本章目標：
1) 了解NAND Flash芯片的接口
2) 掌握通過(guò)NAND Flash控制器訪(fǎng)問(wèn)NAND Flash的方法
u Flash介紹
常用的Flahs類(lèi)型有NOR Flash和NAND Flash兩種。NOR Flash由Intel公司在1988年發(fā)明，以替代當時(shí)在市場(chǎng)上占據主要地位的EPROM和E2PROM。NAND Flash由Toshiba公司在1989年發(fā)明的。
NOR Flash支持XIP，即代碼可以直接在NOR Flash上執行，無(wú)需復制到內存中。這是由于NOR Flash的接口與RAM完全相同，可以隨機訪(fǎng)問(wèn)任意地址的數據。在NOR Flash上進(jìn)行讀操作的效率非常高，但是擦除和寫(xiě)操作的效率非常低。另外，NOR Flash的容量一般比較小，NAND Flash進(jìn)行擦除和寫(xiě)操作的效率更高，并且容量更大。一般頁(yè)言，NOR Flash用于存儲程序，NAND Flash用于存儲數據?；?/span>NAND Flash的設備通常也要搭配NOR Flash以存儲程序。
Flash存儲器件由擦除單元（也稱(chēng)為塊）組成，當要寫(xiě)某個(gè)塊時(shí)，需要確保這個(gè)塊已經(jīng)被擦除。NOR Flash的塊大小范圍為64KB - 128KB；NAND Flash的塊大小范圍為8KB - 64KB，擦/寫(xiě)一個(gè)NOR Flash塊需要4s，而擦/寫(xiě)一個(gè)NAND Flash塊僅需要2ms，NOR Flash的塊太大，不僅增加了擦寫(xiě)時(shí)間，對于給定的寫(xiě)操作，NOR Flash也需要更多的擦除操作——特別是小文件，比如一個(gè)文件只有1KB，但是為了保存它卻需要擦除大小為64KB-128KB的NOR Flash塊。
NOR Flash的接口與RAM完全相同，可以隨意訪(fǎng)問(wèn)任意地址的數據。而NAND Flash的接口僅僅包含幾個(gè)I/O引腳，需要串行地訪(fǎng)問(wèn)。NAND Flash一般以512字節為單位進(jìn)行讀寫(xiě)。這使得NOR Flash適合于運行程序，而NAND Flash更適合存儲數據。
容量相同的情況下，NAND Flash的體積更小，對于空間有嚴格要求的系統，NAND Flash可以節省更多的空間。
對于Flash存儲器件的可靠性需要考慮3點(diǎn)：位反轉、壞塊和可擦除次數。所有Flash器件都遭遇位反轉的問(wèn)題：由于Flash固有的電器特性，在讀寫(xiě)數據過(guò)程中，偶然會(huì )產(chǎn)生一位或幾位的數據錯誤（這種概率很低），而NAND Flash出現的概率遠大于NOR Flash。當位反轉發(fā)生在關(guān)鍵代碼或數據上時(shí)，有可能導致系統崩潰。當僅僅是報告位反轉，重新讀取即可；如果確實(shí)發(fā)生了位反轉，則必須有相應的錯誤檢測和恢復措施。在NAND Flash上發(fā)生位反轉的概率更高，推薦使用EDC/ECC進(jìn)行錯誤檢測和恢復。NAND Flash上會(huì )有壞塊隨機分布，在使用前需要將壞塊掃描出來(lái)，確保不再使用它們，否則會(huì )使產(chǎn)品含有嚴重的故障。NAND Flash每塊的可擦除次數通常在100000次左右，是NOR Flash的10倍。另外，因為NAND Flashr的塊大小通常是NOR Flash的1/8，所以NAND Flash的壽命遠遠超過(guò)NOR Flash。
嵌入式Linux對NOR、NAND Flash的軟件支持都很成熟。在NOR Flash上常用jffs2文件系統，而在NAND Flash上常用yaffs文件系統。在更底層，有MTD驅動(dòng)程序實(shí)現對它們的讀、寫(xiě)、擦除操作，它也實(shí)現了EDC/ECC校驗。
u NAND Flash訪(fǎng)問(wèn)方法
K
命令、地址、數據都是通過(guò)8個(gè)I/O口輸入/輸出，這種形式減少了芯片的引腳個(gè)數，并使得系統很容易升級到更大的容量。寫(xiě)入命令、地址和數據時(shí)，都需要將WE#、CE#信號同時(shí)拉低。數據在WE#信號的上升沿被NAND Flash鎖存：命令鎖存信號CLE、地址鎖存信號ALE用來(lái)分辨、鎖存命令或地址。K
