如何实现nand flash的读，写，擦除 *** 作

Fisrt part ：

NAND flash和NOR flash的不同

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口来穿行地存取数据。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。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的写桐团余入速度比NOR快很多。

● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

● 大多数写入 *** 作需要先进行擦除 *** 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 *** 作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和或蠢NOR器件在进行写入和擦除 *** 作时都需要MTD。

---------摘抄自网上流传很广的《NAND 和 NOR flash的区别》

Second part：

NAND Flash结构与驱动分析

一、NAND flash的物理组成

NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell，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。这些Line会再组成Page，(NAND Flash 有多种结构，我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M)，每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(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。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096个block，故总容量为4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB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以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：

Column Address：Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址，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，数据宽度是8位。

二、NAND Flash地址的表示

512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的局滚NAND，这512byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register，各自的访问由地址指针命令来选择，A[7:0]就是所谓的column address（列地址），在进行擦除 *** 作时不需要它，why？因为以块为单位擦除。32个page需要5bit来表示，占用A[13:9]，即该page在块内的相对地址。A8这一位地址被用来设置512byte的1st half page还是2nd half page，0表示1st，1表示2nd。Block的地址是由A14以上的bit来表示。

例如64MB（512Mb）的NAND flash（实际中由于存在spare area,故都大于这个值），共4096block，因此，需要12个bit来表示，即A[25:14]，如果是128MB(1Gbit) 的528byte/page的NAND Flash，则block address用A[26:14]表示。而page address就是blcok address|page address in block NAND Flash 的地址表示为： Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address 地址传送顺序是Column Address,Page Address,Block Address。

由于地址只能在I/O[7:0]上传递，因此，必须采用移位的方式进行。 例如，对于512Mbit x8的NAND flash，地址范围是0~0x3FF_FFFF，只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。 以NAND_ADDR 为例：

第1 步是传递column address，就是NAND_ADDR[7:0]，不需移位即可传递到I/O[7:0]上，而halfpage pointer即A8 是由 *** 作指令决定的，即指令决定在哪个halfpage 上进行读

写，而真正的A8 的值是不需程序员关心的。

第2 步就是将NAND_ADDR 右移9位，将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上；

第3 步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上；

第4步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O上；

因此，整个地址传递过程需要4 步才能完成，即4-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是32MB（256Mbit）以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此寻址只需要3步。

下面，就x16 的NAND flash 器件稍微进行一下说明。 由于一个page 的main area 的容量为256word，仍相当于512byte。但是，这个时候没有所谓的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了，所以，bit8就变得没有意义了，也就是这个时候 A8 完全不用管，地址传递仍然和x8 器件相同。除了，这一点之外，x16 的NAND使用方法和 x8 的使用方法完全相同。

三、NAND flash驱动解读

以前由于做移植多一些，那些工作很简单（现在看来），从来都不用去关心驱动里面到底怎么实现的，这几次面试才发现真的是学的太浅了，似乎我还在学习仰泳而那些牛人基本都属于潜水级的了，潜的不知有多深。我对照着开发板所带的NAND flash驱动和k9f1208的芯片资料把这些代码通读了一遍，终于明白了NAND flash的读写过程是如何实现的了。我所参考的驱动是mizi公司为三星芯片所写的，我看看了，大概和官方2.4.18内核的nand.c差不多。

在s3c2410处理器中有专门的NAND flash控制器，他们位于SFR区，具体可以参看s3c2410用户手册。以下的这些代码均可以在vivi或者kernel里面找到，文中会标明程序出自何处。在vivi中，有关NAND flash的驱动都在driver/mtd/nand/下，该目录中包含的源文件：smc_core.c是NAND flash的主要驱动。

NAND flash 芯片定义了一个很长的结构，这个结构中包含了 *** 作NAND flash的函数和一些必要的变量（include/mtd/nand.h）。

struct nand_chip {

#ifdef CONFIG_MTD_NANDY

void (*hwcontrol)(int cmd)

void (*write_cmd)(u_char val)

void (*write_addr)(u_char val)

u_char (*read_data)(void)

void (*write_data)(u_char val)

void (*wait_for_ready)(void)

int page_shift

u_char *data_buf

u_char *data_cache

intcache_page

struct nand_smc_dev *dev

u_char spare[SMC_OOB_SIZE]

#else

……

#ifdef CONFIG_MTD_NAND_ECC

u_char ecc_code_buf[6]

u_char reserved[2]

#endif

#endif

}

纵观对NAND flash的各种 *** 作（read、write、erase），无外乎如下几种 *** 作：

1．选择flashnand_select()

2．发送命令 nand_command()

3．进行相应 *** 作 read，write……

4．反选NAND flash nand_deselect()

下面是以上四步的实现代码：

1、选择NAND flash

#define nand_select() this->hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE)\

nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1)\

udelay (10)

hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE)的作用是设置2410的NAND FLASH CONFIGURATION (NFCONF) REGISTER的NAND Flash Memory chip enable位为0，这位寄存器在自动重启后就被系统自动清零。如果要访问NAND flash的内存，这位必须置1。

nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1)；向flash发送命令，此命令为reset，即为重置NAND flash。

