【ARM裸板】Nor Flash基础知识与编程示例

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1.NOR与NAND的区别

Flash	NOR	NAND
接口	RAM-Like，引脚多	引脚少，复用（地址数据共用）
容量	小（1-32M）	大（128M+）
读	简单	复杂
写	发出特定命令（慢）	发出特定命令（快）
价格	贵	较便宜
缺点	无位反转、坏块	位反转、坏块
一般存放	bootloader（关键程序）	大文件、视频
xip	可以	不可以

• xip（eXecute In Place），即芯片内执行，指应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。flash内执行是指nor flash 不需要初始化，可以直接在flash内执行代码。但往往只执行部分代码，比如初始化RAM.

2.命令表

• UBOOT下读写数据

2.1 读数据

• md.b为读命令
• mw.w为写命令

md.b 0

2.2 读ID

• Nor手册
  • 往（555H）写入AAH
  • 往（2AAH）写入55H
  • 往（555H）写入90H
  • 读（0）得到厂家（Manifacture）ID：C2H
  • 读（1）得到设备（Device）ID：22C4/2249

但是由于地址是错开1位的（具体原因可查看第15章），则往CPU写的地址需要addr<<1，即（地址*2）因此：

• UBOOT下
  • 往（AAAH）写入AAH
  • 往（554H）写入55H （这两步为解锁命令）
  • 往（AAAH）写入90H（90H为命令）
  • 读（0H）得到厂家（Manifacture）ID：C2H
  • 读（2H）得到设备（Device）ID：22C4/2249
  • 退出读ID状态（即复位）

mw.w aaa aa
mw.w 554 55
mw.w aaa 90
md.w 0 1   #读0地址1次
md.w 2 1   
mw.w 0 F0

2.3 CFI模式

CFI（Common Flash Interface）

• Nor手册
  • 往（55H）写入98H（进入CFI模式）
  • 读（27H）得到容量2^n的n
  • 退出CFI模式（复位）
• UBOOT下
  • 往（AAH）写入98H（进入CFI模式）
  • 读（4EH）得到容量2^n的n
  • 往（0H）写入F0H

3.基本函数

3.1 写函数

• Nor Flash 地址线21：即可访问2M内存，0x1FFFFF，其范围地址为 0~0x1FFFFF

#define NOR_FLASH_BASE 0 /* Nor Flash基地址 nor-->cs0,base_addr = 0 */

/* Nor Flash写入一个字
 * 基地址：base，偏移地址：offset，写入的值：value
 * eg: 55 98
 * 往(0 + (0x55)<<1 )写入0x98
*/
void nor_write_word(unsigned int base,unsigned int offset,unsigned short value)
{
	volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *) (base + offset<<1);
	*p = value;
}

• 进行封装

void nor_cmd(unsigned int offset,unsigned short cmd)
{
	nor_write_word(NOR_FLASH_BASE, offset, cmd);
}

3.2 读函数

/* Nor Flash读取一个字
 * 基地址：base，偏移地址：offset
 * eg: 55 98
 * 往(0 + (0x55)<<1 )写入0x98
*/
unsigned int nor_read_word(unsigned int base,unsigned int offset)
{
	volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *) (base + offset<<1);
	return *p;
}

• 进行封装

unsigned int nor_dat(unsigned int offset)
{
	return nor_read_word(NOR_FLASH_BASE, offset);
}

4.识别NOR

4.1 读取ID号

• 往（555H）写入AAH
• 往（2AAH）写入55H
• 往（555H）写入90H
• 读（0）得到厂家（Manifacture）ID：C2H
• 读（1）得到设备（Device）ID：22C4/2249

	/* 1.打印 Manifacture ID、Device ID */
	nor_unlock();       //解锁
	nor_cmd(0x555,0x90);//读命令
	manifa_id = nor_dat(0x00); //读厂家ID
	device_id = nor_dat(0x01); //读设备ID
	nor_reset_mode(); //复位

4.2 进入CFI Mode

• 往（55H）写98H
• CFI（Common Flash Interface）

	/* 1.进入CFI Mode */
	nor_cmd(0x55,0x98); 

