NandFlash

 一、概述

1、NandFlash 

　　NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，比如能达到256M，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。

2、NandFlash和NorFlash对比 

Nor/Nand Flash 的差别

	Nor	Nand
容量	1MB~32MB	16M~512MB
XIP	Yes	No
擦除	非常慢（5S）	快（3ms）
写	慢	快
读	快	快
可靠性	比较高，位反转的比例小于NandFlash的10%	比较低，位反转比较常见，必须有校验措施，比如TNR必须有坏块管理措施
可擦除次数	10000~100000	100000~1000000
生命周期	低于NandFlash的10%	是NorFlash的10倍以上
接口	与RAM接口相同	I/O接口
访问方法	随机访问	顺序访问
易用性	容易	复杂
主要用途	常用于保存代码和关键数据	用于保存数据
价格	贵	便宜

二、NandFlash常见引脚

1、输入输出（I/O0~I/O7）

　　数据输入/输出

2、芯片使能(Chip Enable,CE#)

　　如果没有检测到CE信号，那么NAND器件就保持待机模式，不对任何控制信号作出响应
3、写使能(Write Enable, WE#)

　　WE#负责将数据、地址或指令写入NAND之中
4.读使能(Read Enable, RE#)

　　允许输出数据缓冲器。
5.指令锁存使能(Command Latch Enable, CLE)

　　 当CLE为高时，在WE#信号的上升沿，指令被锁存到NAND指令寄存器中
6.地址锁存使能(Address Latch Enable, ALE)

　　当ALE为高时，在W6.地址锁存使能(Address Latch Enable, ALE)E#信号的上升沿，地址被锁存到NAND地址寄存器中
7.就绪/忙(Ready/Busy, R/B#)

　　如果NAND器件忙，R/B#信号将变低。该信号是漏极开路，需要采用上拉电阻

三、NandFlash的物理结构

　　以下内容皆以K9F2G08U0B为例进行说明。

1、结构框图

2、存储结构

1 Page = (2K+64)Bytes

1 Block = 64 Pages

　　     = (128K + 4K) Byte

1 Device= 2048 Blocks

　　      = 128K Pages 

　　　　= （256M + 8M）Byte

　　　　=  2112 Mbits

ECC

 　 Linux系统中，一般叫做OOB（Out Of Band)。NandFlash在操作过程中容易出错，为了保证数据的正确性，需要有检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(Error Detection Code)/ECC（Error Code Correction, 或者 Error Checking and Correcting），因此设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。

3、地址序列

A0~A11 页内寻址 不仅可以寻址到有效数据，还能寻址到校验区

A12~A28 页寻址

其中：

　　A12~A17 块内页寻址

　　A18~A28 块寻址

四、NandFlash相对于RAM使用的特殊性 

NandFlash相对于RAM使用的特殊性

	RAM	NandFlash
读取/写入的叫法	读取/写入	读取/编程(Program)①
读取/写入的最小单位	字节	Page/页
擦除(Erase)操作的最小单位	字节	Block/块②
擦除操作的含义	将数据删除/全部写入0	将整个块都擦除成全是1，也就是里面的数据都是0xFF ③
对于写操作	直接写即可	在写数据之前，要先擦除，然后再写

注：

①之所以将写操作叫做编程，是因为，flash 和之前的EPROM，EEPROM继承发展而来，而之前的EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，往里面写入数据，就叫做编程Program，之所以这么称呼，是因为其对数据的写入，是需要用电去擦除/写入的，就叫做编程。

②对于目前常见的页大小是2K/4K的Nand Flash，其块的大小有128KB/256KB/512KB等。而对于Nor Flash，常见的块大小有64K/32K等。

③在写数据之前，要先擦除，内部就都变成0xFF了，然后才能写入数据，也就是将对应位由1变成0。

五、实验代码

1、擦除操作

/* *********************擦除函数*******************************
参数说明：
         block        要擦除的块
返回参数：
        0     擦除失败
        1    擦除成功
 */
unsigned char EraseBlock(unsigned int block)
{
    unsigned int blockpage = 0;
    blockpage = block << 6;
    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();     
    /* 发出WRITE0命令 */
    write_cmd(0x60);
    /* Write Address */
     NFADDR =  blockpage & 0xff;            /* Row Address A12~A19 */
    NFADDR = (blockpage >> 8) & 0xff;    /* Row Address A20~A27 */
    NFADDR = (blockpage >> 16) & 0x01;    /* Row Address A28 */       
    write_cmd(0xD0);
    wait_idle();     
    write_cmd(0x70);
    wait_idle();   
    if(read_data()&0x1)  // Page write error
    {
         /* 取消片选信号 */
        nand_deselect_chip();  
        return 0;
    } 
    else
    {
         /* 取消片选信号 */
        nand_deselect_chip();  
        return 1;
    }     
}

