深入了解nandflash基本特性

nandflash作為嵌入式中的”磁盤”, 被廣泛的應用, 以(K9F2G08U0B)為例，其他型号都差不多

• nandflash的結構 

  

  nandflash的結構有頁(page), block(塊)的概念，其中頁是真實概念，而塊兒是虛拟概念(目的是為了更好的管理存儲空間) 

  page: 一個page大小為2K + 64bytes， 如上圖所示,其中的64bytes是所在頁的infomation, 記錄着此頁的使用情況,比如剩餘存空間等 

  block: 一個block由64個頁組成, 一個nandflash晶片由2k個block組成,算算就知道，一個nandflash晶片一共能存儲256M的資料.

• nandflash的引腳說明 

  

• nandflash與2440的連接配接 

  

  由上連接配接圖可以看出,ALE,CLE這種信号其實就是2440的GPIO(展現了管腳複用的功能) 

  注意,與nandflash的資料傳輸接口就隻有IO0->IO7這8根并行的資料線,是以我們發送讀指令還是寫指令還是位址，都是通過這8跟先發出的,具體情況如下分析

• nandflash的讀操作，先給出時序圖（datasheet）,之後在分析 

  

  首先我們先看一下讀取nandflash需要一個什麼樣的周期 

  1.首先發指令 00H(讀指令) 

  2.發送位址 

  3.發送位址 

  4.發送指令 30H(讀指令) 

  5.忙等待 

  6.讀取資料 

  從資料手冊上來看，對于指令代表的意義如下圖所示 

  

  我們看到,讀指令确實要發兩次,那麼為什麼要這麼操作呢？這其實根據nandflash的硬體來定的,第一次發讀指令是把讀取的指令放到nandflash的IO BUFFers這個硬體中，之後再發一次讀指令才真正的把指令寫入nandflash中，這樣做的好處是為了降低頁的寫入時間

• 根據時序圖看過程1 

  我們通過IO1–>IO7來發送讀指令,此時nandflash如何區分到底是指令,位址,還是資料呢？ 

  很簡單: 拉高CLE, 拉低ALE ,之後拉低WE，把指令00H放到I/O總線上,當WE由電平至高電平轉變時，發生鎖存，nandflash擷取讀指令

  這個過程要注意的是: 拉高CLE是為了鎖存使能，也就是WE上升沿的時候可以鎖存成功進而使nandflash擷取指令資料,ALE拉低是為了告訴nandflash此時發的是指令資料

• 根據時序圖看過程2 

  我們通過IO1–>IO7來發送位址 

  

  上圖即我們需要傳送位址的順序，我們通過時序圖發現要傳送5次(5個周期)位址,每次的格式如上圖所示,接着分析, 當拉低CLE，拉高ALE即認為開始發送位址資訊, 之後拉低WE，将位址資訊放到總線上，之後WE上升沿鎖存，nandflash擷取位址資訊 

  之後的分析過程相信自己就能分析了， 

  注意: 

  1.根據ALE與CLE的變化來區分總線IO1->IO7上的資料type 

  2.關于位址說明:大多nandflash是以頁為機關進行讀取或者寫入的，以K9F2G08U0B為例 子，讀取一次資料最小就是2k(一頁的資料量)的資料量，這是由硬體特性決定的，但不是絕對的，比如K9F2G08U0C這一款的nandflash支援頁内的位址通路，是以我們在寫nandflash底層讀寫函數都應該以頁為機關進行讀寫 

  3.寫nandflash時，需要先擦除存儲單元, 之後在向存儲單元寫入資料,要注意的是，nandflash擦除是以block為機關,也就是說一次最少要擦除1個block即64頁的資料, 這也是硬體的限制，至于為什麼要擦除？是因為硬體的原因，使得nandflash隻能寫入0，不能寫1，是以擦除是為了讓存儲單元都變為1

• 對于發送的位址要進行一個問題的講解 

  

  上圖中A0—>A11為Column Address,對應的是頁内的偏移,問題來了, 一個頁為2k大小,理論上A0->A10就可以了，那麼為什麼多出個A11呢？别忘了，一個頁上除了2k大小的地方，還有個64Bytes的地方，要通路它的話，A0->A10地方不夠不是,是以多出了個A11,當A11為0時，nandflash也不會理會這個ECC空間(64Bytes) 剩下的A12–>A28為頁索引,因為一個塊有64個頁，是以我們把A12->A17定為頁索引, A18->A28定為塊索引,其對應關系如下圖： 

