看时序图写程序--nand flash

1万 · 2017-1-25 21:57

这篇**不是介绍 nand flash的物理结构和关于nand flash的一些基本知识的。你需要至少了解你手上的 nand flash的物理结构和一些诸如读写命令

操作的大概印象，你至少也需要看过 s3c2440中关于nand flash控制寄存器的说明。

由于本人也没有专门学过这方面的知识，下面的介绍也是经验之谈。

这里我用的 K9F2G08-SCB0 这款nand flash 来介绍时序图的阅读。不同的芯片操作时序可能不同，读的命令也会有一些差别。

当然其实有时候像nand flash这种 s3c2440内部集成了他的控制器的外设。具体到读写操作的细节时序(比如 CLE/ALE的建立时间，写脉冲的宽度。数据的建立和保持时间等)，不明白前期也没有多大的问题。

因为s3c2440内部的nand flash控制器做了大部分的工作，你需要做的基本就是设置几个时间参数而已。然后nand flash会自动进行这些细节操作。

当然如果处理器上没有集成 nand flash的控制器那么久必须要自己来写时序操作了。所以了解最底层的时序操作总是好的

但是上层一点的，比如读写操作的步骤时序（比如读操作，你要片选使能，然后发命令，然后发地址，需要的话还需发一个命令，然后需要等待操作完成，然后再读书数据）。

是必须要明白的。这都不明白的话，怎么进行器件的操作呢

也就是说 s3c2440 可以说在你设置很少的几个时间参数后，将每一个步骤中细微的操作都替你做好了。（比如写命令，你只要写个命令到相应寄存器中，cpu内部就会协各个引脚发出

适应的信号来实现写命令的操作）。

而我们所需要做的就是把这些写命令，写地址，等待操作完成。等步骤组合起来。从而完成一个读操作

就像上面说的，虽然我们不会需要去编写每个步骤中的最细微的时序。但是了解下。会让你对每个操作步骤的底层细节更加明了

先来看一个命令锁存的时序。也就是上面说的读 nand flash操作中不是有一个写命令步骤吗。那么这个步骤具体是怎么实现的。

首先我们肯定是要片选 nand flash。只有选中芯片才能让他工作啊

nand flash是通过 ALE/CLE (高电平有效)来区分数据线上的数据时命令（CLE有效），地址（ALE有效）还是数据（CLE/ALE都无效）。

那么这里既然是写命令那么就一定是 CLE有效（高电平） ALE无效（低电平）。

同样命令既然是写给nand flash的那么肯定有一个写周期。我们需要注意的是，写是在上升沿有效还是下降沿有效。

1万 · 2017-1-25 21:58

时序图如下：

1 这里是命令锁存是时序，那么我们要注意的其实就只有 CLE 为高电平期间这段时序。（写命令啊，CLE有效时（高电平）指示现在的数据其实命令）ALE此时一定为低电平我们可以不关心他

2 所以，CLE为低电平的时期，其他大部分引脚上都是灰色的阴影，这代表我们不需要关心这段时期这些引脚的电平

3 那么这个数据是什么时候被nand flash读取到的呢，注意到 nWE信号在上升沿有一个贯穿所有其他引脚时序的竖线（这好像是叫生命线？我也不清楚）

这就是说明，写入的数据（命令也是数据啊，只是可以通过CLE有效来区分）是在 WE的上升沿有效。

也就是说，虽然 WE是在低电平有效，但并不是说 WE一变成低电平，命令就被锁存了（即真正获得命令）而是在 WE 的上升沿，命令才真正被锁存。

知道了上面这三点，也就知道了一个大概，那么剩下的图中也只剩那些 txx 的标号。明显它指的是时间，但是具体指什么时间呢。

指的就是箭头两边所指的两条竖线之间的时间。（在每个信号的跳变沿，都有小竖线）

剩下的就是这些时间到底是代表什么了。这里没什么难的，刚接触的觉得看不懂。是因为之前从来没接触过。（就像单片机刚学的时候不也是各种不懂，原因就是我们从没接触过）。
这些时间标号，在数据手册的前面都有说明

