【详解】如何编写Linux下Nand Flash驱动

1.2.15. 常见的Nand Flash的操作

首先，是要了解，对于读取数据，要用什么命令：

根据前面关于Nand Flash的命令集合介绍，我们知道，要读取数据，要用到Read命令，该命令需要2个周期，第一个周期发0x00，第二个周期发0x30。

知道了用何命令后，再去了解如何发送这些命令。

	提示
	在开始解释前，关于”使能”这个词要罗嗦一下，以防有些读者和我以前一样，在听这类词语的时候，属于初次接触，或者接触不多的，就很容易被搞得一头雾水的（虽然该词汇对于某些专业人士说是属于最基本的词汇了，囧）。 使能（Enable），是指使其（某个信号）有效，使其生效的意思，“使其”“能够”怎么怎么样。。。。比如，上面图中的CLE线号，是高电平有效，如果此时将其设为高电平，我们就叫做，将CLE使能，也就是使其生效的意思。

图 1.7. Nand Flash数据读取操作的时序图

	注意
	此图来自三星的型号K9K8G08U0A的Nand Flash的数据手册(datasheet)。

我们来一起看看，我在图6中的特意标注的①边上的黄色竖线。

黄色竖线所处的时刻，是在发送读操作的第一个周期的命令0x00之前的那一刻。

让我们看看，在那一刻，其所穿过好几行都对应什么值，以及进一步理解，为何要那个值。

介绍了时刻①的各个信号的值，以及为何是这个值之后，相信，后面的各个时刻，对应的不同信号的各个值，大家就会自己慢慢分析了，也就容易理解具体的操作顺序和原理了。

在介绍具体读取数据的详细流程之前，还要做一件事，那就是，先要搞懂我们要访问的地址，以及这些地址，如何分解后，一点点传入进去，使得硬件能识别才行。

此处还是以K9K8G08U0A为例，此Nand Flash，一共有8192个块，每个块内有64页，每个页是2K+64 Bytes。

假设，我们要访问其中的第7000个块中的第64页中的1208字节处的地址，此时，我们就要先把具体的地址算出来：

物理地址

=块大小×块号 ＋ 页大小×页号 ＋ 页内地址

=128K×7000 ＋ 2K×64 ＋ 1208

=0x36B204B8

接下来，我们就看看，怎么才能把这个实际的物理地址，转化为Nand Flash所要求的格式。

在解释地址组成之前，先要来看看其datasheet中关于地址周期的介绍：

图 1.8. Nand Flash的地址周期组成

结合图 1.7 “Nand Flash数据读取操作的时序图”中的2，3阶段，我们可以看出，此Nand Flash地址周期共有5个，2个列(Column)周期，3个行（Row）周期。

简单解释完了地址组成，那么就很容易分析上面例子中的地址了。

注意，下面这样的方法，是错误的：

0x36B204B8 = 11 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000，分别分配到5个地址周期就是：

	注意
	与图 1.7 “Nand Flash数据读取操作的时序图”中对应的，*L，意思是地电平，由于未用到那些位，datasheet中强制要求设为0，所以，才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是类似原理，都是0。

而至于上述计算方法为何是错误的，那是因为上面计算过程中，把第11位的值，本来是属于页号的位A11，给算成页内地址里面的值了。

应该是这样计算，才是对的：

0x36B204B8 = 11 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000

那有人会问了，上面表11中，不是明明写的A0到A30，其中包括A11，不是正好对应着此处地址中的bit0到bit30吗？

其实，我开始也是犯了同样的错误，误以为我们要传入的地址的每一位，就是对应着表11中的A0到A30呢，实际上，表11中的A11，是比较特殊的，只有当我们访问页内地址处于oob的位置，即属于2048~2111的时候，A11才会其效果，才会用A0-A11用来表示对应的某个属于2048~2111的某个值，属于oob的某个位置。