  

  這個圖很容易被人誤導， 

  比如我要發送讀取nandflash 4096這個位址的資料, 換句話講，應該是nandflash 4k資料後開始的資料，應該是第三個頁的資料(即第2頁，因為一個頁大小為2k),是以将位址傳入認為 

  第一周期應該發送：A0-A7 —>00 

  第二周期應該發送：A8-A11 —>00 

  第三周期應該發送：A12-A19 —>01 

  第四周期應該發送：A20-A27—->00 

  第五周期應該發送：A28———>00 

  

  即上圖中錯誤認為的情況，因為在我們的角度看來，是不存在A11的，是以應該是圖中下面表示正确的情況(黃色為4096的2進制)，或許說到這裡大家還是似懂非懂，那我們在簡單一點，比如從2049這個位址上取資料，在我們看來，應該是從第1頁開始取資料，但是站在nandflash發送位址周期的角度上看，其實是通路第0頁的位址(因為有A11為1，即通路64Bytes的範圍),也就是說如果把2049嚴格按照發送周期送位址的話其實通路的是第0頁64Bytes範圍中了，這不是我們所希望的，是以我們要把2049這個位址變成第1頁開始的地方，怎麼辦呢？将A11位至0，之後向後串一位即可.上圖可以慢慢體會 

  總結: 

  此 Nand Flash 位址周期共有 5 個,2 個列(Column),3個行(Row)周期,而對于對應地,我們可以看出,實際上,列位址 A0~A10,就是頁内位址,位址範圍是從0 到2047,而對出的 A11,理論上可以表示 2048~4095,但是實際上,我們最多也隻用到了2048~2011, 用于表示頁内的oob區域,其大小是 64 位元組。對應地,A12~A28,稱作頁号,頁的号碼,可以定位到具體是哪一個頁。而其中,A18~A28,表示對應的塊号,即屬于哪個塊。

我們寫程式發送位址的時候是這樣寫的：
..........
unsigned int col_add = addr & 0x7ff; //A0-->A10(column Address)
unsigned int raw_add = (addr >> 11)&0x1ffff; //A11-->A28(頁索引)

NFADDR = col_add & 0xff; //A0-A7 8位 
NFADDR = (col_add >> 8) & 0x7; //a11為0 A8-A11 3位
NFADDR = raw_add & 0xff; 
NFADDR = (raw_add >> 8) & 0xff;
NFADDR = (raw_add >> 16) & 0x1;
.....
..
           

在這裡有些人感覺很奇怪，表格裡rows明明是從A12開始的可是程式裡raw_add= (addr >> 11)&0x1ffff，隻向由移11位，不是應該addr >> 12嗎？ 

最關鍵的地方到了，你别忘了，我們在存放資料的時候，資料裡面不包括ECC資訊，也就是說在我們自己看來nandflash頁大小就是2K。比如說我往nand的0x0位址存了0x800(2KB)大小資料，接下來，如果我們再存資料就繼續從0x800的位址開始存，在這裡你跳過前一頁的ECC部分了嗎？很明顯沒有，理論上前一頁占了0x1000(4KB)大小，我們應該從0x1000開始存接下的資料，可是，我們實際上不會這麼幹，我們忽略ECC占的空間，我們認為一頁大小就是2KB。

是以在我們看來nandflash位址就是這樣的： 

nand位址=(rows：A27-A11)(columns：A10-A0) 

接受到位址後，在發送位址時，我們是這麼幹的，把A0-A10取出來，再添上一位A11=0，，然後把A11-A27取出來，對應A12-A28發過去，這樣就實作了在發送位址時跳過每一頁的ECC部分，但在使用者看來每一頁大小還是2KB，這裡有些繞，但是好好想一想還是能想清楚的。實在了解不了可以這麼想,位址2049，應該是第1頁開始位址，如果要通路第1頁開始的位址，那麼位址如何發？是以轉換關系為: 2096—>第1頁開始—>轉換為5個周期位址

• 關于nandflash的寫擦除時序,與讀的過程都大同小異，這裡貼出datasheet中寫時序，擦除時序圖，友善以後查閱
• 寫時序 

  

  可以看到除了指令之外，其餘與讀時序基本差不多
• 擦除block時序 

  

  如圖可知，擦除的時序以block為機關，發送的位址 Row Add1後的三個位址

轉自：https://blog.csdn.net/mxgsgtc/article/details/72272932