4.1 NAND FLASH控制器

在S3C2410上電后，NAND FLASH控制器會自動的把NAND FLASH上的前4kB數(shù)據(jù)搬移到4kB內(nèi)部RAM中，并把0x00000000設(shè)置內(nèi)部RAM的起始地址，CPU從內(nèi)部RAM的0x00000000位置開始啟動，在這個(gè)過程不需要程序干涉。而程序員需要完成的工作是把最核心的啟動程序放在NAND FLASH的前4kB中。

以往將U-BOOT移植到ARM9平臺中的解決方案主要針對的是ARM9中的NOR閃存，因?yàn)镹OR閃存的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使應(yīng)用程序可以直接在其內(nèi)部運(yùn)行，不用把代碼讀到RAM中，所以移植過程相對簡單。

4.1.1 NOR FLASH和NAND FLASH比較

NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。NOR FLASH指線性存儲器，通過線性、連續(xù)的地址進(jìn)行尋址；NAND FLASH指非線性存儲器，通過非線性、不連續(xù)的地址進(jìn)行尋址。

（1）應(yīng)用

大多數(shù)情況下用NOR FLASH可以存儲少量代碼，而NAND FLASH則是高數(shù)據(jù)存儲密度較為理想的解決方案。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行，應(yīng)用程序可以直接在FLASH閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。

（2）讀寫速度

NAND的寫入和擦除的速度較快，應(yīng)用NAND的困難在于FLASH的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。NOR的傳輸效率很高，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR的讀速度比NAND稍快一些，但NAND的寫入速度比NOR快很多。

（3）接口性質(zhì)

NOR FLASH帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NAND FLASH沒有采取內(nèi)存的隨機(jī)讀取技術(shù)，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進(jìn)行的，通常是一次讀取512個(gè)字節(jié)，與硬盤管理有些類似。

（4）容量與成本

NOR FLASH占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND FLASH只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中。NAND FLASH比NOR FLASH廉價(jià)。

4.1.2 S3C2410 NAND FLASH控制器

由于NOR FLASH存儲器的價(jià)格比較昂貴，而SDRAM和NAND FLASH存儲器的價(jià)格相對比較合適。因而嵌入式開發(fā)者希望從NAND FLASH啟動和引導(dǎo)系統(tǒng)，并在SDRAM上執(zhí)行主程序代碼。S3C2410實(shí)現(xiàn)了從NOR FLASH及NAND FLASH上執(zhí)行引導(dǎo)程序。為了支持從NAND FLASH的系統(tǒng)引導(dǎo)，S3C2410具有一個(gè)內(nèi)部SDRAM緩沖器。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，引導(dǎo)代碼需要將NAND FLASH中的程序內(nèi)容拷貝到SDRAM中，然后系統(tǒng)自動執(zhí)行這些載入的引導(dǎo)代碼。從NAND FLASH啟動要通過引腳OM[1:0]進(jìn)行選擇，當(dāng)選擇OM[1:0]=00時(shí)，處理器通過NAND FLASH啟動；OM[1:0]=01或10時(shí)，處理器分別通過16位、32位NOR FLASH啟動。圖4.1所示是S3C2410 NAND FLASH控制器的方塊電路圖。

4.1.3 NAND FLASH啟動過程

S3C2410支持從NAND FLASH引導(dǎo)系統(tǒng)，這是通過內(nèi)置的SRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory：同步動態(tài)隨機(jī)存儲器）及自動引導(dǎo)控制邏輯實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，NAND FLASH存儲器的前4KB將被自動加載到內(nèi)部緩沖區(qū)（又稱為Steppingstone）中，然后系統(tǒng)自動執(zhí)行這些載入的啟動代碼。使用這4KB代碼來把更多的代碼從NAND FLASH中讀到SDRAM中去，然后執(zhí)行SDRAM中的指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的引導(dǎo)。這4KB的程序一般實(shí)現(xiàn)CPU、GPIO、Memory、Clock、Watchdog、Uart等的初始化。