而我们此处的页内地址为2108，还没有超过2047呢，所以A11肯定是0。

这么解释，显得很绕，很难看懂。

换种方式来解释，就容易听懂了：

说白了，我们就是要访问第7000个块中的第64页中的1208字节处，对应着

页内地址

=1208

=0x4B8

页号

=块数×页数/块 + 块内的页号

= 7000×（128K/2K） + 64

= 7000×64 + 64

= 448064

=0x6D640

也就是，我们要访问0x6D640页内的0x4B8地址，这样很好理解吧,^_^。

然后对应的：

页内地址=0x4B8

分成两个对应的列地址，就变成

0x4B8 ：列地址1=0xB8，列地址2=0x04

页号=0x6D640，分成三个行号就是：

0x6D640：行号1=0x40，行号2=0xD6，行号3=0x06

再回头看看上面的计算方法，

最开始计算出来的：

列地址1=0xB8

列地址2=0x04

行号1=0x20

行号2=0x6B

行号3=0x03

是错误的。

而第二次计算正确的：

列地址1=0xB8

列地址2=0x04

行号1=0x40

行号2=0xD6

行号3=0x06

才是对的，也和我们此处自己手动计算，是一致的。

第一次之所以计算错，就是错误的把行地址的最低一位A11，放到列地址中的最高位了。

至此，才算把如何手动计算行地址和列地址，解释明白和正确了。

对应的，Linux的源码\drivers\mtd\nand\nand_base.c中，也是这样处理的：

static void nand_command_lp(struct mtd_info *mtd, unsigned int command,
                int column, int page_addr)
{
......
        /* Serially input address */
        if (column != -1) {
......
            chip->cmd_ctrl(mtd, column, ctrl); /* 发送Col Addr 1 */
            ctrl &= ~NAND_CTRL_CHANGE;
            chip->cmd_ctrl(mtd, column >> 8, ctrl); /* 发送Col Addr 2 */
        }
        if (page_addr != -1) {
            chip->cmd_ctrl(mtd, page_addr, ctrl); /* 发送Row Addr 1 */
            chip->cmd_ctrl(mtd, page_addr >> 8, /* 发送Row Addr 2 */
                       NAND_NCE | NAND_ALE); 
            /* One more address cycle for devices > 128MiB */
            if (chip->chipsize > (128 << 20))
                chip->cmd_ctrl(mtd, page_addr >> 16, /* 发送Row Addr 3 */
                           NAND_NCE | NAND_ALE); 
        }
}
                

因此，我们要访问第7000个块中的第64页中的1208字节处的话，所要传入的地址就是分5个周期：

分别传入两个列地址的：

列地址1=0xB8

列地址2=0x04

然后再传3个行地址的：

行号1=0x40

行号2=0xD6

行号3=0x06

这样硬件才能识别。

而接下来的内容，也就是介绍硬件是如何处理这些输入的。

准备工作终于完了，下面就可以开始解释说明，对于读操作的，上面图中标出来的，1-6个阶段，具体是什么含义。

操作准备阶段：此处是读（Read）操作，所以，先发一个图5中读命令的第一个阶段的0x00,表示，让硬件先准备一下，接下来的操作是读。

发送两个周期的列地址。也就是页内地址，表示，我要从一个页的什么位置开始读取数据。

接下来再传入三个行地址。对应的也就是页号。

然后再发一个读操作的第二个周期的命令0x30。接下来，就是硬件内部自己的事情了。

Nand Flash内部硬件逻辑，负责去按照你的要求，根据传入的地址，找到哪个块中的哪个页，然后把整个这一页的数据，都一点点搬运到页缓存中去。而在此期间，你所能做的事，也就只需要去读取状态寄存器，看看对应的位的值，也就是R/B#那一位，是1还是0，0的话，就表示，系统是busy，仍在”忙“（着读取数据），如果是1，就说系统活干完了，忙清了，已经把整个页的数据都搬运到页缓存里去了，你可以接下来读取你要的数据了。

对于这里。估计有人会问了，这一个页一共2048+64字节，如果我传入的页内地址，就像上面给的1208一类的值，只是想读取1028到2011这部分数据，而不是页开始的0地址整个页的数据，那么内部硬件却读取整个页的数据出来，岂不是很浪费吗？答案是，的确很浪费，效率看起来不高，但是实际就是这么做的，而且本身读取整个页的数据，相对时间并不长，而且读出来之后，内部数据指针会定位到你刚才所制定的1208的那个位置。

接下来，就是你“窃取“系统忙了半天之后的劳动成果的时候了，呵呵。通过先去Nand Flash的控制器中的数据寄存器中写入你要读取多少个字节(byte)/字(word)，然后就可以去Nand Flash的控制器的FIFO中，一点点读取你要的数据了。

至此，整个Nand Flash的读操作就完成了。

对于其他操作，可以根据我上面的分析，一点点自己去看datasheet，根据里面的时序图去分析具体的操作过程，然后对照代码，会更加清楚具体是如何实现的。