NAND Flash與S
操作NAND Flash時(shí)，先傳輸命令，然后傳輸地址，最后讀/寫(xiě)數據，期間要檢查Flash的狀態(tài)。對于K
K
u 下面講解表8.2的命令字
（1）Read 1：命令字為00h或01h
發(fā)出命令00h或01h后，就選定了讀操作是從A區還是B區開(kāi)始。從表8.3可知，列地址A0 - A7可以尋址的范圍是256字節，命令00h和01h使得可以在512字節大小的頁(yè)內任意尋址——這相當于A8被命令00h設為0，而被命令01h設定為1。
發(fā)出命令字后，依據表8.3發(fā)出4個(gè)地址序列，然后就可以檢測R/nB引腳以確定Flash是否準備好。如果準備好，就可以發(fā)起讀操作依次讀入數據。
（2）Read 2：命令字為50h
與Read 1命令字類(lèi)似，不過(guò)讀取的是C區數據，操作序列為：發(fā)出命令字50h、發(fā)出4個(gè)地址序列、等待R/nB引腳為高，最后讀取數據。不同的是，地址序列中A0 - A3用于設定C區（大小為16字節）要讀取的起始地址，A4 - A7被忽略。
（3）Read ID：命令字為90h
發(fā)出命令字90h，發(fā)出4個(gè)地址序列（都設定為0），然后就可以連續讀入5個(gè)數據，分別表示廠(chǎng)商代碼（對一SAMSUNG公司為Ech）、設備代碼（對于K
（4）Reset：命令字為FFh
發(fā)出命令字FFh即可以復位NAND Flash芯片。如果芯片正處于讀、寫(xiě)、擦除狀態(tài)，復位命令會(huì )終止這些命令。
（5）Page Program(True)：命令字分兩個(gè)階段，80h和10h
NAND Flash的寫(xiě)操作一般是以頁(yè)為單位的，但是可以只寫(xiě)一頁(yè)中的一部分。發(fā)出命令字80h后，緊接著(zhù)是4個(gè)地址序列，然后向Flash發(fā)送數據（最大可以達到528字節），然后就可以通過(guò)讀狀態(tài)命令70h獲知當前寫(xiě)操作是否完成、是否成功。
（6）Page Program(Dummy)：命令字分兩階段，80h和11h
NAND Flash K
命令Page Program(Dummy)正是在這種結構下對命令Page Program(True)的擴展，后者僅能對一頁(yè)進(jìn)行寫(xiě)操作，前者可以同時(shí)寫(xiě)4頁(yè)。
發(fā)出命令字80h、4個(gè)地址序列及最多528字節的數據之后，發(fā)出命令字11h（11h稱(chēng)為“Dummy Page Program command”，相對地，10h被稱(chēng)為“True Page Program Command”）；接著(zhù)對相鄰層（plane）上的頁(yè)進(jìn)行同樣的操作；僅在第4頁(yè)的最后使用10h替代11h，這樣即可啟動(dòng)Flash內部的寫(xiě)操作。此時(shí)可以通過(guò)命令71h獲知這些寫(xiě)操作是否完成、是否成功。
（7）Copy-Back Program(True)：命令字分為3個(gè)階段，00h、8Ah、10h。
此命令用于將一頁(yè)復制到同一層（plane）內的另一頁(yè)，它省略了讀出數據源，新數據重新載入Flash，這使得效率大為提高。此命令有兩個(gè)限制：源頁(yè)、目的頁(yè)必須在同一個(gè)層（plane）中，并且源地址、目的地址的A14和A15必須相同。
首先發(fā)出命令Read 1(00h)、4個(gè)源地址序列，此時(shí)源頁(yè)的528字節數據很快就被讀入內部寄存器中；接著(zhù)發(fā)出命令字8Ah(Page-Copy Data-input command)，隨之發(fā)出4個(gè)目的地址序列；最后發(fā)出命令字10h啟動(dòng)對目的頁(yè)的寫(xiě)操作。此后可以使用命令70h來(lái)查看此操作是否完成，是否成功。
（8）Copy-Back Program(Dummy)：命令字分3個(gè)階段，03h、8Ah、11h。
與命令Page Program(Dummy)類(lèi)似，Copy-Back Program(Dummy)可以同時(shí)啟動(dòng)對多達4個(gè)連續plane內的Copy-Back Program操作。
