NorFlash 学习
title: NorFlash 学习
tags: ARM
date: 2018-10-19 18:31:59
NorFlash 学习
NOR/NAND Flash的差别
| NOR | NAND | |
|---|---|---|
| 容量 | 1~32MB | 16~512MB |
| XIP 可执行程序 | Yes(因为是内存接口), 可以随机访问任意地址的数据 | No |
| 擦除 | 非常慢(5s) | 快(3ms) |
| 写 | 慢 | 快 |
| 读 | 快 | 快 |
| 可靠性 | 比较高，位反转的比例小于NAND Flash 的10％ | 比较低：，位反转比较常见，必需有校验措施，比如“1-4 bit EDC/ECC”；必须有坏块管理措施 |
| 可擦除次数 | 10000~100000 | 100000~1000000 |
| 生命周期 | 低于NAND Flash的10％ | 是NOR Flash的10倍以上 |
| 接口 | 与RAM接口相同 | I/O接口 |
| 访问方法 | 随机访问 | 顺序访问 |
| 易用性 | 容易 | 复杂 |
| 主要用途 | 常用于保存代码和关键数据 | 用于保存数据 |
| 价格 | 高 | 低 |
- Nor Flash的块大小范围为64kB、128kB：NAND Flash的块大小范围为8kB，64kB，擦/写一个Nor Flash块需4s，而擦／写一个NAND Flash块仅需2ms。
- NAND Flash一般以512字节为单位进行读写。这使得Nor Flash适合于运行程序，而NAND Flash更适合于存储数据
- 容量相同的情况下，NAND Flash的体积更小.Nor Flash的容量通常为IMB~4MB(也有32MB的Nor Flash)，NAND Flash的容量为8MB~512MB。
- 在Nor Flash上常用jffs2文 件系统，而在NAND Flash常用yaffs文件系统。在更底层，有MTD驱动程序实现对它们的读、写、擦除操仵，它也实现了EDC/ECC校验。
- 这里用的nor里面有4个bank，每个bank里面有若干block（擦除大小），不同bank里面的block可能不一样的
引脚接口
这里NorFlash是16位的,所以地址线忽略A0
命令
所谓命令是什么意思呢?
Read MODE,就是先发送地址,然后就有数据得到,和正常的读内存是一样的Reset Mode,往任意地址写0xF0都退出特殊模式读ID,NOR Flash 分为1字节和2字节模式,所以有两种情况的操作指令.板载是2字节的.操作如下:- 发送地址555,发送数据AA, 0x555*2=0xaaa
- 发送地址2AA,发送数据55 0x2AA*2=0x554
- 发送地址555，发送数据90 0x555*2=0xaaa
- 发送地址00，收到数据C2
但是板载的MCU的A1接到Nor的A0,所以也就是Nor获得地址X，实际MCU需要发送地址X<<1
| Nor Flash的操作 | 2440的操作 | U-BOOT上的操作 |
|---|---|---|
| 往地址555H写入AAH(解锁) | 往地址AAAH写入AAH(解锁) | mw.w aaa aa |
| 往地址2AAH写入55H(解锁) | 往地址554H写入55H(解锁) | mw.w 554 55 |
| 往地址555H写入90H（命令） | 往地址AAAH写入90H（命令） | mw.w aaa 90 |
| 读0地址得到厂家ID(C2H) | 读0地址得到厂家ID(C2H) | md.w 0 1 (1:表示读一次) |
| 读1地址得到设备ID(22DAH或225BH) | 读2地址得到设备ID 2249 | md.w 2 1 (1:表示读一次) |
| 退出读ID状态：给任意地址写F0H就可以了 | 退出读ID状态：给任意地址写F0H就可以了 | mw.w 0 f0 |
注意，这个uboot应该在NOR上启动，因为NAND启动的时候，看不到NORFLASH
Device ID : MX29LV160DT: 22C4; MX29LV160DB: 2249.
