Nand Flash结构与读写分析 点击:477 | 回复:0



xilinxue

    
发表于:2010-02-10 17:29:05
楼主
今天在利用ARM7上的nandflash控制器驱动,ID已读取成功,擦写,读取等尚未完成,晚上就在网上查查相关的知识,觉得有一个不错,转贴如下:

NAND Flash 的数据是以bit 的方式保存在memory cell,一般来说,一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8 个或者16 个为单位,连成bit line,形成所谓的byte(x8)/word(x16),这就是NAND Device 的位宽。这些Line 会再组成Page.
(Nand Flash 有多种结构,我使用的Nand Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M),每页528Byte,每32 个page 形成一个Block, Sizeof(block)=16kByte 。
1 block="16kbyte",512Mbit=64Mbyte,Numberof(block)=4096 1block=32page, 1page=528byte=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)
Nand flash 以页为单位读写数据,而以块为单位擦除数据。
按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址:
--Block Address -- Page Address --Column Address
对于NAND Flash 来讲,地址和命令只能在I/O【7:0】上传递,数据宽度是8 位。
512byte需要9bit来表示,对于528byte系列的NAND,这512byte被分成1st half和2nd half,各自的访问由地址指针命令来选择,A【7:0】就是所谓的column address。
32 个page 需要5bit 来表示,占用A【13:9】,即该page 在块内的相对地址。Block的地址是由A14 以上的bit 来表示,例如512Mb 的NAND,共4096block,因此,需要12 个bit 来表示,即A【25:14】,如果是1Gbit 的528byte/page的NAND Flash,则block address用A【26:24】表示。而page address就是blcok address|page address in block

NAND Flash 的地址表示为:
Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address
地址传送顺序是Column Address,Page Address,Block Address。
由于地址只能在I/O【7:0】上传递,因此,必须采用移位的方式进行。 例如,对于512Mbit x8 的NAND flash,地址范围是0~0x3FF_FFFF,只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。以NAND_ADDR 为例: 第1 步是传递column address,就是NAND_ADDR【7:0】,不需移位即可传递到I/O【7:0】上,而halfpage pointer 即bit8 是由操作指令决定的,即指令决定在哪个halfpage 上进行读写。而真正的bit8 的值是don‘t care 的。 第2 步就是将NAND_ADDR 右移9 位,将NAND_ADDR【16:9】传到I/O【7:0】上 第3 步将NAND_ADDR【24:17】放到I/O 上 第4 步需要将NAND_ADDR【25】放到I/O 上 因此,整个地址传递过程需要4 步才能完成,即4-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是256Mbit 以下,那么,block adress 最高位只到bit24,因此寻址 只需要3 步。 下面,就x16 的NAND flash 器件稍微进行一下说明。 由于一个page 的main area 的容量为256word,仍相当于512byte。但是,这个时候没有所谓 的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了,所以,bit8就变得没有意义了,也就是这个时候 bit8 完全不用管,地址传递仍然和x8 器件相同。除了,这一点之外,x16 的NAND使用方法和 x8 的使用方法完全相同。



正如硬盘的盘片被分为磁道,每个磁道又分为若干扇区,一块nand flash也分为若干block,每个block分为如干page。一般而言,block、page之间的关系随着芯片的不同而不同,典型的分配是这样的:
1block = 32page
1page = 512bytes(datafield) + 16bytes(oob)


需要注意的是,对于flash的读写都是以一个page开始的,但是在读写之前必须进行flash的擦写,而擦写则是以一个block为单位的。同时必须提醒的是,512bytes理论上被分为1st half 和2sd half,每个half各占256个字节。

我们讨论的K9F1208U0B总共有4096 个Blocks,故我们可以知道这块flash的容量为4096 *(32 *528)= 69206016 Bytes = 66 MB 但事实上每个Page上的最后16Bytes是用于存贮检验码和其他信息用的,并不能存放实际的数据,所以实际上我们可以操作的芯片容量为4096 *(32 *512) = 67108864 Bytes = 64 MB由 上图所示,1个Page总共由528 Bytes组成,这528个字节按顺序由上而下以列为单位进行排列(1列代表一个Byte。第0行为第0 Byte ,第1行为第1 Byte,以此类推,每个行又由8个位组成,每个位表示1个Byte里面的1bit)。这528Bytes按功能分为两大部分,分别是Data Field和Spare Field,其中Spare Field占528Bytes里的16Bytes,这16Bytes是用于在读写操作的时候存放校验码用的,一般不用做普通数据的存储区,除去这 16Bytes,剩下的512Bytes便是我们用于存放数据用的Data Field,所以一个Page上虽然有528个Bytes,但我们只按512Bytes进行容量的计算。

读 命令有两个,分别是 Read1,Read2其中Read1用于读取Data Field的数据,而Read2则是用于读取Spare Field的数据。对于Nand Flash来说,读操作的最小操作单位为Page,也就是说当我们给定了读取的起始位置后,读操作将从该位置开始,连续读取到本Page的最后一个 Byte为止(可以包括Spare Field)

Nand Flash的寻址
Nand Flash的地址寄存器把一个完整的Nand Flash地址分解成Column Address与Page Address.进行寻址。
Column Address: 列地址。Column Address其实就是指定Page上的某个Byte,指定这个Byte其实也就是指定此页的读写起始地址。
Paage Address:页地址。由于页地址总是以512Bytes对齐的,所以它的低9位总是0。确定读写操作是在Flash上的哪个页进行的。
Read1命令
当我们得到一个Nand Flash地址src_addr时我们可以这样分解出Column Address和Page Address
column_addr=src_addr%512; // column address
page_address=(src_addr>>9); // page address
也可以这么认为,一个Nand Flash地址的A0~A7是它的column_addr,A9~A25是它的Page Address。(注意地址位A8并没有出现,也就是A8被忽略,在下面你将了解到这是什么原因)
Read1 命令的操作分为4个Cycle,发送完读命令00h或01h(00h与01h的区别请见下文描述)之后将分4个Cycle发送参数,1st.Cycle是 发送Column Address。2nd.Cycle ,3rd.Cycle和4th.Cycle则是指定Page Address(每次向地址寄存器发送的数据只能是8位,所以17位的Page Address必须分成3次进行发送
Read1的 命令里面出现了两个命令选项,分别是00h和01h。这里出现了两个读命是否令你意识到什么呢?是的,00h是用于读写1st half的命令,而01h是用于读取2nd half的命令。现在


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