基于S3C2440 Nand Flash启动模式的研究

2013-10-22韩金利

机械工程与自动化 2013年6期

韩金利

（山西机电职业技术学院数控工程系，山西长治 046000）

0 引言

随着嵌入式系统的发展，Nor Flash和Nand Flash已经成为当今市场上两种重要的非易失闪存技术。由于Nor Flash的成本较高，容量较小，因此Nor Flash比较适合于存储少量的代码。而Nand Flash的单元尺寸几乎是Nor Flash器件的一半，相对于并口Nor Flash而言，引脚数目大大减少，芯片接口简单，使得芯片相关的外围电路更简化，避免了繁琐的硬件连线［1］，而且价格便宜，特别适合存储大量数据，具有很强的实用性。

1 Nand Flash的硬件设计

本文采用三星公司的32位RISC微处理器S3C2440作为控制器核心。S3C2440是高性能嵌入式微处理器，主频可达400 MHz，具有外围接口丰富、体积小、功耗低等特点；CPU电压分为2组，核心电压为1.2 V，I／O引脚电压为3.3 V［2］。S3C2440要完成对Nand Flash的读写操作必须具备两个条件：①对S3C2440 CPU上的Nand Flash控制器进行合理配置；②外围必须有与之相配套的Nand Flash存储芯片。要读取Nand Flash存储器中的数据，必须通过Nand Flash控制器发送命令给存储器，所以，Nand Flash仅仅相当于S3C2440的外部设备，并不位于S3C2440本身的内存地址区［3］。

本电路选用的Nand Flash为三星公司的K9F2G08 U0B芯片，它是一个256 MB的内存，每页的大小为2 112 B（2 048 B＋64 B备用），每个块的大小132 k B为（128 k B＋4 k B备用）。K9F2G08 U0B的8个I／O引脚为数据／地址复用引脚。Nand Flash K9F2G08 U0B与S3C2440的接口控制电路如图1所示。

Nand Flash中8个I／O引脚为数据／地址／命令复用引脚。Nand Flash控制器设计命令锁存使能（Co mmand Latch Enable，CLE）或者地址锁存使能（Address Latch Enable，ALE），一开始先发出 CLE（或ALE）命令，这样Nand Flash内部才能根据传入的内容做出相应的动作。

在K9F2 G08 U0B与S3C2440芯片间进行数据交换时，S3C2440必须对相关引脚进行配置，需要配置的引脚有 NCON、OM0、OM1、GPG13、GPG14 和GPG15。其中，OM0、OM1决定S3C2440采用何种启动方式（Nand Flash或者 Nor Flash），这里两个引脚都接为低电平，S3C2440设置为Nand Flash启动方式，NCON与GPG13、GPG14相配合设置，确定存储器的页容量和地址周期。GPG15确定存储器的总线宽度，这里设置为0，表示宽度为8位。

由于S3C2440芯片中集成了Nand Flash芯片控制器，因此对Nand Flash芯片进行读写操作，只与S3C2440中的4个寄存器有关，这4个寄存器为NFCONT、NFCMMD、NFADDR和NFDATA。

2 软件设计

本设计中S3C2440采用Nand Flash启动方式，上电后，CPU首先将Nand Flash中前4 k B的数据自动加载到SRA M中来运行，即ARM在Nand Flash启动模式下启动时，系统会将Nand Flash中前4 k B代码拷贝到SRA M（也就是Steppingstone中）；然后Nand Flash中的全部程序代码拷贝到SDRA M中，最后由SRA M跳转到SDRA M，程序正常执行。其启动加载过程如图2所示。

2.1 启动流程图

本文中的部分功能用C语言实现，故在程序开头设置堆栈，再对SDRA M初始化，对Nand Flash控制器进行配置，并使用汇编语言中的R0、R1、R2寄存器传入参数，然后启动读Nand Flash操作函数，将Nand Flash数据读入SDRA M中，最后调用闪灯程序。启动流程如图3所示。

图1 Nand Flash K9F2G08 U0B与S3C2440的接口控制电路

图2 启动加载过程

图3 启动流程

2.2 Nand Flash读操作流程

Nand Flash芯片控制主要分两个部分：①nand＿init（）中的初始化函数，如nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿deselect＿chip（）；②nand＿read（）中的读写函数，如nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿deselect＿chip（）、nandflash＿write＿addr（）、nandflash＿read＿data（）。这两部分读写函数相互配合着完成对Nand Flash芯片的读操作。首先，程序需要读写Nand Flash芯片时，会调用nand＿init（void）中的函数，使能 Nand Flash控制器，初始化ECC，禁止片选，设置时序，初始化Nand Flash；接着，nand＿read（）中的读写函数就会调用nandflash＿select＿chip（）、nandflash＿write＿c md（）、nandflash＿wait＿idle（）、nandflash＿write＿addr（）、nandflash＿read＿data（）、nandflash＿deselect＿chip（），最终达到将闪灯函数写入SDRA M中。相关函数调用路线图如图4所示。

图4 函数调用路线图

Nand Flash中4 k B以后的数据被拷贝到片外内存中使用，所以在程序设计时必须对Nand Flash进行读操作。读操作流程如图5所示［4］。

Nand Flash读数据函数关键代码如下：

图5 Nand Flash读操作流程

3 结果验证

根据Nand Flash启动方法，在Linux环境中，编写一个闪灯测试程序，并将闪灯函数运行地址在链接文件（＊.ld）中定位于0x30000000地址，当程序开始执行后，初始化程序将4 k B以后的数据全部拷贝到SDRA M中，开始地址为0x30000000，在初始化程序完成以后，CPU会自动去执行30000000地址中的数据，如果电路板闪灯，则说明Nand Flash中的程序被读到SDRA M中，表示实验成功，反之读取不成功。

以下为链接文件中的主要代码：