前几天大致分析了u-boot针对smdk2410的源码，了解了启动的流程，但是对板上许多硬件的驱动过程还不太清楚。smdk2410源码中有针对Nor Flash的初始化和读取，但源码中没有对Nand Flash的操作，虽然针对其他型号的板子应该有Nand的源码，但方便起见，我查阅了vivi的源码，它支持从Nand Flash启动，自然有我需要的东西。下面我就自己的分析和总结列出来，中间当然也从google上得到不少前人留下的宝贵资料:）。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
我先摘录一段对Nor和Nand flash区别的几条总结：
NOR flash采用位读写，因为它具有sram的接口，有足够的引脚来寻址，可以很容易的存取其内部的每一个字节。
NAND flash使用复杂的I/O口来串行地存取数据。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息（复用）。NAND的读和写单位为512Byte的页，擦写单位为32页的块。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。
在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
再来看看Nand flash自身的特点（部分摘自August0703的文章）：
Nand Flash的数据是以bit的方式保存在memory cell中，一般来说，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，形成所谓的byte(x8)/word(x16)，这就是NAND Device的位宽。
多个line（多个位宽大小的数据）会再组成Page。我使用的Nand flash是三星的K9F1208U0M，从datesheet上得知，此flash每页528Bytes（512byte的Main Area + 16byte的Spare Area)，每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。我所使用的k9f1208U0M具有4096个block，故总容量为4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB（Spaer Area）是用来保存ECC校验码等额外数据的，故实际中可使用的为64MB。
Nand flash以页（512Byte）为单位读写数据，而以块（16KB）为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：
● Column Address：列地址，地址的低8位
● Page Address ：页地址
● Block Address ：块地址
对于NAND Flash来讲，地址和命令只能在I/O[7:0]上传递，数据宽度也是8位，这导致在读写指定地址的数据时，地址是分4次传递的（3次右移），见后文。
s3c2410这个处理器之所以可以直接从Nand flash启动，是因为CPU内置了4KB的片内SRAM，手册上称作“Steppingstone”。板子上电复位之后，CPU会自动将Nand flash的前4KB代码拷贝到片内SRAM中去执行（此过程是靠硬件实现的，见datasheet图Figure 6-1. NAND Flash Controller Block Diagram），这也是导致从Nor和Nand启动后的内存映射不同的原因。所以，vivi的stage1代码head.S必须要小于4KB，其中实现基本的CPU初始化等工作，并且要实现把自身拷贝到SDRAM中，之后的stage2就实现复杂功能。
关于SDRAM的初始化，之前分析u-boot时虽然涉及，但那篇没有仔细分析，我将另外归纳一篇。
下面具体看一下如何读写这块
Nand flash
：
从s3c2410的datasheet上得知，Nand flash的操作通过NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC这六个寄存器来完成，并且列出操作Nand flash的4个步骤：
| NAND FLASH MODE CONFIGURATION
1. Set NAND flash configuration by NFCONF register.
2. Write NAND flash command onto NFCMD register.
3. Write NAND flash address onto NFADDR register.
4. Read/Write data while checking NAND flash status by NFSTAT register. R/nB signal should be checked before read operation or after program operation.
|
下面结合vivi源码来详细的分析具体如何操作这6个寄存器来完成以上4个步骤来完成读过程：
先要初始化Nand flash，紧接着复位一下：
| void reset_nand()
{
int i=0;
NFCONF &= ~0x800; /* 现在真正使用Nand flash，bit[11]要置0，与初始化时相反 */
for(; i10; i++);
NFCMD = 0xff; //reset command
/* 复位命令。NFCMD寄存器只用到低8位（bit[7:0]）。
K9F1208U0M手册中列出了针对此块flash的各种命令，见Table 1. Command Sets。vivi/include/mtd/nand.h更直观的列出了各种命令 */
wait_idle();
}
/* 初始化NAND Flash */
/* NFCONF设定为0xf830，作用是使能Nand flash控制器、初始化ECC、Nand flash片选信号nFCE=1(inactive，真正使用时再让它等于0)、设置TACLS、TWRPH0、TWRPH1。
TACLS、TWRPH0、TWRPH1这三个参数是控制Nand flash信号线CLE/ALE和写控制信号nWE的时序关系的，要参照具体的flash芯片手册来设置。我这个是K9F1208U0M ，在表“AC Timing Characteristics for Command / Address / Data Input”中可以看到：
CLE setup Time = 0 ns，CLE Hold Time = 10 ns，
ALE setup Time = 0 ns，ALE Hold Time = 10 ns，
WE Pulse Width = 25 ns
可以计算，即使在HCLK=100MHz的情况下，TACLS+TWRPH0+TWRPH1=6/100 uS=60 ns，也是可以满足NAND Flash K9F1208U0M的时序要求的。（此句摘自thisway.diy@163.com的文章。关于如何配置时序，以后我得好好学习一下，还自诩电子出身，丢人啊。。。）*/
void init_nand()
{
NFCONF = 0xf830;
reset_nand();
}
|
初始化Nand flash之后，就可以把stage2的main函数代码拷贝到SDRAM中去执行，当然之前已经配置好了SDRAM。以上工作都是在stage1阶段（片内SRAM中）完成的，之后就可以读写Nand flash了。
下面分析读操作的实现，贴上vivi/s3c2410/nand_read.c源码：
| #include config.h>
#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
#define __REGi(x) (*(volatile unsigned int *)(x))
#define NF_BASE 0x4e000000
#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0)
#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x4)
#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0x8)
#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0xc)
#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x10)
#define BUSY 1
inline void wait_idle(void) {
int i;
/* NFSTAT：只用到位0，0-busy，1-ready */
while(!(NFSTAT & BUSY))
for(i=0; i10; i++);
}
#define NAND_SECTOR_SIZE 512 /* Nand flash是以512Byte为单位来读写的 */
#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)
/* low level nand read function */
/* 下面的读过程严格按照2410手册上的顺序 */
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
{
int i, j;
if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) {
return -1; /* invalid alignment */
}
/* chip Enable */
/* 对应第一条：1. Set NAND flash configuration by NFCONF register. */
NFCONF &= ~0x800;
for(i=0; i10; i++);
for(i=start_addr; i (start_addr + size);) {
/* READ0 */
/* 对应第二条：2. Write NAND flash command onto NFCMD register. */
NFCMD = 0;
/* Write Address */
/* 对应第三条：3. Write NAND flash address onto NFADDR register.
*NFADDR寄存器也只用到低八位来传输，所以需要分4次来写入一个完整的32位地址，需要注意后3次的移位操作
*/
NFADDR = i & 0xff;
NFADDR = (i >> 9) & 0xff;
NFADDR = (i >> 17) & 0xff;
NFADDR = (i >> 25) & 0xff;
/* 对应第四条：4. Read/Write data while checking NAND flash status by NFSTAT register.
一个地址对应512个字节数据。所以，由于8bit位宽的限制，每次读取8位（1个字节），共读512次得到1页512Byte数据
*/
wait_idle();
for(j=0; j NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++) {
*buf = (NFDATA & 0xff);
buf++;
}
}
/* chip Disable */
/* 读写完毕需要禁止Nand flash ，与开始相对应*/
NFCONF |= 0x800; /* chip disable */
return 0;
}
|
以上是对Nand flash读操作的分析。总体来看，关键在于根据CPU和Flash的datasheet配置各寄存器和按照规定顺序进行操作。具体的配置过程是比较繁杂的，可参照u-boot或vivi中对各种硬件支持的源码来配置，可省不少事。以后若自己尝试写bootloader，再实践一下作为练习吧。