4.3 读取容量

• 读（27H）得到容量bytes

	/* 2.打印容量 */
	size = 1<<(nor_dat(0x27));
	printf("nor size = 0x%x, %dM\r\n",size,size>>20);

4.4 读取各个扇区

4.4.1 获得region数量

	regions = nor_dat(0x2C);

4.4.2 region详细信息

erase block region :里面含有1个或多个block，它们大小都一样，一个nor含有1个或多个region，一个region含有1个或多个block(扇区)

• Erase block region information:
  • 前2字节+1：表示该region有多少个block
  • 后2字节*256：表示该block的大小(bytes)

参考CFI标准：

• regions的基址从0x2D开始

region_info_base = 0x2D;
	block_addr = 0;
	for(i = 0;i < regions; i++){
		
		/* 获取block的数量和大小 */
		blocks = 1 + nor_dat(region_info_base) + (nor_dat(region_info_base+1)<<8);//低2字节，获取block数量
		block_size = 256 * (nor_dat(region_info_base+2) + (nor_dat(region_info_base+3)<<8));//高2字节，获取block大小
		region_info_base += 4;//region读取的基址+4

		/* 打印每个block的起始地址 */
		for(j = 0;j < blocks; j++){
			printf("0x%08x ",block_addr);
			block_addr += block_size;
			if( ((++cnt) % 5) == 0){ //每打印5个换行
				printf("\r\n");
			}
		}
	}

4.5 退出CFI Mode

	nor_cmd(0x00,0xF0);//复位

5.写数据

5.1 写入

需要注意一个点，写入的数据是16位的，也就是两个字节，需要一次性写入一个字节，所以在写入之前需要对数据进行整合。

	while(str[i] && str[i+1]){//两个字符都不为0时
		data = str[i] + (str[i+1]<<8);
		nor_unlock();//解锁
		nor_cmd(0x555,0xA0); //写命令
		nor_cmd(addr>>1,data);

		/* 等待烧写完成:读数据Q6，无变化时表示完成*/
		wait_ready(addr);
		i += 2;
		addr += 2;
	}

5.2 判断数据写入完成

• 等待烧写完成:读数据Q6，无变化时表示完成
• 两次读取的结果不一致，说明数据还在变化，继续等待

//等待读取或擦除完毕
void wait_ready(unsigned int addr)
{
	unsigned int pre_val;//上一次的值
	unsigned int cur_val;

	pre_val = nor_dat(addr>>1);
	cur_val = nor_dat(addr>>1);

	/* 两次读取的结果不一致，说明数据还在变化，继续等待 */
	while((cur_val & (1<<6) != (pre_val &(1<<6)))){//当前的Q6不等于上一次的Q6则等待
		pre_val = cur_val;//更新上一次的值
		val = nor_dat(addr>>1);//重新获取
	}
}

6.测试

6.1 读取

6.2 写入

6.3 擦除

7.问题

7.1 系统异常卡死

• 执行多次的菜单选择，导致系统卡死
• 该为定时器造成的异常错误，关闭定时器，则不会卡死
• 因为当测试nor进入CFI模式时，如果发生了中断，CPU必定读NOR，那么读不到正确的指令，导致程序异常崩溃

7.2 nor数据错误

• 读取设备ID时，读到的是0x002f,0xea00,改为反汇编中text的[0]上的数据

• 编译程序加上选项：指定ARM版本指令集-march=armv4 或者指定芯片类型 -mcpu=arm9tdmi
  否则像如下的写入操作会被分成两个strb步骤（我们需要的是strh,一次性写入两个字节），最后导致读取设备ID和厂家ID的时候出错。

     volatile unsigned short *p =value;    
    *p = value;

• 没加编译指定选项（分两次存2个字节）
  
• 加了编译指定芯片类型 -mcpu=arm9tdmi（一次性存2个字节）

8.擦除扇区

void erase_nor_flash(void)
{
	unsigned int addr;
	/* 获得地址*/
	printf("Enter the address of sector to erase:");
	addr = get_uint();
	printf("Erase...\r\n");

	nor_unlock();
	nor_cmd(0x555,0x80); //擦除扇区命令

	nor_unlock(); 
	nor_cmd(addr>>1,0x30); //发出扇区地址
	wait_ready(addr);
}