20150311 NandFlash驱动分析

20150311 NandFlash驱动分析

2015-03-11 李海沿

一、结构体详解

MTD体系结构：

在linux中提供了MTD（Memory Technology Device，内存技术设备）系统来建立Flash针对linux的统一、抽象的接口

引入MTD后，linux系统中的Flash设备驱动及接口可分为4层:

设备节点

MTD设备层

MTD原始设备层

硬件驱动层

硬件驱动层：Flash硬件驱动层负责底层硬件设备实际的读、写、擦除，Linux MTD设备的NAND型Flash驱动位于driver/mtd/nand子目录下

s3c2410对应的nand Flash驱动为s3c2410.c

MTD原始设备层：MTD原始设备层由两部分构成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定Flash的数据，比如分区

主要构成的文件有：

drivers/mtd/mtdcore.c 支持mtd字符设备

driver/mtd/mtdpart.c 支持mtd块设备

MTD设备层：基于MTD原始设备，Linux系统可以定义出MTD的块设备（主设备号31) 和字符设备（设备号90），构成MTD设备层

简单的说就是：使用一个mtd层来作为具体的硬件设备驱动和上层文件系统的桥梁。mtd给出了系统中所有mtd设备（nand，nor，diskonchip）的统一组织方式。

1. struct mtd_info *

mtd层用一个数组struct mtd_info *mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系统中所有的设备，mtd设备利用struct mtd_info 这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数，mtd系统的那个机制主要就是围绕这个结构来实现的。结构体在include/linux/mtd/mtd.h中定义：

struct mtd_info {

u_char type; //MTD 设备类型

u_int32_t flags; //MTD设备属性标志

u_int32_t size; //标示了这个mtd设备的大小

u_int32_t erasesize; //MTD设备的擦除单元大小，对于NandFlash来说就是Block的大小

u_int32_t oobblock; //oob区在页内的位置，对于512字节一页的nand来说是512

u_int32_t oobsize; //oob区的大小，对于512字节一页的nand来说是16

u_int32_t ecctype; //ecc校验类型

u_int32_t eccsize; //ecc的大小

char *name; //设备的名字

int index; //设备在MTD列表中的位置

struct nand_oobinfo oobinfo; //oob区的信息，包括是否使用ecc，ecc的大小

//以下是关于mtd的一些读写函数，将在nand_base中的nand_scan中重载

int (*erase)

int (*read)

int (*write)

int (*read_ecc)

int (*write_ecc)

int (*read_oob)

void *priv;//设备私有数据指针，对于NandFlash来说指nand芯片的结构

}

2. struct nand_chip

下面看nand_chip结构，nand_chip主要是定义了一写操作函数，在include/linux/mtd/nand.h中定义：

struct nand_chip {

void __iomem *IO_ADDR_R; //这是nandflash的读写寄存器

void __iomem *IO_ADDR_W;

//以下都是nandflash的操作函数，这些函数将根据相应的配置进行重载

u_char (*read_byte)(struct mtd_info *mtd);

void (*write_byte)(struct mtd_info *mtd, u_char byte);

u16 (*read_word)(struct mtd_info *mtd);

void (*write_word)(struct mtd_info *mtd, u16 word);

void (*write_buf)(struct mtd_info *mtd, const u_char *buf, int len);

void (*read_buf)(struct mtd_info *mtd, u_char *buf, int len);

int (*verify_buf)(struct mtd_info *mtd, const u_char *buf, int len);

void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);

int (*block_bad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs, int getchip);

int (*block_markbad)(struct mtd_info *mtd, loff_t ofs);

void (*hwcontrol)(struct mtd_info *mtd, int cmd);

int (*dev_ready)(struct mtd_info *mtd);

void (*cmdfunc)(struct mtd_info *mtd, unsigned command, int column, int page_addr);

int (*waitfunc)(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *this, int state);

int (*calculate_ecc)(struct mtd_info *mtd, const u_char *dat, u_char *ecc_code);

int (*correct_data)(struct mtd_info *mtd, u_char *dat, u_char *read_ecc, u_char *calc_ecc);