1. NAND FLASH自動引導(dǎo)過程

（1）復(fù)位完成；

（2）NAND FLASH的前4KB被拷到內(nèi)部SDRAM;

（3）SDRAM被映射到GCS0(BANK0);

（4）CPU從內(nèi)部SDRAM開始執(zhí)行程序。

2. NAND FLASH操作過程

NAND FLASH的操作通過NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC這六個(gè)寄存器來完成，具體操作步驟如下：

（1）配制NAND FLASH控制寄存器NFCONF；

（2）寫NAND FLASH命令到NFCMD寄存器；

（3）寫NAND FLASH地址到NFADDR寄存器；

（4）通過NFSTAT寄存器檢查NAND FLASH狀態(tài)實(shí)現(xiàn)讀/寫操作。

4.1.4 NAND FLASH存儲器接口

圖4.2是NAND FLASH存儲器接口示意圖，其引腳分別與S3C2410微處理器引腳相連。

在圖4.2中，NAND FLASH的管腳配置如下：

DATA[7:0] ：數(shù)據(jù)/命令/地址/的輸入/輸出口（與數(shù)據(jù)總線共享）

CLE：命令鎖存使能（輸出）

ALE：地址鎖存使能（輸出）

nFCE :NAND FLASH片選使能（輸出）

nFRE :NAND FLASH讀使能（輸出）

nFWE :NAND FLASH寫使能（輸出）

R/nB : NAND FLASH準(zhǔn)備好/繁忙（輸入）

S3C2410的存儲控制器提供訪問外部存儲器所需要的存儲器控制信號，支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲的大、小端模式，將存儲空間分成8組。因而S3C2410的內(nèi)存片選有8個(gè)片選（BANK），在U-BOOT中，要配制SDRAM和FLASH的BANK數(shù)，如果SDRAM或者FLASH就接了n個(gè)片選的時(shí)候，就定義為n，如n為8，即BANK8。圖4.3是S3C2410的內(nèi)存映射圖，S3C2410和其他的大部分的處理器一樣，支持NOR FLASH和NAND FLASH啟動，而這兩種啟動方式內(nèi)存所映射的地址不相同。

在圖4.3中BANK6、BANK7對應(yīng)的地址空間與BANK0—BANK5不同。BANK0—BANK5的地址空間都是固定的128M，地址范圍是(x*128M)到(x+1)*128M-1, x表示0到5。但是BANK7的起始地址是可變的，您可以查找S3C2410數(shù)據(jù)手冊第5章，獲取BANK6、BANK7的地址范圍與地址空間的關(guān)系。

4.1.5 NAND FLASH寄存器參數(shù)描述

1. NAND FLASH寄存器概述

前面已經(jīng)談到，NAND FLASH的操作通過設(shè)置NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC這六個(gè)寄存器來完成。下面首先討論NAND FLASH這些寄存器的一些性質(zhì)，這對嵌入式程序設(shè)計(jì)至關(guān)重要，表4.1列出了NAND FLASH相關(guān)寄存器的地址、讀寫情況與功能的描述。其中：

NFCONF是NAND FLASH的配置寄存器；

NFCMD是NAND FLASH命令寄存器，CPU通過此寄存器向NAND FLASH傳遞控制命令；

NFADDR是NAND FLASH地址寄存器，CPU通過此寄存器向NAND FLASH傳遞地址；

NFDATA是NAND FLASH數(shù)據(jù)寄存器，CPU通過此寄存器向NAND FLASH傳遞數(shù)據(jù)；

NFSTAT是NAND FLASH狀態(tài)寄存器，CPU通過讀取該寄存器獲取NAND FLASH當(dāng)前狀態(tài)；

NFECC是NAND FLASH ECC寄存器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)校驗(yàn)功能。

在NAND FLASH的程序設(shè)計(jì)中通過下列宏進(jìn)行地址映射：

      #define rNFCONF   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000000)  //NAND FLASH
  configuration
      #define rNFCMD   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000004) //NADD FLASH command
      #define rNFADDR   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000008) //NAND FLASH address
      #define rNFDATA   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e00000c) //NAND FLASH data
      #define  rNFSTAT  (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000010)  //NAND FLASH
  operation status
      #define rNFECC   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000014)  //NAND FLASH ECC