比如 tCLS tCLH 从数据手册中我们可以看到分表代表的 CLE建立时间，和CLE信号保持时间。

简单点你可以理解为，我让 CLE引脚变成高电平，总得给人间一点时间去变成高电平吧。总不能瞬间就变成高电平

不过从时序图中我们能看到更多的端倪，之前不是说过 WE 的上升沿上不是有一个最长贯穿其他信号线的竖线吗。我们说他指示了，数据（命令也是数据）

是在上升沿被锁存的，在 WE 的上升沿，我写到数据线上的命令数据才真正被锁存（接收），但是我们注意到 CLE 信号在WE上升沿之前有就有效了。

所以我们说，在命令数据真正被锁存之前，CLE 有效的那段 tCLS 时间叫做 CLE信号建立时间。

WE上升沿后。命令已经被接受了，但这时候 CLE 其实可以变为无效了，因为已经获取到命令了

但是他并没有立刻结束，而是 Tclh时间之后才结束。那么我们称这段时间 tCLH 为 CLE 保持时间。

1万 · 2017-1-25 22:00

那么再根据手册中的说明 tCS 表示片选信号建立时间，tCH表示片选信号保持时间

tDS表示数据建立时间，tDH表示数据保持时间

这里我们看到一个小规律，在数据手册中以 S 结尾的时间通常指的是建立时间，以 H 结尾的时间指的是保持时间

这里命令锁存的时序就分析完了。我们再来看看地址锁存时序图，这个图有点复杂，

因为nand flash的特性是地址周期通常需要好几个，就是一个地址是分几次发送的

再给出数据手册中对应时间标号的说明

同样我们按照上面分析的步骤

1 这里是地址锁存是时序，那么我们要注意的其实就只有 ALE 为高电平期间这段时序。（写命令啊，ALE有效时（高电平）指示现在的数据其实是地址）CLE此时一定为低电平，可以不用管

2 所以，ALE 为低电平的时期，其他大部分引脚上都是灰色的阴影，这代表我们不需要关心这段时期这些引脚的电平

3 同样 WE 的上升沿有一个贯穿其他信号线的长竖线，这也是代表数据（这里其实是地址）在上升沿被锁存

1万 · 2017-1-25 22:01

这个时序其实并不复杂，只是他不是像上面分析的那样都是一些建立时间和保持时间。这里牵涉到跟多的时间标号

不过就像前面说的. 看手册！手册里对每个时间参数都有说明。不过初学者通常即使看手册，对这些时间参数也是不知道是什么意思。

这里我们看手册前，先来自己分析下。方**了，手册就成了验证你对不对的东西了，而不是你寻找答案的东西。

TRC 这个参数有点简单。看他的范围是一个 RE周期的时间，那么就跟前面的 tWC 应该是一样的。那它应该代表的就是 RE信号的一个周期时间（读信号的一个周期）

TREA 呢？看标号看不出所以然，那么我们就看他的起始和结束时间。从时序图能看到，这个指的是从RE有效（变低）到数据出现之间的时间。

那么tREA 可想而知就应该是读信号有效到数据被读之间的时间

后面的都是这个同样的分析方法

比如最后的那个 tRHZ 是从 RE 无效（高电平）到数据线变成高阻态之间的时间（数据线画在中间表示的是高阻态）

看下手册中的解释也基本就是这个意思

到这里对于时序图怎么看，相信大家都应该能理解了。甚至可能连手册都不用看，就知道他是什么意思了。因为我们能从时间的起始地址来推测时间标号的意思

1万 · 2017-1-25 22:02

使能，然后发命令(读命令)，

然后发地址（要读的数据的地址），需要的话还需发一个命令，然后需要等待操作完成，然后读书数据）

说完了这些具体的单元操作，那么我们再来看看一个读操作具体需要哪些步骤。也就是我们需要真正必须掌握的时序操作

对于我这款 nand flash 读操作时序如下

我们要注意的主要是最下面一行即 I/Ox 信号线的状态，他指示了读操作需要哪些，单元步骤。

1 首先我们看到有一个 0x00 是什么？数据？地址？命令？ 看 ALE/CLE线啊，这两根线不是决定了现在的数据的类型嘛

顺着往上看，我们知道0x00是在 CLE有效期间的数据那么它就是一个命令

2 然后是 address(5Cycle) 即五个地址序列(这款nand flash 指定读数据的地址时要发送五个地址序列)，往上看，是在ALE有效期间的数据，那么应该就是地址了