void (*enable_hwecc)(struct mtd_info *mtd, int mode);

void (*erase_cmd)(struct mtd_info *mtd, int page);

int (*scan_bbt)(struct mtd_info *mtd);

int eccmode; //ecc的校验模式（软件，硬件）

int chip_delay; //芯片时序延迟参数

int page_shift; //页偏移，对于512B/页的，一般是9

u_char *data_buf; //数据缓存区

}

跟NAND操作相关的函数：

1、 nand_base.c：

定义了NAND驱动中对NAND芯片最基本的操作函数和操作流程，如擦除、读写page、读写oob等。当然这些函数都只是进行一些常规的操作，若你的系统在对NAND操作时有一些特殊的动作，则需要在你自己的驱动代码中进行定义。

2、 nand_bbt.c：

定义了NAND驱动中与坏块管理有关的函数和结构体。

3、 nand_ids.c：

定义了两个全局类型的结构体：struct nand_flash_dev nand_flash_ids[ ]和struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[ ]。其中前者定义了一些NAND芯片的类型，后者定义了NAND芯片的几个厂商。NAND芯片的ID至少包含两项内容：厂商ID和厂商为自己的NAND芯片定义的芯片ID。当NAND加载时会找这两个结构体，读出ID，如果找不到，就会加载失败。

4、 nand_ecc.c：

定义了NAND驱动中与softeware ECC有关的函数和结构体，若你的系统支持hardware ECC，且不需要software ECC，则该文件也不需理会。