2. NAND FLASH相關(guān)寄存器設(shè)置及應(yīng)用

（1）NFCONF寄存器

NFCONF寄存器的地址是0x4e000000，表4.2所示是NFCONF寄存器屬性值設(shè)置，相對應(yīng)位的默認(rèn)值、功能設(shè)置位的表示。

注意：需要指出的是TACLS、TWRPH0和TWRPH1，請讀者參考S3C2410數(shù)據(jù)手冊，可以看到這三個(gè)參數(shù)控制的是NAND FLASH信號線命令鎖存CLE、地址鎖存ALE與寫控制信號nWE的時(shí)序關(guān)系。設(shè)上述值為TACLS=0, TWRPH0=3, TWRPH1=0，其含義為：TACLS=1個(gè)HCLK時(shí)鐘，TWRPH0=4個(gè)HCLK時(shí)鐘，TWRPH1=1個(gè)HCLK時(shí)鐘。

NAND FLASH需要初始化，在一般情況下要使NAND FLASH使能，使用ECC校驗(yàn)，[15:12]設(shè)置為0b1111；內(nèi)存片選使能，持續(xù)時(shí)間=HCLK*(設(shè)定值+1)中設(shè)定值為0，即CLE和ALE持續(xù)時(shí)間設(shè)置為HCLK，因而[11:8]=0b1000；設(shè)TWRPH0設(shè)定值為3，即位[7:4]設(shè)置為0b0011，如果把TWRPH1值設(shè)為0，即把NFCONF初始化為0b1111100000110000，即0xF830。

例如：NAND FLASH在使用時(shí)應(yīng)把第11位設(shè)置為0，支持NAND FLASH使能，只需對0x800取反即可，此時(shí)有：

      NFCONF & = ~0x800;

當(dāng)禁用NAND FLASH時(shí)，應(yīng)把第11位設(shè)置為1，可以用以下語句：

      NFCONF ｜ = 0x800;

（2）NFCMD寄存器

NAND FLASH的命令寄存器NFCMD的地址是0x4e000004，表4.3所示是NFCMD寄存器屬性值設(shè)置，相對應(yīng)位的默認(rèn)值、功能設(shè)置位的表示。NFCMD寄存器中，對于不同型號的FLASH，操作命令一般不同。

例如：

      NFCONF & = ~(1<<11)   //第11位為0, nFCF為低電平，發(fā)出片選信號
      NFCMD = 0xff    //在K9F1208U0M存儲器中表示reset命令

（3）NFADDR寄存器

NAND FLASH地址寄存器NFADDR的地址是0x4e000008，表4.4所示是NFADDR寄存器屬性值設(shè)置，相對應(yīng)位的默認(rèn)值、功能設(shè)置位的表示。

      例如：
     NFADDR = addr & 0xff   //獲取第1個(gè)字節(jié)的地址
     NFADDR = ( addr >> 9 ) & 0xff   //獲取第2個(gè)字節(jié)的地址

（4）NFDATA寄存器

NAND FLASH數(shù)據(jù)寄存器NFDATA的地址是0x4e00000c，表4.5所示是NFDATA寄存器屬性值設(shè)置，相對應(yīng)位的默認(rèn)值、功能設(shè)置位的表示。

[7:0]存儲Nand FLASH的讀出數(shù)據(jù)或者編程數(shù)據(jù)，寫操作時(shí)存放編程數(shù)據(jù)，讀操作時(shí)存放讀出數(shù)據(jù)。

（5）NFSTAT寄存器

NAND FLASH狀態(tài)寄存器NFSTAT地址是0x4e000010，表4.6所示是狀態(tài)寄存器NFSTAT屬性值設(shè)置及相對應(yīng)位的初始值表示。

（6）ECC寄存器

NAND FLASH ECC寄存器NFECC的地址是0x4e000014，表4.7所示為ECC寄存器位功能與設(shè)置描述。