基于smdk2410 开发板u-boot-1.2.0 nand flash读写操作及其命令的实现

基于smdk2410开发板u-boot-1.2.0 nand flash读写操作及其命令的实现(1)
2007-07-20 16:12:46

分类：

基于smdk2410
开发板u-boot-1.2.0 nand flash读写操作及其命令的实现

1.
前言

对于一个完整的嵌入式系统，除了cpu、电源、晶振以外，存储器是必不可少的。以前存储器都是用可读写操作的EEPROM系列芯片，由于其暴露出来的缺陷，读写操作复杂，缓慢等原因，随着Nor
Flash于1988年由Inter
公司开发出来，存储器的市场开始被Nor Flash掌控。Nor Flash凭借读写操作简单，不需要额外的驱动就可以实现读写功能，雄霸存储器市场。但是其最大的缺点就是价格太高。也许正是由于日本人看到了Nor Flash的软肋，日立公司于1989年打着“提高每一笔特性价比”的旗号，推出了Nand
Flash。尽管Nand Flash的读写操作相对于Nor Flash要复杂一些但是，其海量存储和低廉的价格还是让各大开发商趋之若鹜。随着嵌入式市场对于大容量存储器需求的增长，Nand Flash必将有更大的发展空间。

2.
Nand Flash VS Nor Flash

网上有很多比较的文档。偷下懒：）

3.
Nand Flash在u-boot的读写实现

首先，我们来看一下三星S3C2410用户手册中对nand flash的描述。

手册中把nand flash的工作模式分为两种：自启动模式和一般的nand flash读写操作模式。在自启动模式下，由于nand flash自身的特点不能够直接在芯片内部执行程序，因此在在cpu内核中内置了一片SRAM配合nand
flash实现自启动系统。系统加电，nand flash存储空间的前4kB数据（也就是u-boot第一阶段）以硬件的方式被拷贝到SRAM中；然后SRAM中的u-boot代码开始执行，运行到第二阶段把nand
flash中u-boot的全部拷贝到SDRAM中继续执行，然后引导内核的启动和根文件系统的挂载。

对于nand flash的基本读写操作模式，主要是关于nand flash的读写操作。我们可以知道，在S3C2410中cpu将nand
flash看作一个外设，通过nand flash控制器控制nand flash。对其的读写操作都是通过向特定的寄存器中读写数据实现的。下面是在手册中切下来的两张图。

图表 1 nand flash
控制器的块状图

图表 2 nand flash操作原理图

3.1.
Nand flash 读写模式下的寄存器

NFCONF : nand flash的配置寄存器

NFCMD : nand flash命令寄存器，cpu通过此寄存器向nand flash
传递控制命令

NFADDR : nand flash
地址寄存器，cpu通过此寄存器向nand flash
传递地址

NFDATA : nand flash
数据寄存器，cpu通过此寄存器向nand flash
传递数据

NFSTAT : nand flash
状态寄存器，cpu通过读取该寄存器获取nand flash
当前状态

NFECC : nand flash ECC寄存器，实现循环校验功能

Nand flash读写模式下的管脚配置

D[7:0] :
数据/命令/地址输入/输出端口(三线共享)

CLE : Command Latch Enable (output)

ALE : Address Latch Enable (output)

nFCE : NAND Flash Chip Enable (output)

nFRE : NAND Flash Read Enable (output)

nFWE : NAND Flash Write Enable (output)

R/nB : NAND Flash Ready/nBusy (input)

注：各寄存器的每个比特的具体含义不再赘述，参看S3C2410手册。

3.2.
u-boot-1.2.0中nand flash读写操作源码分析

3.2.1.
涉及文件

Lib_arm/board.c

Board/smdk2410/smdk2410.c

Board/smdk2410/smdk2410.h

Driver/Nand_legacy/ Nand_legacy.c

Include/configs/smdk2410.h

3.2.2.
具体分析

Lib_arm/board.c

u-boot运行至第二阶段进入start_armboot()函数。其中nand_init()函数是对nand
flash的最初初始化函数。Nand_init()函数在两个文件中实现。其调用与CFG_NAND_LEGACY宏有关，如果没有定义这个宏，系统调用drivers/nand/nand.c中的nand_init()；否则调用自己在board/smdk2410/smdk2410.c中的nand_init()函数。这里我们选择第二种方式。

Board/smdk2410/smdk2410.h

这个头文件中实现了对nand flash各个寄存器的设置工作。把原程序列出来更直观些。

static inline void NF_Conf(u16 conf) /*
控制寄存器设置 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

nand->NFCONF = conf;

}

static inline void NF_Cmd(u8 cmd) /*
命令寄存器传递命令 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

nand->NFCMD = cmd;

}

static inline void NF_CmdW(u8 cmd) /*
命令寄存器写操作 */

{

NF_Cmd(cmd);

udelay(1);

}

static inline void NF_Addr(u8 addr) /*
地址寄存器设置 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

nand->NFADDR = addr;

}

static inline void NF_SetCE(NFCE_STATE s) /*
设置nand flash的片选信号 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

switch (s) {

case NFCE_LOW:

nand->NFCONF &= ~(1<<11);

break;

case NFCE_HIGH:

nand->NFCONF |= (1<<11);

break;

}

}

static inline void NF_WaitRB(void) /*
等待 nand flash处于 Ready状态 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

while (!(nand->NFSTAT & (1<<0)));