二、驱动程序解析

1. 定义结构体

如图所示，

①定义了芯片寄存器的一些指针，便于程序中直接使用

②定义了nand_chip结构体，功能是定义了一些读写操作函数，读写寄存器等

③定义了存储设备的基本信息和具体的操作所需要的内核函数

2.在初始化函数中初始化nand_chip结构体

如图所示：

①分配一个nand_chip结构体所需的内存

②映射芯片的寄存器地址到nand_chip结构体

③初始nand_chip结构体中的函数指针

3.定义nand_flash时钟

如图所示：

首先从内核中找到nand的时钟信息，根据芯片手册设置读写时钟脉冲信号。

4.设置nand_mtd结构体

mtd设备利用struct mtd_info 这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数

在130行中，将我们的nand_mtd结构体与nand_chip结构体联系在一起。

5.实现片选函数

6.实现命令控制函数，用于发送地址和数据

7.在exit函数中释放相应的内存

8.总结流程

①：定义nand_chip结构体实现读写等操作函数

②：初始nand_flash相关的时钟，以及初始化nand_flash的数据时钟总脉冲信号

③：初始化nand_mtd结构体，用于保存扫描得到的nandflash的相关信息

实现了以上三步就可以大致实现了nand-flash的简易驱动程序了

初始化后，实现对nand的基本硬件操作就可以了，包括以下函数：

s3c2410_nand_inithw //初始化硬件，在probe中调用

s3c2410_nand_select_chip //片选

s3c2440_nand_hwcontrol //硬件控制，其实就是片选

s3c2440_nand_devready //设备就绪

s3c2440_nand_enable_hwecc //使能硬件ECC校验

s3c2440_nand_calculate_ecc //计算ECC

s3c2440_nand_read_buf s3c2440_nand_write_buf

9.加载

insmod nand_dev.ko

附驱动源程序1

  1 #include <linux/module.h>
  2 #include <linux/types.h>
  3 #include <linux/init.h>
  4 #include <linux/kernel.h>
  5 #include <linux/string.h>
  6 #include <linux/ioport.h>
  7 #include <linux/platform_device.h>
  8 #include <linux/delay.h>
  9 #include <linux/err.h>
 10 #include <linux/slab.h>
 11 #include <linux/clk.h>
 12 #include <linux/cpufreq.h>
 13 
 14 #include <linux/mtd/mtd.h>
 15 #include <linux/mtd/nand.h>
 16 #include <linux/mtd/nand_ecc.h>
 17 #include <linux/mtd/partitions.h>
 18 
 19 #include <asm/io.h>
 20 
 21 #include <plat/regs-nand.h>
 22 #include <plat/nand.h>
 23 //nand falsh寄存器列表结构体
 24 struct nand_regs {
 25     unsigned long nfconf;
 26     unsigned long nfcont;
 27     unsigned long nfcmmd;
 28     unsigned long nfaddr;
 29     unsigned long nfdata;
 30     unsigned long nfmeccd0;
 31     unsigned long nfmeccd1;
 32     unsigned long nfseccd;
 33     unsigned long nfsblk;
 34     unsigned long nfeblk;
 35     unsigned long nfstat;
 36     unsigned long nfeccerr0;
 37     unsigned long nfeccerr1;
 38 };
 39 
 40 static struct nand_regs *nand_regs;           //nand flash 结构体，主要是定义了芯片寄存器的地址
 41 static struct nand_chip *tiny_nand_chip;    //主要定义了一些读写打开等操作函数
 42 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd         //描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数
 43 
 44 //芯片选择函数
 45 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr)
 46 {
 47     if(chipnr == -1)
 48     {
 49         /*取消选择  NFCONT[1]设为1*/
 50         nand_regs->nfcont |= (1<<1);
 51     }
 52     else
 53     { 
 54         /*选中芯片  NFCONT[1]设为0*/
 55         nand_regs->nfcont &= ~(1<<1);
 56     }
 57 }
 58 
 59 //命令控制，数据发送函数
 60 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat,
 61                 unsigned int ctrl)
 62 {
 63 
 64     if (ctrl & NAND_CLE)
 65     {
 66         /*发命令  NFCMMD = dat*/
 67         nand_regs->nfcmmd = dat;
 68     }
 69     else
 70     {
 71         /*发地址  NFADDR = dat*/
 72         nand_regs->nfaddr = dat;
