NAND结构与驱动
NAND结构与驱动
NAND特点
1、NAND按页读写，按块擦除，进行NAND写入操作前，必须对NAND进行擦除操作；
2、NAND的命令、地址、数据管脚复用，优点是明显减少NAND FLASH的管脚数目，缺点是不能随机访问数据，无法直接在上面运行程序。
结合三星公司和ST公司的NAND FLASH产品，介绍NAND的结构及使用。
使用芯片的一般步骤
使用一个芯片时，大致有以下步骤。
1、芯片的功能结构
2、理解接口电路
3、理解操作时序
芯片的功能结构
1、按页存储结构：
以K9F1208为例，其大小为512Mbit，即64MByte。共4096块，每块32页，每页512字节。每一页中有16字节为spare区，一般用来标记坏块，和保存对main区数据的ECC校验码。
A7-A0：每一页的512字节寻址，A8由命令控制，00命令时，访问页中的前256字节，01命令时，访问页中的后256字节；
A13-A9：实现块内的页寻址，5bit寻址32页；
A25-A14：实现块寻址，12bit寻址4096块。
因此，可以有：字节地址：A25-A0；页地址：A25-A9；块地址：A25-A14。
2、引脚图与引脚功能：
CE--任何操作之前，片选必须先使能
WE--有效时表示执行写操作
RE--有效时表示执行读操作
CLE--有效时，数据线上的数据代表命令
ALE--有效时，数据线上的数据代表地址
ALE、CLE都无效时，数据线上的数据代表普通数据
RY/BY -- Ready/Busy状态信号，指示当前器件是空闲，还是繁忙
3、关于锁存
因为NAND Flash总共只有8根数据线，而NAND flash操作时有命令/地址/数据三类数据需要在数据线上传输，它们的功能是复用的，为了区分这三种类型的数据，就需要锁存，用CLE/ALE（命令/地址锁存信号线）来区分。
锁存原理：如address latch地址锁存器，典型8D锁存器74ls373。每有一个下降沿（也可能上升沿），输出变为输入的状态，一般还带有输出使能控制。地址操作时，控制器产生一个ALE信号，将地址信号锁存；数据操作时，控制器在锁存器选中的地址的基础上进行数据读写。
4、命令与工作原理
控制器通过向NAND FLASH发送命令控制其状态以及传输数据。Read命令00时读取前256字节数据，01时读取后256字节数据，50读取spare区域。页编程和块擦除都需要两个周期命令。
接口电路
NAND FLASH与DSP的接口电路图如下:
CS3控制片选，高电平有效，映射到片内0x62000000开始的地址区域。
同时，由地址线控制CLE,ALE，均是高电平有效。向不同的地址发送数据表示写的是地址还是命令。（EMIFA_A2，EMIFA_A1分别是第四，第五位地址线，低三位是EMIFA_A0，EMIFA_BA1，EMIFA_BA0）。地址分配具体如下：
0000 0000h，CLE低，ALE低，IO上传递的是数据；
0000 0010h，CLE高，ALE低，IO上传递的是命令；
0000 0008h，CLE低，ALE高，IO上传递的事地址。
于是，通过对不同地址操作便可以实现发送数据、命令、地址。代码为：
*(volatile UINT8* ) (0x62000000+0x00000000)=DATA;
*(volatile UINT8* ) (0x62000000+0x00000010)=CMD;
*(volatile UINT8* ) (0x62000000+0x00000008)=ADDR;
操作时序
1、 ID获取
时序分析：
片选CE有效（低电平）；写入命令，命令锁存CLE有效（高电平），地址锁存信号ALE无效；写入信号有效WE（低电平），读信号RE无效；IO线上传输命令。
写入地址，地址锁存信号ALE有效（高电平），命令锁存CLE无效（低电平）；写入信号有效WE（低电平），读信号RE无效；IO线上传输地址。
读取数据，命令锁存信号CLE无效，地址锁存信号ALE无效；写信号WE无效，读信号RE有效，读取数据。
WE，RE连接芯片的WE，RE，时序由处理器硬件自动调整，不用程序控制。
依据时序，发送命令90，发送地址00，对IO读取，可得Maker Code与Device Code。从上下两个图中可以看出，如果得到Make Code为EC，则为三星公司的NAND；如果Make Code为20，则为ST公司的NAND。
代码实现：
NAND_ADDR( 0 );
mfg_id = NAND_DATA; // Read MFG Id
dev_id = NAND_DATA; // Read Device Id
结果如下图：
mfg_id=0x20，说明为ST公司的NAND FLASH。
2、读卡状态
#define NAND_DATA *( volatile Uint8* )( NAND_BASE + 0x00 );
status=NAND_DATA;
发送70h命令后，从NAND_BASE + 0x00地址得到的数据即为status。最关键的是最低位，0表示操作成功，1表示操作失败。一般每次编程后都会检测NAND状态，确定操作是否成功。
3、块擦除
时序图：
NAND FLASH按块擦除。首先发送擦除扇区命令CMD_ERASE(60h)，然后依次发送A9-A16，A17-A24，A25地址，最后发送确认命令CMD_ERASE_CONFIRM(D0h)，其中start是NAND FLASH的页地址（A9-A25）。当擦除第n（0-4095）块时，则发送地址n<<5（将块地址扩展为页地址，A25-A14扩展为A25-A9）。
程序实现：
start=start<<5;
NAND_CMD( CMD_ERASE ); // Erase block NAND_ADDR(start&0xff);
NAND_ADDR((start>>8)&0xff);
NAND_ADDR((start>>16)&0xff);
NAND_CMD( CMD_ERASE_CONFIRM ); // Confirm Erase
4、页写（对页编程）
NAND FLASH按页读写，首先发送写命令80h（CMD_PROGRAM），然后发送地址（A25-A0）,最后发送写确认命令10h(PROGRAM_CONFIRM)。若擦除第n页，则发送地址n<<9（将页地址扩展为字节地址，A25-A9扩展为A25-A0）。
程序实现：
write_addr=write_addr<<9;
NAND_CMD(CMD_PROGRAM);
NAND_ADDR(write_addr);
NAND_ADDR((write_addr>>8) & 0xff);
NAND_ADDR((write_addr>>16) & 0xff);
NAND_ADDR((write_addr>>24) & 0xff);
for(k=0;k<100000;k++); //延时，等待写完成
//写main区512字节
j=NAND_PAGESIZE;
while(j--) NAND_DATA=*write_data++;
//写spare区，不校验ECC
j=NAND_SPARESIZE;
while(j--) NAND_DATA=0xff;
NAND_CMD( CMD_PROGRAM_CONFIRM );// Confirm Program
5、页读
与写操作相似，变为读命令00h(CMD_READ)。
代码实现：
read_addr=read_addr<<9;
NAND_CMD(CMD_READ);
NAND_ADDR(read_addr & 0xff);
NAND_ADDR((read_addr>>8) & 0xff);
NAND_ADDR((read_addr>>16) & 0xff);
NAND_ADDR((read_addr>>24) & 0xff);
for(k=0;k<100000;k++); //延时，等待读完成
//读main区
j=NAND_PAGESIZE;
while(j--) *read_data++=NAND_DATA;
//读spare区
for(j=0;j<NAND_SPARESIZE;j++) spare[j]=NAND_DATA;