（对于这五个地址，前面两个是列地址，后面三个是行地址。在nand flash的物理结构中行地址对应的某一页，列地址就对应这一页中的某一列）

3 接着又是 0x30，此时 CLE有效，那么就是命令了（也就是说这款nand flash的读操作需要两个命令）。

但是之后数据并未立刻出来，我们看到在到 DATA Output即数据输出之前还有一段时间，为什么有这段时间？

往上看 R/nB 这个数据线上说明了原因，这段时间内它是低电平即指示现在处于忙碌状态，还未准备好数据输出。为什么会这样？

因为你写了一个命令，写了要读数据的地址，又写了一个命令。你总要给 cpu一些时间去处理这些命令吧，

R/nB为低电平这段时间就是在处理这些命令（实际上是根据命令将你定位的那一页数据读到内部寄存器中），

等 R/nB变成高电平了，就指示命令处理完毕，现在数据也就可以读出来了。

1万 · 2017-1-25 22:03

综上我们从手册中我们就知道了读操作的具体步骤，

1 首先nand flash 也是一个外设，要访问他就需要片选它，所以在执行时序图上的步骤之前需要片选nand flash.

2 看后面就是安装时序图来了，看时序图! 第一步先是发送一个命令 0x00.

3 看时序图！然后发送五个地址序列（先发送两个列地址，在发送三个行地址（即页地址））

4 看时序图！接着再是一个命令 0x30.

5 看时序图！ R/nB 引脚为低表示现在正忙，正在处理这些命令，那就要等待 R/nB 引脚变为高电平

6 看时序图！这个时候就可以读数据了

7 一次读操作结束了 nand flash 暂时是不需要使用了，那么别忘了应该取消片选信号。

1万 · 2017-1-25 22:06

至于这每一个步骤中具体的时序，cpu中的nand flash控制器会帮我们完成。我们要做就是设置几个时间参数

这里我们反复强调了要看时序图。其实学嵌入式前期对数据手册一定要多看，看多了你就回知道，什么东西的你重点要看的，什么是和你的编程操作无关的你不需要关心。这样后面你才能，拿到一个外设就能写出他的操作。而不用跟着书背步骤。只要手册在就行了。

上面的步骤，是一个具体的读操作的步骤，不过在使用一个器件之前我们需要初始化一下它。至于初始化也就是设置我们上面多次提到的

我们说过 s3c2440已经帮我做了很多底层的单元操作，我们只需设置几个时间参数片内的 nand flash就会自动发出相应操作的时序操作

那么到底设置那几个时间呢。

s3c2440 手册上给出了需要我们设置的几个参数。

从中我们可以看出第一幅时序图是命令和地址锁存的时序，第二幅是数据读取和写入的时序。
可以看出，他们要设置的时间都是一样的。前面分析了那么多，这里应该不难看出

1 TACLS 很明表示的是 CLE/ALE 的建立时间（这里并不准确，其实是 CLE/ALE有效到 WE 变成低电平之间的时间，但 WE 却是在上升沿才锁存命令/地址）

2 TWRPH0 代表的是 WE 的脉冲宽度，即有效时间

3 TWRPH1 代表的是 CLE/ALE 的保持时间

1万 · 2017-1-25 22:07

那到底设置成什么数字呢。既然上图中读/写/命令/地址操作需要的时间参数都是一样的

那么我们从 nand flash中随便找一个命令时序来对照不就行了

就拿上面我们说过的命令锁存时序来对比

那么我们就能得到下面的关系

TWRPH0 = tWP

TWRPH1 = tCLH

TACLS = tCLS - tWP

然后设置成多少呢？看手册啊，手册中对 tWP tCLH tCLS 都会至少给出需要的最小时间

这款芯片nand flash手册中这三个参数要求是

所以 TWRPH0 = tWP >=12ns

TWRPH1 = tCLH >=5ns

TACLS = tCLS - tWP >=0；

而这三个参数在s3c2440的数据手册中说明为

当然这里的时间都是以 HCLK 为单位的，这几个参数是在 nand flash控制寄存器中的 NFCONF中设置的

这里我没用使用MPLL 所以HCLK是 12MHZ

所以 TWRPH0 = 0 TWRPH1 =0 TACLS =0; (如果你的时钟频率比较高，那就要设别的数了。当然有是有你真不知道，设置大点总没错，只不过速度可能会慢点。)