 73     }
 74 }
 75 
 76 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip)
 77 {
 78     /*等待命令的操作完成*/
 79     return (nand_regs->nfstat & (1<<0));
 80 }
 81 
 82 static int tiny_nand_init(void)
 83 {
 84     struct clk *nand_clk;
 85     /*1.分配一个nand_chip结构体，主要定义了一些操作函数*/
 86     tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);     //分配nand_chip结构体内存
 87     nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));        //映射nand_chip结构体地址
 88 
 89     /*2.设置*/
 90     /*
 91      * 初始化nand_chip结构体中的函数指针,设置nand_chip 是给nand_scan函数使用的，
 92      * 如果不知道咋么设置先看nand_scan怎么使用
 93      * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作
 94      */
 95     tiny_nand_chip->select_chip    = tiny_nand_select_chip; //nand片选控制函数
 96     tiny_nand_chip->cmd_ctrl        = tiny_nand_cmd_ctrl;    //命令控制函数，包括数据和地址命令的发送
 97     tiny_nand_chip->IO_ADDR_R   = &nand_regs->nfdata;        //nandflash的读寄存器
 98     tiny_nand_chip->IO_ADDR_W  = &nand_regs->nfdata;        //nandflash的写寄存器
 99     tiny_nand_chip->dev_ready     = tiny_nand_dev_ready;    //nand准备完毕，可以开始读写， GPIO_RDY        8
100     tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_SOFT;            ////ecc的校验模式（软件，硬件）
101     /*3.硬件相关*/
102     /*使能时钟*/
103     nand_clk = clk_get(NULL, "nand");        //从内核中找到nand的时钟信息，通过名字匹配
104     clk_enable(nand_clk);                    //时能nandflash的时钟
105 
106     /*
107      * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期
108      */
109     nand_regs->nfconf |= 1<<1;        //取消片选
110     //HCLK = 100MHz
111     //TACLS : 发出CLE/ALE之后多长时间才发出nWE信号，
112     //    从NAND手册克制CLE/ALE与nWE可以同时faculty，所以TACLS = 0    
113     //TWRPH0：nWE的脉冲宽度，HCLK x（TWRPH0 + 1）,
114     //    从NAND手册克制它要>=12ns，    所以TWRPH0 >= 1
115     //TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才能变为低电平，
116     //    从NAND手册值要>=5ns,        所以TWRPH1 >= 0
117 #define TWRPH1       0    //1
118 #define TWRPH0       1
119 #define TACLS        0    //1
120     nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); //设置脉冲信号
121     /*
122      * MODE[0]:1     = 使能Nand Flash控制器
123      * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选
124      */
125     nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);    //时能nandflash控制器，取消片选
126     /*4.使用*/
127     tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); //申请mtd_info结构体内存
128     tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;
129     tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;        //设置设备私有数据指针，绑定前面的nand_chip结构体
130 
131     nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);    //扫描识别nand flash ，构造mtd_info结构体
132 
133 }
134 
135 static void tiny_nand_exit(void)
136 {
137     kfree(tiny_nand_mtd);        //释放mtd结构体的内存
138     iounmap(nand_regs);            //取消地址映射
139     kfree(tiny_nand_chip);        //释放nand-chip结构体的内存
140 }
141 
142 module_init(tiny_nand_init);
143 module_exit(tiny_nand_exit);
144 
145 MODULE_LICENSE("GPL");

