NandFlash K9F1208U0A/ K9F1208U0B的读取操作

 

    我的板子上使用的是SAMSUNG的K9F1208U0B，下面我将对此型号的NandFLASH读取操作做一个讲解。
首先我们先从物理结构上来了解这颗芯片，结构图如下所示

    正如硬盘的盘片被分为磁道，每个磁道又被分为若干扇区，一块Nand FLASH被分为若干Block,每个Block又被分为若干Page。
由上图我们可以知道FLASH中Byte(字节)，Page(页),Block（块）3个单位之间的关系为

1 Page =512 Bytes Data Field+ 16 Bytes Spare Field
1 Blcok=32 Pages

我们讨论的K9F1208U0B总共有4096 个Blocks，故我们可以知道这块FLASH的容量为

 

4096 *(32 *528)= 69206016 Bytes = 66 MB

但事实上每个Page上的最后16Bytes是用于存贮检验码用的，并不能存放实际的数据，所以实际上我们可以操作的芯片容量为

4096 *(32 *512) = 67108864 Bytes = 64 MB

    由上图所示，1个Page总共由528 Bytes组成，这528个字节按顺序由上而下以列为单位进行排列（1列代表一个Byte。第0行为第0 Byte ，第1行为第1 Byte，以此类推，每个行又由8个位组成，每个位表示1个Byte里面的1bit）。这528Bytes按功能分为两大部分，分别是Data Field和Spare Field，其中Spare Field占528Bytes里的16Bytes,这16Bytes是用于在读写操作的时候存放校验码用的，一般不用做普通数据的存储区，除去这16Bytes,剩下的512Bytes便是我们用于存放数据用的Data Field，所以一个Page上虽然有528个Bytes，但我们只按512Bytes进行容量的计算。
Data Field按位置关系又可分为两个部分，分别称为1st half与2nd half，每个half各占256个bytes。或许你会感到纳闷，为什么要把DataField分为两个部分？把他们看做一个整体进行操作不就好了吗？呵呵，凡事都有因果关系，这么分块自然有它的道理所在，但现在还不是告诉你答案的时候。我们还是先讨论一下它的操作吧。
    对K9F1208U0B的操作是通过向Nand FLASH命令寄存器（对于S3C2410来说此寄存器为NFCMD，内存映射地址为0x4e000004）发送命令队列进行的，为什么说是命令队列？就是因为要完成某个操作的时候发送的不是一条命令，而是连续几条命令或是一条命令加几个参数
下面是K9F1208U0B的操作命令集：

读命令有两个，分别是 Read1,Read2其中Read1用于读取Data Field的数据，而Read2则是用于读取Spare Field的数据。对于Nand FLASH来说，读操作的最小操作单位为Page，也就是说当我们给定了读取的起始位置后，读操作将从该位置开始，连续读取到本Page的最后一个Byte为止（可以包括Spare Field）
Nand FLASH的寻址
Nand FLASH的地址寄存器把一个完整的Nand FLASH地址分解成Column Address与Page Address.进行寻址
Column Address: 列地址。Column Address其实就是指定Page上的某个Byte，指定这个Byte其实也就是指定此页的读写起始地址。
Page Address：页地址。由于页地址总是以512Bytes对齐的，所以它的低9位总是0。确定读写操作是在FLASH上的哪个页进行的。
Read1命令
当我们得到一个Nand FLASH地址src_addr时我们可以这样分解出Column Address和Page Address

column_addr=src_addr%512;      // column address
page_address=(src_addr>>9);    // page address

    也可以这么认为，一个Nand FLASH地址的A0~A7是它的column_addr，A9~A25是它的Page Address。(注意地址位A8并没有出现，也就是A8被忽略，在下面你将了解到这是什么原因)
Read1命令的操作分为4个Cycle，发送完读命令00h或01h（00h与01h的区别请见下文描述）之后将分4个Cycle发送参数，1st.Cycle是发送Column Address。2nd.Cycle ,3rd.Cycle和4th.Cycle则是指定Page Address（每次向地址寄存器发送的数据只能是8位，所以17位的Page Address必须分成3次进行发送）。
4个Cycle见下图所示