OpenJTAG> mw.w 0 f0
OpenJTAG> mw.w aaa aa
OpenJTAG> mw.w 554 55
OpenJTAG> mw.w aaa 90
OpenJTAG> md.w 0 1
00000000: 00c2 ..
OpenJTAG> md.w 2 1
00000002: 2249 I"
参数识别（CFI）
CFI(common flash interface)探测，就是直接发各种命令来读取芯片的信息，比如 ID、容量等，芯片本身就包含了电压有多大，容量有有多少等信息.其实就是先用55地址写98，然后读参数.
一般情况下先去读取是否支持CFI，也就是
- 写98H到55H
- 查询
0x10，0x11,0x12是否为QRY字符串 - 如果是，那么支持CFI接口
| Nor Flash上操作cfi | 2440上操作cfi | U-BOOT上操作cfi |
|---|---|---|
| 往55H地址写入98H | 往AAH地址写入98H | mw.w aa 98 |
| 读地址10H得到0051 | 读地址20H得到0051 | md.w 20 1 |
| 读地址11H得到0052 | 读地址22H得到0052 | md.w 22 1 |
| 读地址12H得到0059 | 读地址24H得到0059 | md.w 24 1 |
| 读地址27H得到容量 | 读地址4EH得到容量 | md.w 4e 1 |
下图中读取地址10，读取到0x0051='Q'，比如读设备大小地址0x27,会读到0x15=2**15/1024/1024=2M,具体的一些参数参考标准文档CFI100
识别存储信息,其中具体的信息要搜索文档CFI100
可以看到有4个bank reggion，region里又若干sector.这个是擦除最小单位了.根据计算如下.其中2D为低位，2E为高位.block=[2E:2D]+1,
| blocks | sector size | |
|---|---|---|
| bank1 | 1 | 256*0x0040/1024=16k |
| bank2 | 2 | 256*0x0020/1024=8k |
| bank3 | 1 | 256*0x0080/1024=32k |
| bank3 | 0x1E+1=31 | 256*0x0100/1024=64k |
| 总计 | 35个block | 空间大小=16+2*8+32+64*31=2048k=2M |
CFI描述如下
备注手册里另一张图Table 1-1. MX29LV160DT SECTOR ARCHITECTURE好像是倒着来的扇区排序
写数据
NorFlash也是一种FLASH，需要先擦除才能写数据.对于已经擦除的单元，同样需要命令才能写入
| Nor Flash上操作写操作 | 2440上操作写操作 | U-BOOT上操作写操作 |
|---|---|---|
| 往地址555H写AAH(解锁) | 往地址AAAH写AAH(解锁) | mw.w aaa aa |
| 往地址2AAH写55H(解锁) | 往地址554H写55H(解锁) | mw.w 554 55 |
| 往地址555H写A0H | 往地址AAAH写A0H | mw.w aaa a0 |
| 往地址PA写PD | 往地址0x100000写1234h | mw.w 100000 1234 |
命令参考，往1M的地方写，地址需要*2，也就是0x20,0000
OpenJTAG> mw.w aaa aa
OpenJTAG> mw.w 554 55
OpenJTAG> mw.w aaa 80
OpenJTAG> mw.w aaa aa
OpenJTAG> mw.w 554 55
OpenJTAG> mw.w 200000 30
OpenJTAG> mw.w 0 f0
OpenJTAG> md.w 200000 1
00200000: ffff ..
//读取
OpenJTAG> mw.w aaa aa
OpenJTAG> mw.w 554 55
OpenJTAG> mw.w aaa a0
OpenJTAG> mw.w 200000 1234
OpenJTAG> md.w 200000 1
00200000: 1234 4.
//接下来不能直接写了 又需要重新来执行命令
OpenJTAG> mw.w 200004 5555
OpenJTAG> md.w 200004
00200004: ffff ..
程序设计
注意 板载的是16位位宽，地址线是CPU的A1接到NOR的A0，所以MCU地址=NOR指令地址*2.