2、页读操作

/* *********************页读函数*******************************
参数说明：
         buf        存放读取数据的目的地址
         addr       从nandflash中读取数据的源地址
 */
static unsigned char ReadPage(unsigned char * buf,unsigned int addr)
{     
    int j; 
    if (addr & NAND_BLOCK_MASK) {
        return 0;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();    
     
    /* 发出READ0命令 */
    write_cmd(0);
    /* Write Address */
    write_addr(addr); 
    write_cmd(0x30);    
    wait_idle();
      
    for(j=0;j < NAND_SECTOR_SIZE; j++) { 
        *buf = read_data();
        buf++;    /*i每经过一个大循环就增加NAND_SECTOR_SIZE*/
    }
    /* 取消片选信号 */
    nand_deselect_chip();    
    return 1;
}

3、页写操作

/* *********************页写函数*******************************
参数说明：
         buf        源地址
         addr       写入nandflash的目的地址
 */
static unsigned char WritePage(unsigned char * buf,unsigned int addr)
{     
    unsigned int i = 0; 
    if (addr & NAND_BLOCK_MASK) {
        return 0;    /* 地址或长度不对齐 */
    }
    /* 选中芯片 */
    nand_select_chip();     
    /* 发出WRITE0命令 */
    write_cmd(0x80);
    /* Write Address */
    write_addr(addr);      
    /* Write Data */               
    for(i=0;i<2048;i++)
    {
        write_data(*buf);  
        buf++;
    }
    write_cmd(0x10);
    wait_idle();     
    write_cmd(0x70);
    wait_idle();   
    if(read_data()&0x1)  // Page write error
    {
         /* 取消片选信号 */
        nand_deselect_chip();  
        return 0;
    } 
    else
    {
         /* 取消片选信号 */
        nand_deselect_chip();  
        return 1;
    }     
}

4、打印页内容（调试用）

/* *********************打印出指定地址的一个页的内容********************
 */
void nand_printf()
{   unsigned int i;
    unsigned char block=0, page=0;
    unsigned char * downPt;    
    downPt=(unsigned char *)_NONCACHE_STARTADDRESS;
    
    printf("\n\rK9F2G08 NAND Page Read.\n");
    printf("\nBlock # to read: ");
    block = getc()-48;
    printf("%d\n\r", block);
    printf("\nPage # to read: ");
    page = getc()-48;
    printf("%d\n\r", page);    
 
    if(ReadPage(downPt,((block<<6)+page)<<11)==0) {
        printf("\nRead error.\n");
    } else {
        printf("\nRead OK.\n");
    }
    // Print data.
    printf("Read data(%d-block,%d-page)\n", block, page);
    
    for(i=0; i<2048; i++) {
        if((i%16)==0) printf("\n\r%4x: ", i);
        printf("%02x ", *downPt++);
        }
    printf("\n");
}

 5、发送地址函数

static void write_addr(unsigned int addr)
{
    int i; 
    unsigned int col, page;

    col = addr & NAND_BLOCK_MASK;
    page = addr / NAND_SECTOR_SIZE;
 
    NFADDR = col & 0xff;            /* Column Address A0~A7 */    
    for(i=0; i<10; i++);  
    
    NFADDR = (col >> 8) & 0x0f;     /* Column Address A8~A11 */
    for(i=0; i<10; i++);
    
    NFADDR = page & 0xff;            /* Row Address A12~A19 */
    for(i=0; i<10; i++);  
    
    NFADDR = (page >> 8) & 0xff;    /* Row Address A20~A27 */
    for(i=0; i<10; i++); 
    
    NFADDR = (page >> 16) & 0x01;    /* Row Address A28 */
    for(i=0; i<10; i++);  
}

　　着重强调一下，“for(i=0; i<10; i++); ”延时代码绝不能省略。笔者发现，当S3C2440的主频在12MHz时，如果没有延时代码，NandFlash发送地址还能正常工作；一旦主频在400MHz，没有延时代码，地址就不能正常发送。

参考资料：如何编写linux下nand flash驱动-1

              nandflash内存详解

附：实现NandFlash程序下载的代码（nand.zip）