    你是否还记得我上文提到过的Data Field被分为1st half 和2end half两个部分？而从上面的命令集我们看到Read1的命令里面出现了两个命令选项，分别是00h和01h。这里出现了两个读命是否令你意识到什么呢？是的，00h是用于读写1st half的命令，而01h是用于读取2nd half的命令。现在我可以结合上图给你说明为什么K9F1208U0B的DataField被分为2个half了。
    如上文我所提及的，Read1的1st.Cycle是发送Column Address，假设我现在指定的Column Address是0，那么读操作将从此页的第0号Byte开始一直读取到此页的最后一个Byte(包括Spare Field)，如果我指定的Column Address是127，情况也与前面一样，但不知道你发现没有，用于传递Column Address的数据线有8条（I/O0~I/O7，对应A0~A7，这也是A8为什么不出现在我们传递的地址位中），也就是说我们能够指定的Column Address范围为0~255，但不要忘了，1个Page的DataField是由512个Byte组成的，假设现在我要指定读命令从第256个字节处开始读取此页，那将会发生什么情景？我必须把Column Address设置为256，但Column Address最大只能是255，这就造成数据溢出。。。正是因为这个原因我们才把Data Field分为两个半区，当要读取的起始地址（Column Address）在0~255内时我们用00h命令，当读取的起始地址是在256~511时，则使用01h命令.假设现在我要指定从第256个byte开始读取此页，那么我将这样发送命令串
column_addr=256;
NF_CMD=0x01;                 从2nd half开始读取
NF_ADDR=column_addr&0xff;            1st Cycle
NF_ADDR=page_address&0xff;           2nd.Cycle
NF_ADDR=(page_address>>8)&0xff;      3rd.Cycle
NF_ADDR=(page_address>>16)&0xff;     4th.Cycle

    其中NF_CMD和NF_ADDR分别是NandFLASH的命令寄存器和地址寄存器的地址解引用，我一般这样定义它们，
#define rNFCMD   (*(volatile unsigned CHAR *)0x4e000004)   //NADD FLASH command
#define rNFADDR  (*(volatile unsigned CHAR *)0x4e000008)   //NAND FLASH address
    事实上，当NF_CMD=0x01时，地址寄存器中的第8位（A8）将被设置为1（如上文分析，A8位不在我们传递的地址中，这个位其实就是硬件电路根据01h或是00h这两个命令来置高位或是置低位），这样我们传递column_addr的值256随然由于数据溢出变为1，但A8位已经由于NF_CMD=0x01的关系被置为1了，所以我们传到地址寄存器里的值变成了
A0    A1   A2   A3   A4    A5   A6   A7   A8
1     0    0    0    0     0    0    0    1
这8个位所表示的正好是256，这样读操作将从此页的第256号byte（2nd half的第0号byte）开始读取数据。
Read2
Read2则是指定读取Spare Field的内容
其实Read1和Read2都是读命令，他们的区别相当于对一个读指针进行不同区域的定位。如图所示
nand_FLASH.c中包含3个函数
void nf_reset(void);
void nf_init(void);
void nf_read(unsigned int src_addr,unsigned  CHAR *desc_addr,int size);

nf_reset()将被nf_init()调用。
nf_init()是nand_FLASH的初始化函数，在对nand FLASH进行任何操作之前，nf_init()必须被调用。
nf_read(unsigned int src_addr,unsigned  CHAR *desc_addr,int size);为读函数，src_addr是nand FLASH上的地址，desc_addr是内存地址，size是读取文件的长度。
在nf_reset和nf_read函数中存在两个宏
NF_nFCE_L();
NF_nFCE_H();
    你可以看到当每次对Nand FLASH进行操作之前NF_nFCE_L()必定被调用，操作结束之时NF_nFCE_H()必定被调用。这两个宏用于启动和关闭FLASH芯片的工作（片选/取消片选）。
至于nf_reset()中的
rNFCONF=(1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0);
 

    这一行代码是对NandFLASH的控制寄存器进行初始化配置,rNFCONF是Nand FLASH的配置寄存器，各个位的具体功能请参阅S3C2410数据手册。
    现在举一个例子，假设我要从Nand FLASH中的第5000字节处开始读取1024个字节到内存的0x30000000处，我们这样调用read函数
nf_read(5000, 0x30000000,1024);