调试代码 的时候发现工具MobaXterm_Personal_10.4有时候无法接受串口输入，重启下软件串口
时序设置: 参考内存管理.md
基本的读写操作
#define NOR_BASE_BANK 0 /**
* @brief 在基于Nor cmd_addr的位置写入 val
* 比如在55H的地方写入x,也就是地址信号发出55,
* 对应实际的地址线为55<<1 地址线 加上bank的基地址，
* 所以cpu实际的地址是 base+(55<<1)
* @param base
* @param addr
* @param val
*/
void NorWriteU16(uint16_t base,uint16_t addr, uint16_t val)
{
volatile uint16_t* p= (volatile uint16_t* )((addr<<1)+base);
*p=val;
}
/**
* @brief 读取2字节
*
* @param base
* @param addr
* @param val
*/
uint16_t NorReadU16(uint16_t base,uint16_t addr)
{
volatile uint16_t* p= (volatile uint16_t* )((addr<<1)+base);
return *p;
} /**
* @brief CMD写入16位数据
* @param addr cmd地址
* @param val 写入的值
*/
void NorFlashCMDPut(uint16_t addr,uint16_t val )
{
NorWriteU16(NOR_BASE_BANK,addr,val);
}
/**
* @brief CMD读取Nor的16位数据
*
* @param addr
* @param val
* @return uint16_t
*/
uint16_t NorFlashCMDGet(uint16_t addr)
{
return NorReadU16(NOR_BASE_BANK,addr);
}识别CFI
void NorFlashInfo(void)
{
// 进入CFI模式，INTERFACE (CFI) MODE
NorFlashCMDPut(0x55,0x98);
//开始读取数据
uint8_t buf[10]={0,0,0,0,0,0,0,0,0};
//尝试读取“QRY”
buf[0]=(uint8_t)NorFlashCMDGet(0x10);
buf[1]=(uint8_t)NorFlashCMDGet(0x11);
buf[2]=(uint8_t)NorFlashCMDGet(0x12);
buf[3]=(uint8_t)'\0';
printf("get 0x20,0x22,0x24=%s\r\n",buf);
printf("end\r\n");
NorFlashCMDPut(0, 0xf0);
}
NOR的擦除与写
注意: NOR的物理地址是需要CPU地址
>>1的，所以操作地址的时候之前的底层函数已经使用了cpu地址>>1但是，Nor是16位位宽的，也就是如下排列的
16位宽 8位宽 00 00，01 01 02，03 02 04，05 03 06，17 我们需要将8位位宽的地址转换为16位位宽的地址，也就是说addr>>1.
void do_write_nor_flash(void)
{
unsigned int addr;
unsigned char str[100];
int i, j;
unsigned int val; /* 获得地址 */
printf("Enter the address of sector to write: ");
addr = get_uint(); printf("Enter the string to write: ");
gets(str); printf("writing ...\n\r"); /* str[0],str[1]==>16bit
* str[2],str[3]==>16bit
*/
i = 0;
j = 1;
while (str[i] && str[j])
{
val = str[i] + (str[j]<<8); /* 烧写 */
nor_cmd(0x555, 0xaa); /* 解锁 */
nor_cmd(0x2aa, 0x55);
nor_cmd(0x555, 0xa0); /* program */ //这个是重点-------------------------------------------------
nor_cmd(addr>>1, val);
//这个是重点------------------------------------------------- /* 等待烧写完成 : 读数据, Q6无变化时表示结束 */
wait_ready(addr); i += 2;
j += 2;
addr += 2;
} val = str[i];
/* 烧写 */
nor_cmd(0x555, 0xaa); /* 解锁 */
nor_cmd(0x2aa, 0x55);
nor_cmd(0x555, 0xa0); /* program */
nor_cmd(addr>>1, val);
/* 等待烧写完成 : 读数据, Q6无变化时表示结束 */
wait_ready(addr);
}
FAQ:
在老师的视频中，写NOR的具体地址时，nor_cmd(addr>>1, val); 这里地址右移1位，老师的解释是地址线A1->A0的缘故.但是我觉得不对.
因为nor_cmd函数已经将地址转换为nor视角的地址了，也就是说我想写nor中的x地址，我们应该直接操作地址x即可.但是测试之后发现代码确实跑的没问题？那么我哪里理解错了呢?
