基于S3C2440 Nand Flash啟動模式的研究

韓金利

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系，山西 長治 046000）

0 引言

隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，Nor Flash和Nand Flash已經(jīng)成為當(dāng)今市場上兩種重要的非易失閃存技術(shù)。由于Nor Flash的成本較高，容量較小，因此Nor Flash比較適合于存儲少量的代碼。而Nand Flash的單元尺寸幾乎是Nor Flash器件的一半，相對于并口Nor Flash而言，引腳數(shù)目大大減少，芯片接口簡單，使得芯片相關(guān)的外圍電路更簡化，避免了繁瑣的硬件連線［1］，而且價格便宜，特別適合存儲大量數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的實用性。

1 Nand Flash的硬件設(shè)計

本文采用三星公司的32位RISC微處理器S3C2440作為控制器核心。S3C2440是高性能嵌入式微處理器，主頻可達(dá)400 MHz，具有外圍接口豐富、體積小、功耗低等特點；CPU電壓分為2組，核心電壓為1.2 V，I／O引腳電壓為3.3 V［2］。S3C2440要完成對Nand Flash的讀寫操作必須具備兩個條件：①對S3C2440 CPU上的Nand Flash控制器進(jìn)行合理配置；②外圍必須有與之相配套的Nand Flash存儲芯片。要讀取Nand Flash存儲器中的數(shù)據(jù)，必須通過Nand Flash控制器發(fā)送命令給存儲器，所以，Nand Flash僅僅相當(dāng)于S3C2440的外部設(shè)備，并不位于S3C2440本身的內(nèi)存地址區(qū)［3］。

本電路選用的Nand Flash為三星公司的K9F2G08 U0B芯片，它是一個256 MB的內(nèi)存，每頁的大小為2 112 B（2 048 B＋64 B備用），每個塊的大小132 k B為（128 k B＋4 k B備用）。K9F2G08 U0B的8個I／O引腳為數(shù)據(jù)／地址復(fù)用引腳。Nand Flash K9F2G08 U0B與S3C2440的接口控制電路如圖1所示。

Nand Flash中8個I／O引腳為數(shù)據(jù)／地址／命令復(fù)用引腳。Nand Flash控制器設(shè)計命令鎖存使能（Co mmand Latch Enable，CLE）或者地址鎖存使能（Address Latch Enable，ALE），一開始先發(fā)出 CLE（或ALE）命令，這樣Nand Flash內(nèi)部才能根據(jù)傳入的內(nèi)容做出相應(yīng)的動作。

在K9F2 G08 U0B與S3C2440芯片間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，S3C2440必須對相關(guān)引腳進(jìn)行配置，需要配置的引 腳 有 NCON、OM0、OM1、GPG13、GPG14 和GPG15。其中，OM0、OM1決定S3C2440采用何種啟動方式（Nand Flash或者 Nor Flash），這里兩個引腳都接為低電平，S3C2440設(shè)置為Nand Flash啟動方式，NCON與GPG13、GPG14相配合設(shè)置，確定存儲器的頁容量和地址周期。GPG15確定存儲器的總線寬度，這里設(shè)置為0，表示寬度為8位。

由于S3C2440芯片中集成了Nand Flash芯片控制器，因此對Nand Flash芯片進(jìn)行讀寫操作，只與S3C2440中的4個寄存器有關(guān)，這4個寄存器為NFCONT、NFCMMD、NFADDR和NFDATA。

2 軟件設(shè)計

本設(shè)計中S3C2440采用Nand Flash啟動方式，上電后，CPU首先將Nand Flash中前4 k B的數(shù)據(jù)自動加載到SRA M中來運行，即ARM在Nand Flash啟動模式下啟動時，系統(tǒng)會將Nand Flash中前4 k B代碼拷貝到SRA M（也就是Steppingstone中）；然后Nand Flash中的全部程序代碼拷貝到SDRA M中，最后由SRA M跳轉(zhuǎn)到SDRA M，程序正常執(zhí)行。其啟動加載過程如圖2所示。

