本章目标：
1) 了解NAND Flash芯片的接口
2) 掌握通过NAND Flash控制器访问NAND Flash的方法
u Flash介绍
常用的Flahs类型有NOR Flash和NAND Flash两种。NOR Flash由Intel公司在1988年发明，以替代当时在市场上占据主要地位的EPROM和E2PROM。NAND Flash由Toshiba公司在1989年发明的。
NOR Flash支持XIP，即代码可以直接在NOR Flash上执行，无需复制到内存中。这是由于NOR Flash的接口与RAM完全相同，可以随机访问任意地址的数据。在NOR Flash上进行读操作的效率非常高，但是擦除和写操作的效率非常低。另外，NOR Flash的容量一般比较小，NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高，并且容量更大。一般页言，NOR Flash用于存储程序，NAND Flash用于存储数据。基于NANDFlash的设备通常也要搭配NOR Flash以存储程序。
Flash存储器件由擦除单元（也称为块）组成，当要写某个块时，需要确保这个块已经被擦除。NOR Flash的块大小范围为64KB - 128KB；NAND Flash的块大小范围为8KB - 64KB，擦/写一个NOR Flash块需要4s，而擦/写一个NAND Flash块仅需要2ms，NOR Flash的块太大，不仅增加了擦写时间，对于给定的写操作，NOR Flash也需要更多的擦除操作——特别是小文件，比如一个文件只有1KB，但是为了保存它却需要擦除大小为64KB-128KB的NOR Flash块。
NOR Flash的接口与RAM完全相同，可以随意访问任意地址的数据。而NAND Flash的接口仅仅包含几个I/O引脚，需要串行地访问。NAND Flash一般以512字节为单位进行读写。这使得NOR Flash适合于运行程序，而NAND Flash更适合存储数据。
容量相同的情况下，NAND Flash的体积更小，对于空间有严格要求的系统，NAND Flash可以节省更多的空间。
对于Flash存储器件的可靠性需要考虑3点：位反转、坏块和可擦除次数。所有Flash器件都遭遇位反转的问题：由于Flash固有的电器特性，在读写数据过程中，偶然会产生一位或几位的数据错误（这种概率很低），而NAND Flash出现的概率远大于NOR Flash。当位反转发生在关键代码或数据上时，有可能导致系统崩溃。当仅仅是报告位反转，重新读取即可；如果确实发生了位反转，则必须有相应的错误检测和恢复措施。在NAND Flash上发生位反转的概率更高，推荐使用EDC/ECC进行错误检测和恢复。NAND Flash上会有坏块随机分布，在使用前需要将坏块扫描出来，确保不再使用它们，否则会使产品含有严重的故障。NAND Flash每块的可擦除次数通常在100000次左右，是NOR Flash的10倍。另外，因为NAND Flashr的块大小通常是NOR Flash的1/8，所以NAND Flash的寿命远远超过NOR Flash。
嵌入式Linux对NOR、NAND Flash的软件支持都很成熟。在NOR Flash上常用jffs2文件系统，而在NAND Flash上常用yaffs文件系统。在更底层，有MTD驱动程序实现对它们的读、写、擦除操作，它也实现了EDC/ECC校验。
u NAND Flash访问方法
K9F1208U0M容量为528Mbit，分为131072行（页）、528列，每一页大小为512字节，外加16字节的额外空间，这16字节额外空间的列地址为512 - 527。
命令、地址、数据都是通过8个I/O口输入/输出，这种形式减少了芯片的引脚个数，并使得系统很容易升级到更大的容量。写入命令、地址和数据时，都需要将WE#、CE#信号同时拉低。数据在WE#信号的上升沿被NAND Flash锁存：命令锁存信号CLE、地址锁存信号ALE用来分辨、锁存命令或地址。K9F1208U0M的64MB存储空间需要26位地址，因此以字节为单位访问Flash时需要4个地址序列：列地址、行地址的低位部分、行地址的高位部分。读/写页在发出命令后，需要4个地址序列，而擦除块在发出擦除命令后仅需要3个地址序列。
NAND Flash与S3C2410/S3C2440的连线比较少，8个I/O引脚（IO0 - IO7）、5个使能信号（nWE、ALE、CLE、nCE、nRE）、1个状态引脚（RDY/B）、1个写保护引脚（nWP）。地址、数据和命令都是在这些使能信号的配合下，通过8个I/O引脚传输。写地址，数据、命令时，nCE、nWE信号必须为低电平，它们在nWE信号的上升沿被锁存。命令锁存使能信号CLE和地址锁存信号ALE用来区分I/O引脚上传输的是命令还是地址。