首先發(fā)出命令字00h、源頁(yè)地址，這使得源頁(yè)的528字節數據被讀入所在plane的寄存器；對于隨后的其它plane的源頁(yè)，發(fā)出命令字03h的相應的源頁(yè)地址將數據讀入該plane的寄存器；按照前面說(shuō)明讀出最多4個(gè)頁(yè)的數據到寄存器后，發(fā)出命令字8Ah、目的地址、命令字11h，在發(fā)出最后一頁(yè)的地址后，用10h代替11h以啟動(dòng)寫(xiě)操作。
（9）Block Erase：命令字分3個(gè)階段，60h、D0h。
此命令用于擦除NAND Flash塊（block，大小為16KB）。發(fā)出命令字60h之后，發(fā)出block地址——僅需要3個(gè)地址序列，并且A9 - A13被忽略。
（10）Multi-Plane Block Erase：60h ------60h D0h
此命令用于同時(shí)擦除不同plane中的塊。發(fā)出命令字60h之后，緊接著(zhù)發(fā)出block地址序列，如此最多可以發(fā)出4個(gè)block地址，最后發(fā)出命令字D0h啟動(dòng)擦除操作。
（11）讀狀態(tài)命令有以下兩種：
1、Read Status：命令字為70h
2、Read Multi-P;ane Status：命令字為71h
Flash中有狀態(tài)寄存器，發(fā)出命令字70h或者71h之后，啟動(dòng)讀操作即可讀入此寄存器。
u S
NAND Flash控制器提供幾個(gè)寄存器來(lái)簡(jiǎn)化對NAND Flash的操作，比如要發(fā)出讀命令時(shí)，只需要往NFCMD寄存器中寫(xiě)入0即可，NAND Flash控制器會(huì )自動(dòng)發(fā)出各種控制信號。
1、操作方法概述
訪(fǎng)問(wèn)NAND Flash時(shí)需要先發(fā)出命令，然后發(fā)出地址序列，最后讀/寫(xiě)數據；需要使用各種使能信號來(lái)分辨是命令、地址還是數據。S
NAND Flash的讀寫(xiě)操作次序如下：
（1）設置NFCONF（對于S
（2）向NFCMD寄存器寫(xiě)入命令，這些命令可以參考表8.2。
（3）向NFADDR寄存器寫(xiě)入地址。
（4）讀/寫(xiě)數據：通過(guò)寄存器NFSTAT檢測NAND Flash的狀態(tài)，在啟動(dòng)某個(gè)操作后，應該檢測R/nB信號以確定該操作是否完成、是否成功。
下面講解這些寄存器的功能和用法：
（1）NFCONF：NAND Flash配置寄存器
這個(gè)寄存器在S
S
（2）NFCONT：NAND Flash控制寄存器，S
被用來(lái)使能/禁止NAND Flash控制寄存器，使能/禁止控制引腳信號nFCE、初始化ECC。它還有其它功能，在一般的應用中用不到，比如鎖定NAND Flash。
（3）NFCMD：NAND Flash命令寄存器
對于不同型號的Flash，操作命令一般不一樣。對于本板使用的K
（4）NFADDR：NAND Flash地址寄存器。
當寫(xiě)這個(gè)寄存器時(shí)，它將對Flash發(fā)出地址信號。
（5）NFDATA：NAND Flash數據寄存器。
只用到低8位，讀、寫(xiě)此寄存器將啟動(dòng)對NAND Flash的讀數據、寫(xiě)數據操作。
（6）NFSTAT：NAND Flash狀態(tài)寄存器
只用到位0，0：busy，1：ready
u NAND Flash控制器操作實(shí)例，讀Flash
本實(shí)例講述如何讀取NAND Flash，擦除、寫(xiě)Flash的操作與讀Flash類(lèi)似，讀者可以自行編寫(xiě)程序。
讀NAND Flash的步驟，假設讀地址為addr
（1）設置NFCONF（對于S
本章實(shí)例中設為0x9830——使能NAND Flash控制器、初始化ECC、NAND Flash片選信號nFCE=1(inactive，真正使用時(shí)再讓它等于0)，設置TACLS = 0，TWRPH0 = 3，TWRPH1 = 0。這些時(shí)序參數的含義為：TSCLS=1個(gè)HCLK時(shí)鐘，TWRPH0 = 4個(gè)HCLK時(shí)鐘，TWRPH1=1個(gè)HCLK時(shí)鐘。
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