2.1 啟動流程圖

本文中的部分功能用C語言實現(xiàn)，故在程序開頭設(shè)置堆棧，再對SDRA M初始化，對Nand Flash控制器進(jìn)行配置，并使用匯編語言中的R0、R1、R2寄存器傳入?yún)?shù)，然后啟動讀Nand Flash操作函數(shù)，將Nand Flash數(shù)據(jù)讀入SDRA M中，最后調(diào)用閃燈程序。啟動流程如圖3所示。

圖1 Nand Flash K9F2G08 U0B與S3C2440的接口控制電路

圖2 啟動加載過程

圖3 啟動流程

2.2 Nand Flash讀操作流程

Nand Flash芯片控制主要分兩個部分：①nand＿init（）中的初始化函數(shù)，如nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿deselect＿chip（）；②nand＿read（）中的讀寫函數(shù)，如nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿deselect＿chip（）、nandflash＿write＿addr（）、nandflash＿read＿data（）。這兩部分讀寫函數(shù)相互配合著完成對Nand Flash芯片的讀操作。首先，程序需要讀寫Nand Flash芯片時，會調(diào)用nand＿init（void）中的函數(shù)，使能 Nand Flash控制器，初始化ECC，禁止片選，設(shè)置時序，初始化Nand Flash；接著，nand＿read（）中的讀寫函數(shù)就會調(diào)用nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿write＿addr（）、nandflash＿read＿data（）、nandflash＿deselect＿chip（），最終達(dá)到將閃燈函數(shù)寫入SDRA M中。相關(guān)函數(shù)調(diào)用路線圖如圖4所示。

圖4 函數(shù)調(diào)用路線圖

Nand Flash中4 k B以后的數(shù)據(jù)被拷貝到片外內(nèi)存中使用，所以在程序設(shè)計時必須對Nand Flash進(jìn)行讀操作。讀操作流程如圖5所示［4］。

Nand Flash讀數(shù)據(jù)函數(shù)關(guān)鍵代碼如下：

圖5 Nand Flash讀操作流程

3 結(jié)果驗證

根據(jù)Nand Flash啟動方法，在Linux環(huán)境中，編寫一個閃燈測試程序，并將閃燈函數(shù)運行地址在鏈接文件（＊.ld）中定位于0x30000000地址，當(dāng)程序開始執(zhí)行后，初始化程序?qū)? k B以后的數(shù)據(jù)全部拷貝到SDRA M中，開始地址為0x30000000，在初始化程序完成以后，CPU會自動去執(zhí)行30000000地址中的數(shù)據(jù)，如果電路板閃燈，則說明Nand Flash中的程序被讀到SDRA M中，表示實驗成功，反之讀取不成功。

以下為鏈接文件中的主要代碼：

調(diào)用Nand Flash前必須為數(shù)據(jù)讀取函數(shù)傳送3個參數(shù)：讀取數(shù)據(jù)存放在SDRA M的目的地址、所要讀取數(shù)據(jù)的源地址、所要讀取數(shù)據(jù)的長度。

以下為3個參數(shù)傳遞的關(guān)鍵代碼：

該實驗證明，Nand Flash的啟動過程是硬件首先將Nand Flash中前4 k B的內(nèi)容自動加載到片內(nèi)SRA M中，而且這4 k B程序同時也具備將Nand Flash中剩余數(shù)據(jù)拷貝到SDRA M中的功能。

4 結(jié)束語

詳細(xì)分析了Nand Flash控制器中相關(guān)寄存器的配置過程及其啟動原理，并給出了一種讀取Nand Flash中數(shù)據(jù)的方法，文中關(guān)鍵代碼段已經(jīng)得到實驗驗證，在相關(guān)程序的設(shè)計中具有一定的參考價值。

［1］葉林俊.Nand Flash內(nèi)存設(shè)備的讀寫控制設(shè)計［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012（12）：16-19.

［2］葉林俊.S3C2440 A嵌入式手持終端電源管理系統(tǒng)設(shè)計［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009（9）：28-31.

［3］謝韋華，譚永東，徐偉華.Nand Flash的驅(qū)動程序設(shè)計［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009（9）：35-38.

［4］韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用完全開發(fā)手冊［M］.北京：人民郵電出版社，2008.