nand1.c

三、【高级】增加块设备分区结构体

andFlash还有一个分区表结构体，mtd_partition，这个是在arch/arm/plat-s3c24XX/common-smdk.c中定义的。

static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = {

[0] = {

.name = "bootloader",

.size = SZ_4M,

.offset = 0,

[1] = {

.name = "kernel",

.size = SZ_8M,

.offset = MTDPART_OFS_APPEND,

[2] = {

.name = "root",

.size = MTDPART_SIZ_FULL,

.offset = MTDPART_OFS_APPEND,

};

记录了当前的nand flash有几个分区，每个分区的名字，大小，偏移量是多少

系统就是依靠这些分区表找到各个文件系统的

这些分区表nand中的文件系统没有必然关系，分区表只是把flash分成不同的部分

如果自己编写一个nandflash驱动，只需要填充这三个结构体：

Mtd_info nand_chip mtd_partition

并实现对物理设备的控制，上层的驱动控制已由mtd做好了，不需要关心

然后使用

add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);

添加分区信息。

自然在exit函数中就要del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd); //删除分区

附驱动源程序2见后

  1 #include <linux/module.h>
  2 #include <linux/types.h>
  3 #include <linux/init.h>
  4 #include <linux/kernel.h>
  5 #include <linux/string.h>
  6 #include <linux/ioport.h>
  7 #include <linux/platform_device.h>
  8 #include <linux/delay.h>
  9 #include <linux/err.h>
 10 #include <linux/slab.h>
 11 #include <linux/clk.h>
 12 #include <linux/cpufreq.h>
 13 
 14 #include <linux/mtd/mtd.h>
 15 #include <linux/mtd/nand.h>
 16 #include <linux/mtd/nand_ecc.h>
 17 #include <linux/mtd/partitions.h>
 18 
 19 #include <asm/io.h>
 20 
 21 #include <plat/regs-nand.h>
 22 #include <plat/nand.h>
 23 
 24 static unsigned long *clk_gate_ip1;
 25 static unsigned long *clk_gate_block;
 26 static unsigned long *mp0_3con;
 27 
 28 static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = {
 29     [0] = {
 30         .name    = "bootloader",
 31         .size    = SZ_4M,
 32         .offset    = 0,
 33     },
 34     [1] = {
 35         .name    = "kernel",
 36         .size    = SZ_8M,
 37         .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
 38     },
 39     [2] = {
 40         .name    = "root",
 41         .size    = MTDPART_SIZ_FULL,
 42         .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
 43     },
 44 };
 45 
 46 struct nand_regs {
 47     unsigned long nfconf;
 48     unsigned long nfcont;
 49     unsigned long nfcmmd;
 50     unsigned long nfaddr;
 51     unsigned long nfdata;
 52     unsigned long nfmeccd0;
 53     unsigned long nfmeccd1;
 54     unsigned long nfseccd;
 55     unsigned long nfsblk;
 56     unsigned long nfeblk;
 57     unsigned long nfstat;
 58     unsigned long nfeccerr0;
 59     unsigned long nfeccerr1;
 60 };
 61 
 62 static struct nand_regs *nand_regs;
 63 static struct nand_chip *tiny_nand_chip;
 64 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd;
 65 
 66 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr)
 67 {
 68     if(chipnr == -1)
 69     {
 70         /*取消选择*/
 71         nand_regs->nfcont |= (1<<1);
 72     }
 73     else
 74     {
 75         /*选中芯片*/
 76         nand_regs->nfcont &= ~(1<<1);
 77     }
 78 }
 79 
 80 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat,
 81                 unsigned int ctrl)
 82 {
 83 
 84     if (ctrl & NAND_CLE)
 85     {
 86         /*发命令*/
 87         nand_regs->nfcmmd = dat;
 88     }
 89     else
 90     {
 91         /*发地址*/
 92         nand_regs->nfaddr = dat;
 93     }
 94 }
 95 
 96 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd)
 97 {
 98     /*等待命令的操作完成*/
 99     return (nand_regs->nfstat & (1<<0));
100 }
101 
102 static int tiny_nand_init(void)
103 {
104     /*1.分配一个nand_chip结构体*/
105     tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);
106     nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));
107     mp0_3con         = ioremap(0xE0200320,4);
108     clk_gate_ip1     = ioremap(0xE0100464,4);
109     clk_gate_block = ioremap(0xE0100480,4);
110 
111     /*2.设置*/
112     /*
113      * 初始化nand_chip结构体中的函数指针
114      * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作
115      */
116     tiny_nand_chip->select_chip    = tiny_nand_select_chip;
117     tiny_nand_chip->cmd_ctrl        = tiny_nand_cmd_ctrl;
118     tiny_nand_chip->IO_ADDR_R   = &nand_regs->nfdata;
119     tiny_nand_chip->IO_ADDR_W  = &nand_regs->nfdata;
120     tiny_nand_chip->dev_ready     = tiny_nand_dev_ready;
121     tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_SOFT;
122     //tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_NONE;
123     
124     /*3.硬件相关*/
125     /*使能时钟*/
126     *clk_gate_ip1     = 0xffffffff;
127     *clk_gate_block = 0xffffffff;
128 
129     /* 设置相应GPIO管脚用于Nand */
130     *mp0_3con = 0x22222222;
131 
132     /* 设置时序 */
133 #define TWRPH1    1
134 #define TWRPH0    1
135 #define TACLS        1
136     nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);
137 
138     /*
139      * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期
140      */
141     nand_regs->nfconf |= 1<<1;
142 
143     /*
144      * MODE[0]:1     = 使能Nand Flash控制器
145      * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选
146      */
147     nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);
148         
149     /*4.使用*/
150     tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL);
151     tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;
152     tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;
153 
154     nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);
155 
156     /*5.添加分区*/
157     add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);
158 
159     return 0;
160 }
161 
162 static void tiny_nand_exit(void)
163 {
164     del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd);
165     kfree(tiny_nand_mtd);
166     iounmap(nand_regs);
167     kfree(tiny_nand_chip);
168 }
169 
170 module_init(tiny_nand_init);
171 module_exit(tiny_nand_exit);
172 
173 MODULE_LICENSE("GPL");