操作NAND Flash时，先传输命令，然后传输地址，最后读/写数据，期间要检查Flash的状态。对于K9F1208U0M，它的容量为64MB，需要一个26位的地址。发出命令后，后面要紧跟着4个地址序列。比如读Flash时，发出读命令和4个地址序列后，后续的读操作就可以得到这个地址及其后续地址的数据。相应的命令字和地址序列如表8.2、8.3所示。
K9F1208U0M一页大小为528字节,而列地址A0 - A7可以寻址的范围是256字节，所以必须辅以其它手段才能完全寻址这528字节。将一页分为A、B、C三个区，A区为0 - 255字节，B区为256 - 511字节，C区为512 - 527字节。访问某页时，需要选定特定的区，这称为“使地址指针指向特定的区”。这通过3个命令来实现：命令00h让地址指针指向A区，命令01h让地址指针指向B区，命令50h让地址指针指向C区。命令00h和50h会让访问Flash的地址指针一直从A区或C区开始，除非发出了其他的修改地址指针的命令。命令01h的效果只能维持一次，当前的读、写、擦除、复位或者上电操作完成后，地址指针重新指向A区。写A区或C区的数据时，必须在发出命令80h之前发出命令00h或50h；写B区的数据时，发出命令01h后必须紧接着就发出命令80h。
u 下面讲解表8.2的命令字
（1）Read 1：命令字为00h或01h
发出命令00h或01h后，就选定了读操作是从A区还是B区开始。从表8.3可知，列地址A0 - A7可以寻址的范围是256字节，命令00h和01h使得可以在512字节大小的页内任意寻址——这相当于A8被命令00h设为0，而被命令01h设定为1。
发出命令字后，依据表8.3发出4个地址序列，然后就可以检测R/nB引脚以确定Flash是否准备好。如果准备好，就可以发起读操作依次读入数据。
（2）Read 2：命令字为50h
与Read 1命令字类似，不过读取的是C区数据，操作序列为：发出命令字50h、发出4个地址序列、等待R/nB引脚为高，最后读取数据。不同的是，地址序列中A0 - A3用于设定C区（大小为16字节）要读取的起始地址，A4 - A7被忽略。
（3）Read ID：命令字为90h
发出命令字90h，发出4个地址序列（都设定为0），然后就可以连续读入5个数据，分别表示厂商代码（对一SAMSUNG公司为Ech）、设备代码（对于K9F1208U0M为76h）、保留的字节（对于K9F1208U0M为A5h）、多层操作代码（C0h表示支持多层操作）。
（4）Reset：命令字为FFh
发出命令字FFh即可以复位NAND Flash芯片。如果芯片正处于读、写、擦除状态，复位命令会终止这些命令。
（5）Page Program(True)：命令字分两个阶段，80h和10h
NAND Flash的写操作一般是以页为单位的，但是可以只写一页中的一部分。发出命令字80h后，紧接着是4个地址序列，然后向Flash发送数据（最大可以达到528字节），然后就可以通过读状态命令70h获知当前写操作是否完成、是否成功。
（6）Page Program(Dummy)：命令字分两阶段，80h和11h
NAND Flash K9F1208U0M分为4 个128Mbit的存储层（plane），每个存储层包含1024个block和528字节的寄存器。这使得可以同时写多个页（page）或者同时擦除多个块（block）。块的地址经过精心安排，可以在4个连续的块内同时进行写或者擦除操作。
命令Page Program(Dummy)正是在这种结构下对命令Page Program(True)的扩展，后者仅能对一页进行写操作，前者可以同时写4页。
发出命令字80h、4个地址序列及最多528字节的数据之后，发出命令字11h（11h称为“Dummy Page Program command”，相对地，10h被称为“True Page Program Command”）；接着对相邻层（plane）上的页进行同样的操作；仅在第4页的最后使用10h替代11h，这样即可启动Flash内部的写操作。此时可以通过命令71h获知这些写操作是否完成、是否成功。
（7）Copy-Back Program(True)：命令字分为3个阶段，00h、8Ah、10h。
此命令用于将一页复制到同一层（plane）内的另一页，它省略了读出数据源，新数据重新载入Flash，这使得效率大为提高。此命令有两个限制：源页、目的页必须在同一个层（plane）中，并且源地址、目的地址的A14和A15必须相同。
首先发出命令Read 1(00h)、4个源地址序列，此时源页的528字节数据很快就被读入内部寄存器中；接着发出命令字8Ah(Page-Copy Data-input command)，随之发出4个目的地址序列；最后发出命令字10h启动对目的页的写操作。此后可以使用命令70h来查看此操作是否完成，是否成功。
（8）Copy-Back Program(Dummy)：命令字分3个阶段，03h、8Ah、11h。