所以 NFCONF =0;（NOFCONF其他位数据手册中有说明，这里只是简单读操作，其他位可以不设置）

然后是初始化一下 ECC 使能nand flash控制器（我们只是设置了几个时间参数，时序的具体操作就是靠他来完成的，所以要使能他）

然后先　取消片选nand flash 因为我们现在还没有操作它啊，只是初始化一下。所以还是应该先取消片选，等真正读的时候再使能片选信号

1万 · 2017-1-25 22:07

NFCONT = (1<<4) | (1<<1) (1<<0);

（数据手册中有对应位的说明）

最后，第一次使用nand flash 我们需要复位操作一下。

综上，nand flash 的初始化代码如下

void nand_init(void){

NFCONF =0;

NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);

nand_reset(); //nand reset代码在后面

}

下面代码一些地址的写法是与 nand flash 型号有关的。具体需要参考芯片手册

void select_chip(void){

NFCONT &= (~(1<<1)) ;

int i;

for(i=10;i>0;i--);

}

void deselect_chip(void){

NFCONT |= (1<<1);

int i;

for(i=10;i>0;i--);

}

void write_command(unsigned char command){

NFCMMD = command;

int i;

for(i=10;i>0;i--);

}

/*

这款nand flash 的页大小是 2K

五个地址周期 (2个列地址和3和行地址（页地址）)

*/

void write_address(unsigned int address){

unsigned int page = address/2048;

unsigned int col = address&2048;

int i;

NFADDR = col & 0xff;

for(i=5;i>0;i--);

NFADDR = (col >>8) & 0x0f;

for(i=5;i>0;i--);

NFADDR = page & 0xff;

for(i=5;i>0;i--);

NFADDR = (page >>8)& 0xff;

for(i=5;i>0;i--);

NFADDR = (page >>16)&0x01;

for(i=5;i>0;i--);

}

unsigned char read_one_data(void){

return NFDATA;

int i;

for(i=10;i>0;i--);

}

void wait_ready(void){

while(!(NFSTAT & 1));

int i;

for(i=10;i>0;i--);

}

static void nand_reset(void){

select_chip();

write_command(0xff);

wait_ready();

deselect_chip();

}

void nand_init(void){

NFCONF =0;

NFCONT = (1<<4) | (1<<1) | (1<<0);

nand_reset();

}

/*

nand flash 的读操作是以页为单位的。

des: nand flash中读出的数据放到哪

start_addr：从哪里开始读

size: 读多大

*/

void nand_read(unsigned char *des,unsigned int start_addr,unsigned int size){

unsigned int col = start_addr & 2048;

select_chip();

unsigned int start = start_addr;

unsigned int end = start_addr + size;

while(start < end){ //每读一页需要发一次命令

write_command(0x00);

write_address(start);

write_command(0x30);

wait_ready();

while((col<2048) && (start<end)){ //在一页中读，我用的型号一页大小为2K

*des = read_one_data();

des++;

col++;

start++;

}

col =0;

}

deselect_chip();

}

1万 · 2017-1-25 22:08

总的就是这个样，想提高还需要多练习。以上我是转载来的。

1万 · 2017-1-25 22:31

具体到读写操作的细节时序(比如 CLE/ALE的建立时间，写脉冲的宽度。数据的建立和保持时间等)

1万 · 2017-1-25 22:39

比如读写操作的步骤时序（比如读操作，你要片选使能，然后发命令，然后发地址，需要的话还需发一个命令，然后需要等待操作完成，然后再读书数据）

1万 · 2017-1-26 11:03

static void nand_reset(void){
      select_chip();
      write_command(0xff);
      wait_ready();
      deselect_chip();
}

只看该作者 · 2017-1-26 13:56

在命令数据真正被锁存之前，CLE 有效的那段 tCLS 时间叫做 CLE信号建立时间。

1万 · 2017-1-26 18:03

这个看时序图写代码的本事应该作为单片机程序员的一个基本技能。

1万 · 2017-1-26 19:57

不管什么单片机方法一样的，先分成大块问题，然后每个大块小华问题。

看时序图写程序--nand flash

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