nand2.c

四、NandFlash控制器

1.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）

2.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

3.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

4.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。

5.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。

以上部分知识点摘自： http://blog.chinaunix.net/uid-22848040-id-1767599.html

附驱动源程序1：

  1 #include <linux/module.h>
  2 #include <linux/types.h>
  3 #include <linux/init.h>
  4 #include <linux/kernel.h>
  5 #include <linux/string.h>
  6 #include <linux/ioport.h>
  7 #include <linux/platform_device.h>
  8 #include <linux/delay.h>
  9 #include <linux/err.h>
 10 #include <linux/slab.h>
 11 #include <linux/clk.h>
 12 #include <linux/cpufreq.h>
 13 
 14 #include <linux/mtd/mtd.h>
 15 #include <linux/mtd/nand.h>
 16 #include <linux/mtd/nand_ecc.h>
 17 #include <linux/mtd/partitions.h>
 18 
 19 #include <asm/io.h>
 20 
 21 #include <plat/regs-nand.h>
 22 #include <plat/nand.h>
 23 //nand falsh寄存器列表结构体
 24 struct nand_regs {
 25     unsigned long nfconf;
 26     unsigned long nfcont;
 27     unsigned long nfcmmd;
 28     unsigned long nfaddr;
 29     unsigned long nfdata;
 30     unsigned long nfmeccd0;
 31     unsigned long nfmeccd1;
 32     unsigned long nfseccd;
 33     unsigned long nfsblk;
 34     unsigned long nfeblk;
 35     unsigned long nfstat;
 36     unsigned long nfeccerr0;
 37     unsigned long nfeccerr1;
 38 };
 39 
 40 static struct nand_regs *nand_regs;           //nand flash 结构体，主要是定义了芯片寄存器的地址
 41 static struct nand_chip *tiny_nand_chip;    //主要定义了一些读写打开等操作函数
 42 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd         //描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数
 43 
 44 //芯片选择函数
 45 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr)
 46 {
 47     if(chipnr == -1)
 48     {
 49         /*取消选择  NFCONT[1]设为1*/
 50         nand_regs->nfcont |= (1<<1);
 51     }
 52     else
 53     { 
 54         /*选中芯片  NFCONT[1]设为0*/
 55         nand_regs->nfcont &= ~(1<<1);
 56     }
 57 }
 58 
 59 //命令控制，数据发送函数
 60 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat,
 61                 unsigned int ctrl)
 62 {
 63 
 64     if (ctrl & NAND_CLE)
 65     {
 66         /*发命令  NFCMMD = dat*/
 67         nand_regs->nfcmmd = dat;
 68     }
 69     else
 70     {
 71         /*发地址  NFADDR = dat*/
 72         nand_regs->nfaddr = dat;
 73     }
 74 }
 75 
 76 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd, struct nand_chip *chip)
 77 {
 78     /*等待命令的操作完成*/
 79     return (nand_regs->nfstat & (1<<0));
 80 }
 81 
 82 static int tiny_nand_init(void)
 83 {
 84     struct clk *nand_clk;
 85     /*1.分配一个nand_chip结构体，主要定义了一些操作函数*/
 86     tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);     //分配nand_chip结构体内存
 87     nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));        //映射nand_chip结构体地址
 88 
 89     /*2.设置*/
 90     /*
 91      * 初始化nand_chip结构体中的函数指针,设置nand_chip 是给nand_scan函数使用的，
 92      * 如果不知道咋么设置先看nand_scan怎么使用
 93      * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作
 94      */
 95     tiny_nand_chip->select_chip    = tiny_nand_select_chip; //nand片选控制函数
 96     tiny_nand_chip->cmd_ctrl        = tiny_nand_cmd_ctrl;    //命令控制函数，包括数据和地址命令的发送
 97     tiny_nand_chip->IO_ADDR_R   = &nand_regs->nfdata;        //nandflash的读寄存器
 98     tiny_nand_chip->IO_ADDR_W  = &nand_regs->nfdata;        //nandflash的写寄存器
 99     tiny_nand_chip->dev_ready     = tiny_nand_dev_ready;    //nand准备完毕，可以开始读写， GPIO_RDY        8
100     tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_SOFT;            ////ecc的校验模式（软件，硬件）
101     /*3.硬件相关*/
102     /*使能时钟*/
103     nand_clk = clk_get(NULL, "nand");        //从内核中找到nand的时钟信息，通过名字匹配
104     clk_enable(nand_clk);                    //时能nandflash的时钟
105 
106     /*
107      * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期
108      */
109     nand_regs->nfconf |= 1<<1;        //取消片选
110     //HCLK = 100MHz
111     //TACLS : 发出CLE/ALE之后多长时间才发出nWE信号，
112     //    从NAND手册克制CLE/ALE与nWE可以同时faculty，所以TACLS = 0    
113     //TWRPH0：nWE的脉冲宽度，HCLK x（TWRPH0 + 1）,
114     //    从NAND手册克制它要>=12ns，    所以TWRPH0 >= 1
115     //TWRPH1: nWE变为高电平后多长时间CLE/ALE才能变为低电平，
116     //    从NAND手册值要>=5ns,        所以TWRPH1 >= 0
117 #define TWRPH1       0    //1
118 #define TWRPH0       1
119 #define TACLS        0    //1
120     nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4); //设置脉冲信号
121     /*
122      * MODE[0]:1     = 使能Nand Flash控制器
123      * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选
124      */
125     nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);    //时能nandflash控制器，取消片选
126     /*4.使用*/
127     tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL); //申请mtd_info结构体内存
128     tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;
129     tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;        //设置设备私有数据指针，绑定前面的nand_chip结构体
130 
131     nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);    //扫描识别nand flash ，构造mtd_info结构体
132 
133 }
134 
135 static void tiny_nand_exit(void)
136 {
137     kfree(tiny_nand_mtd);        //释放mtd结构体的内存
138     iounmap(nand_regs);            //取消地址映射
139     kfree(tiny_nand_chip);        //释放nand-chip结构体的内存
140 }
141 
142 module_init(tiny_nand_init);
143 module_exit(tiny_nand_exit);
144 
145 MODULE_LICENSE("GPL");

