SAM4E单片机之旅——16、NAND Flash读写

这次大概介绍了一下NAND Flash，以及在ASF中使用它的方法。

一、 接线

这个开发板搭载了一个256 MB，8位的NAND Flash（MT29F2G08ABAEA）。引脚接线如下：

偷个懒，直接上引脚复用的图。其中PC14表明该NAND FLASH需要作为SMC的外设0使用。通过使用NANDOE和NANDWE引脚说明需要使用芯片的NAND Flash控制逻辑。另外，PC18复用为输入引脚，用以查询芯片的状态。

二、 NAND Flash

• 组织结构与寻址

  NAND Flash的容量较大。整片Flash分为若干个块（Block），每个Block分为若干个页（Page）。在每个页中，除了数据区域，也包含若干“多余”的区域，用来进行ECC等操作。在进行擦除操作是，基本单位是“块”；而编程的基本单位是“页”。

  另外，NAND Flash的物理特性决定了其在编程时，每个bit只能从1变成0。所以在写入前，必须先对该块进行擦除（擦除时把所有位置为1）。

  该Flash的结构如下（忽略plane）：

  

  在寻址时，是通过行地址和列地址指定储存单元的。其中行地址表示页的编号，列地址表示指定在目标地址在该页的位置。

• 读写时序

  因为没有地址线，所以读写较为复杂。读写时，需要先发送相应操作命令，然后发送地址，才能进行数据传输。一个简单的“页读取”操作时序图如下：

  

  该命令首先拷贝整个页到NAND Flash的cache寄存器中，然后在需要输出的时候，再从指定的列地址开始输出。

  PS，该NAND Flash支持在上电的时候自动送出第一页的数据，所以经过适当的配置，也是可以通过它进行Boot的。

• CE# Don’t Care

  在给NAND Flash发送完命令后，Flash需要一个准备的过程。在这个过程中，需要保持片选信号的有效。（据说否则Flash就会进入低功耗状态）

  一个简单的方法是使用GPIO直接控制这个引脚。在ASF中使用的即是这个方法。

  另外的方法即是使用Flash的“CE# Don’t Care”功能。开启这个功能后，即使片选无效，Flash也会进行工作。这样做的好处是不用再手动控制片选信号线外；同时可以在Flash进行内部操作时，可以进行其他的片选。比如在一块Flash忙时，可以给另外一块Flash发送命令。但是，开启这个功能可能会增加Flash的功耗。

三、 ASF中NAND Flash使用

1. 准备

   在ASF Wizard中添加“NAND Flash on EBI”模块。

   在conf_board.h中进行如下声明，记得调用board_init()：

   #define CONF_BOARD_NAND

2. Flash 初始化

   在board_init()之后，调用nand_flash_raw_initialize() 即可完成NAND Flash的初始化工作。

   struct nand_flash_raw nf_raw;
   memset((void*)&nf_raw, 0, sizeof(nf_raw));
   
   // Init NAND Flash, and get informations into nf_raw
   if (nand_flash_raw_initialize(&nf_raw, 0,
   	BOARD_NF_COMMAND_ADDR, BOARD_NF_ADDRESS_ADDR, 	BOARD_NF_DATA_ADDR)) {
   	MainExit();
   }

   该函数中，会对SMC和若干引脚进行配置；同时对Bus matrix进行设置，以使用芯片提供的NAND Flash逻辑功能。

   然后会对NAND Flash进行重置。接着就会读取该Flash的ID，并根据该ID检测Flash的参数，如page大小，block数目等。

3. 基本操作

   在nand_flash_raw.h中还提供了一些比较基础的操作。

   以下代码对所有的块进行擦除，若在擦除中碰到错误，则打印出来（这里printf会通过UART0口打印，以后有机会会说怎么实现）:

   // Get NAND's information from nf_raw
   const struct nand_flash_model* nf_mod = &(nf_raw.model);
   int num_block = nand_flash_model_get_device_size_in_blocks(nf_mod);
   // Erase all block
   printf("Erasing NAND Flash...\n\r");
   int error;
   for (int i = 0; i < num_block; i++) {
   	error = nand_flash_raw_erase_block(&nf_raw, i);
   
   	if (error == NAND_COMMON_ERROR_BADBLOCK) {
   		printf("-E- Block %u is BAD block. \n\r", i);
   	}
   }

   还有page的写入、读取和拷贝等操作就不一一列举了……