然后是10us的延迟，给flash个反应时间。

2、发送命令

Nand_command()同样在smc_core.c中实现。NAND flash的命令有如下几种：

命令 命令值描述

NAND_CMD_READ00读 *** 作

NAND_CMD_READ11读 *** 作

NAND_CMD_PAGEPROG0x10页编程 *** 作

NAND_CMD_READOOB0x50读写OOB

NAND_CMD_ERASE1 0x60读写 *** 作

NAND_CMD_STATUS0x70读取状态

NAND_CMD_STATUS_MULTI0x71读取状态

NAND_CMD_SEQIN0x80写 *** 作

NAND_CMD_READID0x90读Flash ID号

NAND_CMD_ERASE2 0xd0擦写 *** 作

NAND_CMD_RESEToxff复位 *** 作

按照程序的注释，可以将该函数的实现分为如下几步：

1、Begin command latch cycle

实现代码：

this->hwcontrol(NAND_CTL_SETCLE)

this->hwcontrol(NAND_CTL_DAT_OUT)

找到第二条语句的定义，发现什么都么做，不解!!希望达人解答。我猜想可能是一个数据读出的使能 *** 作，允许数据读出。

Command Latch Enable(CLE) and Address Latch Enable(ALE) are used to multiplex command and address respectively, via the I/O pins. The CLE input controls the path activation for commands sent to the command register. When active high, commands are latched into the command register through the I/O ports on the rising edge of the nWE signal. 看了这段英文相信对第一条语句的作用已经十分清楚了，他就是用来控制向命令寄存(COMMAND SET (NFCMD) REGISTER)发送命令的。

2、 Write out the command to the device

这部分对于不同的命令来说， *** 作的步骤也不太相同，如果为写 *** 作，那么还有根据flash不同的容量决定 *** 作步骤，具体可以参看代码。如果为其他命令，那么就是简单的一行：

this->write_cmd (command)

将命令直接想到命令寄存器（NFCMD[7:0]）中。

3、 Set ALE and clear CLE to start address cycle &Serially input address

1中已经提到了ALE和CLE的作用，现在开始发送地址。

实现代码：

this->hwcontrol(NAND_CTL_CLRCLE)// clear the command latch enable

this->hwcontrol(NAND_CTL_SETALE)// set the address latch enable

然后按位 *** 作，是用函数write_addr()将地址写到NAND FLASH ADDRESS SET (NFADDR) REGISTER中。

4、 Latch in address

实现代码：

this->hwcontrol(NAND_CTL_CLRALE)

this->hwcontrol(NAND_CTL_DAT_IN)

地址发送完毕，清楚ALE。

5、 Pause for 15us

我使用的VIVI中，使用udelay (15)延时15us，但这个时间会因NAND Flash的不同而不同。

三、Operation

根据函数的不同， *** 作部分会不一样，但是主要的是对NAND FLASH DATA (NFDATA) REGISTER的 *** 作，或写（编程）或者读。通过读或写函数的参数来返回或传递读出的值或写入的值。写得 *** 作通常比较麻烦，他要将写到flash的内容重新读出后进行ECC校验，如果数据正确则在重新真正的写（编程），如果错误，则将数据写入flash的另一个块。读和写都是以页为单位进行 *** 作。而擦除则以块为单位，三个周期发送完地址。擦除完毕后同样需要进行检察以确定是否擦除成功。

四、De-select the NAND device

实现代码：

#define nand_deselect() this->hwcontrol(NAND_CTL_CLRNCE)

反选flash吧，不知这样叫正确与否，跟select the NAND device相反，亦即使用完后将使能flash位清0，代码是NFCONF位于0x4e00_0000的位置（NFCONF |= NFCONF_nFCE_HIGH），有兴趣的可以读读代码，看看这是怎么实现的，我的感觉就是关于寄存器的清置读起来都比较晕。

基于三星K8F2G08U0M存储芯片的读写 *** 作，如命令、地址、数据的读写时序，读芯片ID、页读、页写、随机读、随机写，坏块的检测、标记及处理。

（1）写命令子函数

void Write_Command(unsigned char Com)

{

FLASH_CLE = 1

FLASH_ALE = 0

FLASH_WE = 0

XBYTE[XP] = Com

FLASH_WE = 1

}

（2）写地址子函数

void Write_Address(unsigned char Addr)

{

FLASH_CLE = 0

FLASH_ALE = 1

FLASH_WE = 0

XBYTE[XP] = Addr

FLASH_WE = 1

}

（3）写数据子函数

void Write_Data(unsigned char dat)

{

FLASH_CLE = 0

FLASH_ALE = 0

FLASH_RE = 1

FLASH_WE = 0

XBYTE[XP] = dat

FLASH_WE = 1

}

（4）读数据子函数

unsigned char Read_Data(void)

{

unsigned char dat

FLASH_CLE = 0

FLASH_ALE = 0

FLASH_WE = 1

FLASH_RE = 0

dat = XBYTE[XP]

FLASH_RE = 1

return dat

}

(5) 读ID函数

FLASH_CEN = 0 //读ID

Write_Command(0x90)

Write_Address(0x00)

AA1 = Read_Data() //0xEC

AA2 = Read_Data() //0xDA

AA3 = Read_Data() //无所谓

AA4 = Read_Data()

FLASH_CEN = 1

通过flash驱动提供接口进行读写，而且flash的读写不是你想的可以按字节来读，而是按flash的pagesize大小来的，而且擦除只能按block擦除

一般通用的可以使用mtdutils这个软件包交叉编携孙译，它有提供nanddump nandtest nandwrite等命令

从flash读取到内存的数值是没有格式的，只能按照起始地址和长度读取二进制，你需要对这段内存值进行碰岁强辩吵链制格式转换，然后就可以打印出你需要的值了

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