nand1.c

附驱动源程序2：

  1 #include <linux/module.h>
  2 #include <linux/types.h>
  3 #include <linux/init.h>
  4 #include <linux/kernel.h>
  5 #include <linux/string.h>
  6 #include <linux/ioport.h>
  7 #include <linux/platform_device.h>
  8 #include <linux/delay.h>
  9 #include <linux/err.h>
 10 #include <linux/slab.h>
 11 #include <linux/clk.h>
 12 #include <linux/cpufreq.h>
 13 
 14 #include <linux/mtd/mtd.h>
 15 #include <linux/mtd/nand.h>
 16 #include <linux/mtd/nand_ecc.h>
 17 #include <linux/mtd/partitions.h>
 18 
 19 #include <asm/io.h>
 20 
 21 #include <plat/regs-nand.h>
 22 #include <plat/nand.h>
 23 
 24 static unsigned long *clk_gate_ip1;
 25 static unsigned long *clk_gate_block;
 26 static unsigned long *mp0_3con;
 27 
 28 static struct mtd_partition tiny_nand_part[] = {
 29     [0] = {
 30         .name    = "bootloader",
 31         .size    = SZ_4M,
 32         .offset    = 0,
 33     },
 34     [1] = {
 35         .name    = "kernel",
 36         .size    = SZ_8M,
 37         .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
 38     },
 39     [2] = {
 40         .name    = "root",
 41         .size    = MTDPART_SIZ_FULL,
 42         .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
 43     },
 44 };
 45 
 46 struct nand_regs {
 47     unsigned long nfconf;
 48     unsigned long nfcont;
 49     unsigned long nfcmmd;
 50     unsigned long nfaddr;
 51     unsigned long nfdata;
 52     unsigned long nfmeccd0;
 53     unsigned long nfmeccd1;
 54     unsigned long nfseccd;
 55     unsigned long nfsblk;
 56     unsigned long nfeblk;
 57     unsigned long nfstat;
 58     unsigned long nfeccerr0;
 59     unsigned long nfeccerr1;
 60 };
 61 
 62 static struct nand_regs *nand_regs;
 63 static struct nand_chip *tiny_nand_chip;
 64 static struct mtd_info *tiny_nand_mtd;
 65 
 66 static void tiny_nand_select_chip(struct mtd_info *mtd, int chipnr)
 67 {
 68     if(chipnr == -1)
 69     {
 70         /*取消选择*/
 71         nand_regs->nfcont |= (1<<1);
 72     }
 73     else
 74     {
 75         /*选中芯片*/
 76         nand_regs->nfcont &= ~(1<<1);
 77     }
 78 }
 79 
 80 static void tiny_nand_cmd_ctrl(struct mtd_info *mtd, int dat,
 81                 unsigned int ctrl)
 82 {
 83 
 84     if (ctrl & NAND_CLE)
 85     {
 86         /*发命令*/
 87         nand_regs->nfcmmd = dat;
 88     }
 89     else
 90     {
 91         /*发地址*/
