4.1 NAND FLASH控制器

在S3C2410上电后，NAND FLASH控制器会自动的把NAND FLASH上的前4kB数据搬移到4kB内部RAM中，并把0x00000000设置内部RAM的起始地址，CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动，在这个过程不需要程序干涉。而程序员需要完成的工作是把最核心的启动程序放在NAND FLASH的前4kB中。

以往将U-BOOT移植到ARM9平台中的解决方案主要针对的是ARM9中的NOR闪存，因为NOR闪存的结构特点使应用程序可以直接在其内部运行，不用把代码读到RAM中，所以移植过程相对简单。

4.1.1 NOR FLASH和NAND FLASH比较

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。NOR FLASH指线性存储器，通过线性、连续的地址进行寻址；NAND FLASH指非线性存储器，通过非线性、不连续的地址进行寻址。

（1）应用

大多数情况下用NOR FLASH可以存储少量代码，而NAND FLASH则是高数据存储密度较为理想的解决方案。NOR的特点是芯片内执行，应用程序可以直接在FLASH闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。

（2）读写速度

NAND的写入和擦除的速度较快，应用NAND的困难在于FLASH的管理和需要特殊的系统接口。NOR的传输效率很高，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NOR的读速度比NAND稍快一些，但NAND的写入速度比NOR快很多。

（3）接口性质

NOR FLASH带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND FLASH没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，与硬盘管理有些类似。

（4）容量与成本

NOR FLASH占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND FLASH只是用在8～128MB的产品当中。NAND FLASH比NOR FLASH廉价。

4.1.2 S3C2410 NAND FLASH控制器

由于NOR FLASH存储器的价格比较昂贵，而SDRAM和NAND FLASH存储器的价格相对比较合适。因而嵌入式开发者希望从NAND FLASH启动和引导系统，并在SDRAM上执行主程序代码。S3C2410实现了从NOR FLASH及NAND FLASH上执行引导程序。为了支持从NAND FLASH的系统引导，S3C2410具有一个内部SDRAM缓冲器。当系统启动时，引导代码需要将NAND FLASH中的程序内容拷贝到SDRAM中，然后系统自动执行这些载入的引导代码。从NAND FLASH启动要通过引脚OM[1:0]进行选择，当选择OM[1:0]=00时，处理器通过NAND FLASH启动；OM[1:0]=01或10时，处理器分别通过16位、32位NOR FLASH启动。图4.1所示是S3C2410 NAND FLASH控制器的方块电路图。

4.1.3 NAND FLASH启动过程

S3C2410支持从NAND FLASH引导系统，这是通过内置的SRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory：同步动态随机存储器）及自动引导控制逻辑实现的，当系统启动时，NAND FLASH存储器的前4KB将被自动加载到内部缓冲区（又称为Steppingstone）中，然后系统自动执行这些载入的启动代码。使用这4KB代码来把更多的代码从NAND FLASH中读到SDRAM中去，然后执行SDRAM中的指令，实现系统的引导。这4KB的程序一般实现CPU、GPIO、Memory、Clock、Watchdog、Uart等的初始化。

1. NAND FLASH自动引导过程

（1）复位完成；

（2）NAND FLASH的前4KB被拷到内部SDRAM;

（3）SDRAM被映射到GCS0(BANK0);

（4）CPU从内部SDRAM开始执行程序。

2. NAND FLASH操作过程

NAND FLASH的操作通过NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC这六个寄存器来完成，具体操作步骤如下：

（1）配制NAND FLASH控制寄存器NFCONF；

（2）写NAND FLASH命令到NFCMD寄存器；

（3）写NAND FLASH地址到NFADDR寄存器；

（4）通过NFSTAT寄存器检查NAND FLASH状态实现读/写操作。

4.1.4 NAND FLASH存储器接口

图4.2是NAND FLASH存储器接口示意图，其引脚分别与S3C2410微处理器引脚相连。

在图4.2中，NAND FLASH的管脚配置如下：

DATA[7:0] ：数据/命令/地址/的输入/输出口（与数据总线共享）

CLE：命令锁存使能（输出）

ALE：地址锁存使能（输出）

nFCE :NAND FLASH片选使能（输出）

nFRE :NAND FLASH读使能（输出）

nFWE :NAND FLASH写使能（输出）

R/nB : NAND FLASH准备好/繁忙（输入）

S3C2410的存储控制器提供访问外部存储器所需要的存储器控制信号，支持数据存储的大、小端模式，将存储空间分成8组。因而S3C2410的内存片选有8个片选（BANK），在U-BOOT中，要配制SDRAM和FLASH的BANK数，如果SDRAM或者FLASH就接了n个片选的时候，就定义为n，如n为8，即BANK8。图4.3是S3C2410的内存映射图，S3C2410和其他的大部分的处理器一样，支持NOR FLASH和NAND FLASH启动，而这两种启动方式内存所映射的地址不相同。

