Nor flash操作

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title: NorFlash 学习
tags: ARM
date: 2018-10-19 18:31:59
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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

更多信息参考 2440内存管理

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:
  1. 发送地址555,发送数据AA, 0x555*2=0xaaa
  2. 发送地址2AA,发送数据55 0x2AA*2=0x554
  3. 发送地址555，发送数据90 0x555*2=0xaaa
  4. 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

1. 写98H到55H
2. 查询0x10，0x11,0x12是否为QRY字符串
3. 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

• 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

  参考链接

• 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

1. 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

1. 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.

2. 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