 92         nand_regs->nfaddr = dat;
 93     }
 94 }
 95 
 96 static int tiny_nand_dev_ready(struct mtd_info *mtd)
 97 {
 98     /*等待命令的操作完成*/
 99     return (nand_regs->nfstat & (1<<0));
100 }
101 
102 static int tiny_nand_init(void)
103 {
104     /*1.分配一个nand_chip结构体*/
105     tiny_nand_chip = kzalloc(sizeof(struct nand_chip),GFP_KERNEL);
106     nand_regs = ioremap(0xB0E00000,sizeof(struct nand_regs));
107     mp0_3con         = ioremap(0xE0200320,4);
108     clk_gate_ip1     = ioremap(0xE0100464,4);
109     clk_gate_block = ioremap(0xE0100480,4);
110 
111     /*2.设置*/
112     /*
113      * 初始化nand_chip结构体中的函数指针
114      * 提供选中芯片，发命令，发地址，读数据，写数据，等待等操作
115      */
116     tiny_nand_chip->select_chip    = tiny_nand_select_chip;
117     tiny_nand_chip->cmd_ctrl        = tiny_nand_cmd_ctrl;
118     tiny_nand_chip->IO_ADDR_R   = &nand_regs->nfdata;
119     tiny_nand_chip->IO_ADDR_W  = &nand_regs->nfdata;
120     tiny_nand_chip->dev_ready     = tiny_nand_dev_ready;
121     tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_SOFT;
122     //tiny_nand_chip->ecc.mode      = NAND_ECC_NONE;
123     
124     /*3.硬件相关*/
125     /*使能时钟*/
126     *clk_gate_ip1     = 0xffffffff;
127     *clk_gate_block = 0xffffffff;
128 
129     /* 设置相应GPIO管脚用于Nand */
130     *mp0_3con = 0x22222222;
131 
132     /* 设置时序 */
133 #define TWRPH1    1
134 #define TWRPH0    1
135 #define TACLS        1
136     nand_regs->nfconf |= (TACLS<<12) | (TWRPH0<<8) | (TWRPH1<<4);
137 
138     /*
139      * AddrCycle[1]:1 = 发送地址需要5个周期
140      */
141     nand_regs->nfconf |= 1<<1;
142 
143     /*
144      * MODE[0]:1     = 使能Nand Flash控制器
145      * Reg_nCE0[1]:1 = 取消片选
146      */
147     nand_regs->nfcont |= (1<<1)|(1<<0);
148         
149     /*4.使用*/
150     tiny_nand_mtd = kzalloc(sizeof(struct mtd_info), GFP_KERNEL);
151     tiny_nand_mtd->owner = THIS_MODULE;
152     tiny_nand_mtd->priv = tiny_nand_chip;
153 
154     nand_scan(tiny_nand_mtd, 1);
155 
156     /*5.添加分区*/
157     add_mtd_partitions(tiny_nand_mtd, tiny_nand_part, 3);
158 
159     return 0;
160 }
161 
162 static void tiny_nand_exit(void)
163 {
164     del_mtd_partitions(tiny_nand_mtd);
165     kfree(tiny_nand_mtd);
166     iounmap(nand_regs);
167     kfree(tiny_nand_chip);
168 }
169 
170 module_init(tiny_nand_init);
171 module_exit(tiny_nand_exit);
172 
173 MODULE_LICENSE("GPL");

nand2.c

posted on 2015-03-11 21:12 Lover雪儿阅读(321) 评论(0) 编辑收藏举报