在图4.3中BANK6、BANK7对应的地址空间与BANK0—BANK5不同。BANK0—BANK5的地址空间都是固定的128M，地址范围是(x*128M)到(x+1)*128M-1, x表示0到5。但是BANK7的起始地址是可变的，您可以查找S3C2410数据手册第5章，获取BANK6、BANK7的地址范围与地址空间的关系。

4.1.5 NAND FLASH寄存器参数描述

1. NAND FLASH寄存器概述

前面已经谈到，NAND FLASH的操作通过设置NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC这六个寄存器来完成。下面首先讨论NAND FLASH这些寄存器的一些性质，这对嵌入式程序设计至关重要，表4.1列出了NAND FLASH相关寄存器的地址、读写情况与功能的描述。其中：

NFCONF是NAND FLASH的配置寄存器；

NFCMD是NAND FLASH命令寄存器，CPU通过此寄存器向NAND FLASH传递控制命令；

NFADDR是NAND FLASH地址寄存器，CPU通过此寄存器向NAND FLASH传递地址；

NFDATA是NAND FLASH数据寄存器，CPU通过此寄存器向NAND FLASH传递数据；

NFSTAT是NAND FLASH状态寄存器，CPU通过读取该寄存器获取NAND FLASH当前状态；

NFECC是NAND FLASH ECC寄存器，实现循环校验功能。

在NAND FLASH的程序设计中通过下列宏进行地址映射：

      #define rNFCONF   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000000)  //NAND FLASH
  configuration
      #define rNFCMD   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000004) //NADD FLASH command
      #define rNFADDR   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000008) //NAND FLASH address
      #define rNFDATA   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e00000c) //NAND FLASH data
      #define  rNFSTAT  (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000010)  //NAND FLASH
  operation status
      #define rNFECC   (＊(volatile unsigned ＊)0x4e000014)  //NAND FLASH ECC

2. NAND FLASH相关寄存器设置及应用

（1）NFCONF寄存器

NFCONF寄存器的地址是0x4e000000，表4.2所示是NFCONF寄存器属性值设置，相对应位的默认值、功能设置位的表示。

注意：需要指出的是TACLS、TWRPH0和TWRPH1，请读者参考S3C2410数据手册，可以看到这三个参数控制的是NAND FLASH信号线命令锁存CLE、地址锁存ALE与写控制信号nWE的时序关系。设上述值为TACLS=0, TWRPH0=3, TWRPH1=0，其含义为：TACLS=1个HCLK时钟，TWRPH0=4个HCLK时钟，TWRPH1=1个HCLK时钟。

NAND FLASH需要初始化，在一般情况下要使NAND FLASH使能，使用ECC校验，[15:12]设置为0b1111；内存片选使能，持续时间=HCLK*(设定值+1)中设定值为0，即CLE和ALE持续时间设置为HCLK，因而[11:8]=0b1000；设TWRPH0设定值为3，即位[7:4]设置为0b0011，如果把TWRPH1值设为0，即把NFCONF初始化为0b1111100000110000，即0xF830。

例如：NAND FLASH在使用时应把第11位设置为0，支持NAND FLASH使能，只需对0x800取反即可，此时有：

      NFCONF & = ~0x800;

当禁用NAND FLASH时，应把第11位设置为1，可以用以下语句：

      NFCONF ｜ = 0x800;

（2）NFCMD寄存器

NAND FLASH的命令寄存器NFCMD的地址是0x4e000004，表4.3所示是NFCMD寄存器属性值设置，相对应位的默认值、功能设置位的表示。NFCMD寄存器中，对于不同型号的FLASH，操作命令一般不同。

例如：

      NFCONF & = ~(1<<11)   //第11位为0, nFCF为低电平，发出片选信号
      NFCMD = 0xff    //在K9F1208U0M存储器中表示reset命令

（3）NFADDR寄存器

NAND FLASH地址寄存器NFADDR的地址是0x4e000008，表4.4所示是NFADDR寄存器属性值设置，相对应位的默认值、功能设置位的表示。

      例如：
     NFADDR = addr & 0xff   //获取第1个字节的地址
     NFADDR = ( addr >> 9 ) & 0xff   //获取第2个字节的地址

（4）NFDATA寄存器

NAND FLASH数据寄存器NFDATA的地址是0x4e00000c，表4.5所示是NFDATA寄存器属性值设置，相对应位的默认值、功能设置位的表示。

[7:0]存储Nand FLASH的读出数据或者编程数据，写操作时存放编程数据，读操作时存放读出数据。

（5）NFSTAT寄存器

NAND FLASH状态寄存器NFSTAT地址是0x4e000010，表4.6所示是状态寄存器NFSTAT属性值设置及相对应位的初始值表示。

（6）ECC寄存器

NAND FLASH ECC寄存器NFECC的地址是0x4e000014，表4.7所示为ECC寄存器位功能与设置描述。