后来想到 Nor是16位位宽的，也就是说Nor中的0，其实对应了存储单元[0,1],结论: 所以这里的地址>>1,并不是因为地址线偏移(其实也是因为地址线，因为是16位，所以偏移1位)，但是从函数的角度来说，实际是因为nor的地址是16位宽的，我们需要转换为8位位宽的 addr>>1 变成16位位宽的地址
后面的测试了下往 addr=1里面写
12，实际是在0,1里面写，往addr=2里面写12，实际是往2里面写，往addr=3里面写，也是在往2里面写判断是否忙(DQ6)
DQ7:Data# Polling bit,DQ7在编程时的状态变化.
在编程过程中从正在编程的地址中读出的数据的DQ7为要写进数据的补码.比如写进的数据为0x0000,及输进的DQ7为'0',则在编程中读出的数据为'1';当编程完成时读出的数据又变回输进的数据即'0'. 在擦除过程中DQ7输出为'0';擦除完成后输出为'1';留意读取的地址必须是擦除范围内的地址.
RY/BY#:高电平表示'停当',低电平表示'忙'.DQ6:轮转位1(Toggle Bit 1).
在编程和擦除期间,读任意地址都会导致DQ6的轮转(0,1间相互变换)当操纵完成后,DQ6停止转换.
DQ2:轮转位2(Toggle Bit 2).当某个扇区被选中擦除时,读有效地址(地址都在擦除的扇区范围内)会导致DQ2的轮转.
留意:DQ2只能判定一个特定的扇区是否被选中擦除.但不能区分这个快是否正在擦除中或者正处于擦除暂停状态.相比之下,DQ6可以区分NorFLASH是否处于擦除中或者擦除状态,但不能区分哪个快被选中擦除.因此需要这2个位来确定扇区和模式状态信息.DQ5: 超时位(Exceeded Timing Limits),当编程或擦除操纵超过了一个特定内部脉冲计数是DQ5=1;这表明操纵失败.当编程时把'0'改为'1'就会导致DQ5=1,由于只有擦除擦做才能把'0'改为'1'.当错误发生后需要执行复位命令(见图1-1)才能返回到读数据状态.
DQ3: (扇区擦除计时位)Sector Erase Timer,只在扇区擦除指令时起作用.当擦除指令真正开始工作是DQ3=1,此时输进的命令(除擦除暂停命令外)都被忽略.DQ3=0,是可以添加附加的扇区用于多扇区擦除.
void wait_ready(unsigned int addr)
{
unsigned int val;
unsigned int pre; pre = nor_dat(addr>>1);
val = nor_dat(addr>>1);
while ((val & (1<<6)) != (pre & (1<<6)))
{
pre = val;
val = nor_dat(addr>>1);
}
}
程序优化
- 老师的写操作并没有去判断地址是否是高低地址，也就是写0地址和写1地址都是写在0地址2个字节，实际上如果写1地址应该先读取0地址，再写1地址，这里会涉及到擦除？ 如果都先擦除就没有这个问题
其他设计点
读写NORFLASH的时候需要关闭中断
因为我们使用NOR启动的时候，cpu执行中断的时候会跳回到0地址，也就是NOR中去读取指令，这个时候如果在操作NOR，很明显取址有问题了，会死机等.之前串口有时候没输出死机可能就是这个原因了.
nor是16位宽的，所以在擦除和写nor的时候，实际地址需要
>>1才是nor要接受的实际地址，具体分析见程序设计章节中的写操作Makefile中加入选项
-march=armv4否则在操作下面函数时，16位变量被处理为2个8位变量.网上搜索是可能gcc 考虑地址对齐的问题volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *)(base + (offset << 1));
*p = val; 30000f3c: e5c23000 strb r3, [r2]
%.o : %.c
arm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $< %.o : %.S
arm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $<
程序应该烧录在NOR上，因为nand启动的时候，片内ram是0地址，mcu无法访问nor
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