]: DATA0-7 数据/命令/地址/的输入/输出口（与数据总线共享）

CLE : GPA17  命令锁存使能 (输出)

ALE : GPA18  地址锁存使能（输出）

nFCE : GPA22 NAND Flash 片选使能（输出）

nFRE : GPA20 NAND Flash 读使能 (输出)

nFWE : GPA19 NAND Flash 写使能 (输出)

R/nB : GPA21 NAND Flash 准备好/繁忙（输入）

 

相关寄存器：

NFCONF   NandFlash控制寄存器

 ［15］NandFlash控制器使能/禁止     0 = 禁止   1 = 使能

 ［14：13］保留

 ［12］初始化ECC解码器/编码器    0 = 不初始化   1 = 初始化

 ［11］芯片使能  nFCE控制        0 = 使能       1 = 禁止

 ［10：8］TACLS   持续时间 = HCLK*（TACLS+1）

 ［6：4］ TWRPH0

 ［2：0］ TWRPH1

 

NFCMD  命令设置寄存器

 ［7：0］ 命令值

NFADDR 地址设置寄存器

 ［7：0］ 存储器地址

NFDATA 数据寄存器

 ［7：0］ 存放数据

NFSTAT 状态寄存器

 ［0］    0 = 存储器忙     1 = 存储器准备好

NFECC  ECC寄存器

 ［23：16］ECC校验码2

 ［15：8］ ECC校验码1

 ［8：0］  ECC校验码0

 

写操作：

写入操作以页为单位。写入必须在擦除之后，否则写入将出错。

页写入周期中包括以下步骤：

写入串行数据输入指令（80h）。然后写入4个字节的地址，最后串行写入数据（528Byte）。串行写入的数据最多为528byte。

串行数据写入完成后，需要写入“页写入确认”指令10h，这条指令将初始化器件内部写入操作。

10h写入之后，nand flash的内部写控制器将自动执行内部写入和校验中必要的算法和时序，

系统可以通过检测R/B的输出，或读状态寄存器的状态位（I/O 6）来判断内部写入是否结束

 

擦除操作：

擦除操作时以块(16K Byte)为单位进行的

擦除的启动指令为60h,随后的3个时钟周期是块地址。其中只有A14到A25是有效的，而A9到A13是可以忽略的。

块地址之后是擦除确认指令D0h，用来开始内部的擦除操作。

器件检测到擦除确认命令后，在/WE的上升沿启动内部写控制器，开始执行擦除和擦除校验。内部擦除操作完成后，应该检测写状态位（I/O 0），从而了解擦除操作是否成功完成。

 

读操作有两种读模式：

读方式1用于读正常数据；

读方式2用于读附加数据

在初始上电时，器件进入缺省的“读方式1模式”。在这一模式下，页读取操作通过将00h指令写入指令寄存器，接着写入3个地址（一个列地址和2个行地址）来启动。一旦页读指令被器件锁存，下面的页操作就不需要再重复写入指令了。

写入指令和地址后，处理器可以通过对信号线R//B的分析来判断该才作是否完成。

外部控制器可以再以50ns为周期的连续/RE脉冲信号的控制下，从I/O口依次读出数据

备用区域的从512到527地址的数据，可以通过读方式2指令进行指令进行读取（命令为50h）。地址A0～A3设置了备用区域的起始地址，A4～A7被忽略掉

 

时序要求：

写地址、数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存信号ALE用来区分I/O引脚上传输的是命令还是地址。

 

寻址方式：

NAND Flash的寻址方式和NAND Flash的memory组织方式紧密相关。NAND Flash的数据以bit的方式保存在memory cell，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byte(x8)/word(x16)，这就是NAND的数据宽度。

      

       这些Line会再组成Page，典型情况下：通常是528Byte/page或者264Word/page。然后，每32个page形成一个Block，Sizeof(block)=16.5kByte。其中528Byte = 512Byte+16Byte，前512Byte为数据区，后16Byte存放数据校验码等，因此习惯上人们称1page有512个字节，每个Block有16Kbytes；

      现在在一些大容量的FLASH存贮设备中也采用以下配置：2112 Byte /page 或 1056 Word/page；64page/Block；Sizeof(block) = 132kByte；同上：2112 = 2048 +64，人们习惯称一页含2k个字节，一个Block含有64个页，容量为128KB；

 

       Block是NAND Flash中最大的操作单元，擦除可以按照block或page为单位完成，而编程/读取是按照page为单位完成的

。

       所以，按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：

         -Block  Address   块地址

         -Page   Address   页地址

         -Column Address  列地址

      首先，必须清楚一点，对于NAND Flash来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度可以是8位或者16位，但是，对于x16的NAND Device，I/O[15:8]只用于传递数据。

    清楚了这一点，我们就可以开始分析NAND Flash的寻址方式了。

以528Byte/page 总容量64M Byte+512kbyte的NAND器件为例：

因为

1page=528byte=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)

1block=32page = 16kbyte

64Mbyte = 4096 Block

 

用户数据保存在main area中。

512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的NAND，这512byte被分成1st half和2nd half,各自的访问由所谓的pointer operation命令来选择，也就是选择了bit8的高低。因此A8就是halfpage pointer，A[7:0]就是所谓的column address。

 

32个page需要5bit来表示，占用A[13:9]，即该page在块内的相对地址。

Block的地址是由A14以上的bit来表示，例如64MB的NAND，共4096block，因此，需要12个bit来表示，即A[25:14]，如果是1Gbit的528byte/page的NAND Flash，共8192个block，则block address用A[30:14]表示。

 

NAND Flash的地址表示为：

Block Address  |  Page Address in block  |  half page pointer |  Column Address

地址传送顺序是Column Address , Page Address , Block Address。

 

例如一个地址：0x00aa55aa

         0000 0000  1010  1010  0101  0101  1010  1010

 

由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。

例如，对于64MBx8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。

      

       以NAND_ADDR为例：

       第1步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上， 而halfpage pointer即bit8是由操作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage上进行读写，而真正的bit8的值是don't care的。

       第2步就是将NAND_ADDR右移9位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上;

       第3步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上;

       第4步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O上;

       因此，整个地址传递过程需要4步才能完成，即4-step addressing。

       如果NAND Flash的容量是32MB以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。