与命令Page Program(Dummy)类似，Copy-Back Program(Dummy)可以同时启动对多达4个连续plane内的Copy-Back Program操作。
首先发出命令字00h、源页地址，这使得源页的528字节数据被读入所在plane的寄存器；对于随后的其它plane的源页，发出命令字03h的相应的源页地址将数据读入该plane的寄存器；按照前面说明读出最多4个页的数据到寄存器后，发出命令字8Ah、目的地址、命令字11h，在发出最后一页的地址后，用10h代替11h以启动写操作。
（9）Block Erase：命令字分3个阶段，60h、D0h。
此命令用于擦除NAND Flash块（block，大小为16KB）。发出命令字60h之后，发出block地址——仅需要3个地址序列，并且A9 - A13被忽略。
（10）Multi-Plane Block Erase：60h ------60h D0h
此命令用于同时擦除不同plane中的块。发出命令字60h之后，紧接着发出block地址序列，如此最多可以发出4个block地址，最后发出命令字D0h启动擦除操作。
（11）读状态命令有以下两种：
1、Read Status：命令字为70h
2、Read Multi-P;ane Status：命令字为71h
Flash中有状态寄存器，发出命令字70h或者71h之后，启动读操作即可读入此寄存器。
u S3C2410/S3C2440 NAND Flash控制器介绍
NAND Flash控制器提供几个寄存器来简化对NAND Flash的操作，比如要发出读命令时，只需要往NFCMD寄存器中写入0即可，NAND Flash控制器会自动发出各种控制信号。
1、操作方法概述
访问NAND Flash时需要先发出命令，然后发出地址序列，最后读/写数据；需要使用各种使能信号来分辨是命令、地址还是数据。S3C2410的NAND Flash控制器提供了NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC等6个寄存器来简化这些操作。S3C2440的NAND Flash控制器则提供了NFCONF、NFCONT、NFCMMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和其它与ECC有关的寄存器。对NAND Flash控制器的操作，S3C2410和S3C2440有一些小的差别：有些寄存器不一样，有些寄存器内容不一样，这在实例程序中会体现出来。
NAND Flash的读写操作次序如下：
（1）设置NFCONF（对于S3C2440，还要设置NFCONT）寄存器，配置NAND Flash。
（2）向NFCMD寄存器写入命令，这些命令可以参考表8.2。
（3）向NFADDR寄存器写入地址。
（4）读/写数据：通过寄存器NFSTAT检测NAND Flash的状态，在启动某个操作后，应该检测R/nB信号以确定该操作是否完成、是否成功。
下面讲解这些寄存器的功能和用法：
（1）NFCONF：NAND Flash配置寄存器
这个寄存器在S3C2410、S3C2440上功能有所不同。
S3C2410的NFCONF寄存器被用来使能禁止NAND Flash控制器、使能禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC，设置NAND Flash的时序参数等。
（2）NFCONT：NAND Flash控制寄存器，S3C2410没有这个寄存器。
被用来使能/禁止NAND Flash控制寄存器，使能/禁止控制引脚信号nFCE、初始化ECC。它还有其它功能，在一般的应用中用不到，比如锁定NAND Flash。
（3）NFCMD：NAND Flash命令寄存器
对于不同型号的Flash，操作命令一般不一样。对于本板使用的K9F1208U0M，可参考表8.2。
（4）NFADDR：NAND Flash地址寄存器。
当写这个寄存器时，它将对Flash发出地址信号。
（5）NFDATA：NAND Flash数据寄存器。
只用到低8位，读、写此寄存器将启动对NAND Flash的读数据、写数据操作。
（6）NFSTAT：NAND Flash状态寄存器
只用到位0，0：busy，1：ready
u NAND Flash控制器操作实例，读Flash
本实例讲述如何读取NAND Flash，擦除、写Flash的操作与读Flash类似，读者可以自行编写程序。
读NAND Flash的步骤，假设读地址为addr
（1）设置NFCONF（对于S3C2440，还要设置NFCONT）
本章实例中设为0x9830——使能NAND Flash控制器、初始化ECC、NAND Flash片选信号nFCE=1(inactive，真正使用时再让它等于0)，设置TACLS = 0，TWRPH0 = 3，TWRPH1 = 0。这些时序参数的含义为：TSCLS=1个HCLK时钟，TWRPH0 = 4个HCLK时钟，TWRPH1=1个HCLK时钟。