}

static inline void NF_Write(u8 data) /*
写数据操作 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

nand->NFDATA = data;

}

static inline u8 NF_Read(void) /*
读数据操作 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

return(nand->NFDATA);

}

static inline void NF_Init_ECC(void) /*
初始化ECC */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

nand->NFCONF |= (1<<12);

}

static inline u32 NF_Read_ECC(void) /*
读取ECC值 */

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

return(nand->NFECC);

}

Board/smdk2410/smdk2410.c

前面提到了nand_init()函数的实现就是在smdk2410.c中，下面我们就来看看nand flash
是怎么初始化的。

void

nand_init(void)

{

S3C2410_NAND * const nand = S3C2410_GetBase_NAND();

NF_Init();

#ifdef DEBUG

printf("NAND flash probing at 0x%.8lX\n", (ulong)nand);

#endif

printf ("%4lu MB\n", nand_probe((ulong)nand) >> 20);

}

static inline void NF_Init(void)

{

#if 0 /* a little bit too optimistic */

#define TACLS 0

#define TWRPH0 3

#define TWRPH1 0

#else

#define TACLS 0

#define TWRPH0 4

#define TWRPH1 2

#endif

NF_Conf((1<<15)|(0<<14)|(0<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0));

/*nand->NFCONF = (1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0); */

/* 1 1 1 1, 1 xxx, r xxx, r xxx */

/* En 512B 4step ECCR nFCE=H tACLS tWRPH0 tWRPH1 */

NF_Reset();

}

static inline void NF_Reset(void)

{

int i;

NF_SetCE(NFCE_LOW);

NF_Cmd(0xFF); /* reset command */

for(i = 0; i < 10; i++); /* tWB = 100ns. */

NF_WaitRB(); /* wait 200~500us; */

NF_SetCE(NFCE_HIGH);

}

可以看到nand_init()调用 NF_Init()函数，使能nand flash控制器和nand
flash；调用NF_Reset()函数置位，NF_WaitRB()查询nand flash的状态，最后在调用nand_probe((ulong)nand)函数探测nand
flash.

Driver/Nand_legacy/ Nand_legacy.c

这个文件中对nand flash操作的函数被u-boot
nand flash 操作的命令函数(do_nand())调用, 这些nand flash操作的函数调用具体的nandflash的读写操作的函数--由开发人员实现。这样nand_legacy.c中的nand flash操作函数向开发人员在uboot的nand flash操作命令和具体的nand flash硬件驱动之间提供一个接口。这个接口一般定义在开发板的config文件中也就是 include/configs/xxxxx.h.

注意：如果有些接口功能被硬件完成，可以定义一个空宏实现。

do_nand()->| ->WRITE_NAND_COMMAND(d, adr) |
->NF_Cmd(d)

|
->WRITE_NAND_COMMANDW(d, adr) |
->NF_CmdW(d)

|
->WRITE_NAND_ADDRESS(d, adr) |
->NF_Addr(d)

|
->WRITE_NAND(d, adr) |
->NF_Write(d)

|
->READ_NAND(adr) |
->NF_Read()

| /* the following functions are NOP's because |

|S3C24X0 handles this in hardware*/ |

|
->NAND_CTL_CLRALE(nandptr) |

|
->NAND_CTL_SETALE(nandptr) |

|
->NAND_CTL_CLRCLE(nandptr) |

|
->NAND_CTL_SETCLE(nandptr) |

更详细的表述：



eg:

Include/configs/smdk2410.h

此文件中主要是对nand flash相关的一些参数进行设置。贴出来看下，有些感性的认识。

/*-----------------------------------------------------------------------

* NAND flash settings

*/

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)

#define CFG_NAND_LEGACY

#define CFG_MAX_NAND_DEVICE 1 /* Max number of NAND devices */

#define SECTORSIZE 512

#define ADDR_COLUMN 1

#define ADDR_PAGE 2

#define ADDR_COLUMN_PAGE 3

#define NAND_ChipID_UNKNOWN 0x00

#define NAND_MAX_FLOORS 1

#define NAND_MAX_CHIPS 1

#define NAND_WAIT_READY(nand) NF_WaitRB()

#define NAND_DISABLE_CE(nand) NF_SetCE(NFCE_HIGH)

#define NAND_ENABLE_CE(nand) NF_SetCE(NFCE_LOW)

#define WRITE_NAND_COMMAND(d, adr) NF_Cmd(d)

#define WRITE_NAND_COMMANDW(d, adr) NF_CmdW(d)

#define WRITE_NAND_ADDRESS(d, adr) NF_Addr(d)

#define WRITE_NAND(d, adr) NF_Write(d)

#define READ_NAND(adr) NF_Read()

/* the following functions are NOP's because S3C24X0 handles this in hardware */

#define NAND_CTL_CLRALE(nandptr)

#define NAND_CTL_SETALE(nandptr)

#define NAND_CTL_CLRCLE(nandptr)

#define NAND_CTL_SETCLE(nandptr)

#define CONFIG_MTD_NAND_VERIFY_WRITE 1

#define CONFIG_MTD_NAND_ECC_JFFS2 1

#endif /* CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND */

3.3. 小结

按照上面文件修改就可以实现对nand flash的读写操作。笔者的能够这么顺利的实现移植主要是和一同事kyo无意中发现一块板Vcam9
同smdk2410一样都是基于S3C2410,而且实现了nand flash读写操作，遂借鉴之。：）