百为STM32开发板教程之十二——NAND FLASH
参考资料:
百为stm32开发板光盘V3\百为stm32开发板光盘\芯片数据手册\K9F1208.pdf
百为stm32开发板光盘\st官方参考资料\Application notes\AN2784 Using the high-density STM32F10xxx FSMC peripheral to drive external memories.pdf
实验目的:实现擦除NAND FLASH的第一个块，并读写NAND FLASH的开头两页
主要内容：
一、了解STM32 FSMC NAND控制器
二、了解K9F1208 NAND FLASH的原理与操作
三、编程实现擦除K9F1208 NAND FLASH的第一个块，并读写K9F1208 NAND FLASH的开头两页
一、STM32 FSMC NAND控制器
1、1、STM32 FSMC功能框图：
FSMC主要包括有：AHB接口(包含FSMC配置寄存器) ， NOR闪存和PSRAM控制器，NAND闪存和PC卡控制器，外部设备接口
2、STM32 FSMC外部设备地址映射：
从FSMC的角度看，可以把外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块，见下图
● 存储块1用于访问最多4个NOR闪存或PSRAM存储设备。这个存储区又被划分为4个NOR/PSRAM区，并有4个专用的片选。
● 存储块2和3用于访问NAND闪存设备，每个存储块连接一个NAND闪存。
● 存储块4用于访问PC卡设备
每一个存储块上的存储器类型是由用户在配置寄存器中定义的。
其中块2和块3属于NAND存储块，每个存储块又可以划分为通用和属性空间
通用和属性空间又可以在低256K字节部分划分为3个区
● 数据区(通用/属性空间的前64K字节区域)
● 命令区(通用/属性空间的第2个64K字节区域)
● 地址区(通用/属性空间的第2个128K字节区域)
应用软件使用这3个区访问NAND闪存存储器：
● 发送命令到NAND闪存存储器：软件只需对命令区的任意一个地址写入命令即可。
● 指定操作NAND闪存存储器的地址：软件只需对地址区的任意一个地址写入命令即可。因为一个NAND地址可以有4或5个字节(依实际的存储器容量而定)，需要连续地执行对地址区的写才能输出完整的操作地址。
● 读写数据：软件只需对数据区的任意一个地址写入或读出数据即可。 因为NAND闪存存储器自动地累加其内部的操作地址，读写数据时没有必要变换数据区的地址，即不必对连续的地址区操作。
3、STM32的NAND控制信号
（1）STM32 FSMC NAND控制信号描述：
（2）STM32 FSMC信号连接K9F1208 NAND FLASH：
（3）百为STM3210E-EVAL开发板上STM32和K9F1208的连接电路图（这里电路图上画的是NAND512，实际焊接的硬件是K9F1208）：
二、K9F1208 NAND FLASH的原理与操作
1、K9F1208 的硬件结构组织
K9F1208是容量为512M bit，即64M byte的存储器，它是由4096个块（block）组成，其中每个块又是由32个页（page）组成，每个页由512byte+16byte组成。
K9F1208的读写都是以页为单位，而擦除则是以块为单位。
程序中相关定义：
/* FSMC NAND memory parameters */
#define NAND_PAGE_SIZE ((u16)0x0200) /* 512 bytes per page w/o Spare Area */
#define NAND_BLOCK_SIZE ((u16)0x0020) /* 32x512 bytes pages per block */
#define NAND_ZONE_SIZE ((u16)0x0400) /* 1024 Block per zone */
#define NAND_SPARE_AREA_SIZE ((u16)0x0010) /* last 16 bytes as spare area */
#define NAND_MAX_ZONE ((u16)0x0004) /* 4 zones of 1024 block */
2、K9F1208引脚定义
3、K9F1208的操作命令集
（1）读ID命令：
先输出命令90H，再输出地址00H，然后读回4个字节的数据即是K9F1208的ID，ECH，76H，5AH，3FH
代码如下：
void FSMC_NAND_ReadID(NAND_IDTypeDef* NAND_ID)
{
u32 data = 0;
/* 发送命令到命令区0x70010000 */
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = 0x90;
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;
/* 从K9F1208 NAND FLASH读回ID序列 */
data = *(vu32 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA); //从数据区0x70000000读回数据
NAND_ID->Maker_ID = ADDR_1st_CYCLE (data);
NAND_ID->Device_ID = ADDR_2nd_CYCLE (data);
NAND_ID->Third_ID = ADDR_3rd_CYCLE (data);
NAND_ID->Fourth_ID = ADDR_4th_CYCLE (data);
}
（2）块擦除命令
块擦除是先输出60H，再输出块地址，然后输出D0H，用70H读回状态，等待操作完成即可
u32 FSMC_NAND_EraseBlock(NAND_ADDRESS Address)
{
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE0; //发送命令60H到命令区0x70010000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A9~A16到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A17~A24到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A25到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE1; //发送命令D0H到命令区0x70010000
return (FSMC_NAND_GetStatus()); //读回操作结果
}
（4）页写入命令
因为每个页（page）可分为A，B，C三个区
所以页写入也分为三种方式：
具体时序：
我们这里采用的第一种方式，可以写入0~528byte的数据。K9F1208属于小页的NAND（512byte+16byte），区别于大页的NAND（2048byte+64byte）
u32 FSMC_NAND_WriteSmallPage(u8 *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, u32 NumPageToWrite)
{
u32 index = 0x00, numpagewritten = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
u32 status = NAND_READY, size = 0x00;
while((NumPageToWrite != 0x00) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS) && (status == NAND_READY))
{
/* 页写命令和地址 */
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_AREA_A; //发送命令00H到命令区0x70010000，从A区开始写入
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_WRITE0; //发送命令80H到命令区0x70010000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00; //发送地址A0~A7到地址区0x70020000，从地址0开始写入
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A9~A16到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A17~A24到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A25到地址区0x70020000
/* 计算写入数据的大小 */
size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpagewritten);
/* 写入数据 */
for(; index < size; index++)
{
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA) = pBuffer[index]; //发送数据到数据区0x70000000
}
/* 检查状态看是否操作成功 */
status = FSMC_NAND_GetStatus();
if(status == NAND_READY) //如果操作完成
{
numpagewritten++; //已写入页数加1
NumPageToWrite--; //待写入页数减1
/* 计算要写入的下一个小页的地址 */
addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);
}
}
return (status | addressstatus);
}
（5）read 1页读命令
页读命令是先输出00H，再输出要读入的页地址，然后就可以读回最多528byte的数据了。
u32 FSMC_NAND_ReadSmallPage(u8 *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, u32 NumPageToRead)
{
u32 index = 0x00, numpageread = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
u32 status = NAND_READY, size = 0x00;
while((NumPageToRead != 0x0) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS))
{
/* 页读命令和页地址*/
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_AREA_A; //发送命令00H到命令区0x70010000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00; ////发送地址A0~A7（00H）到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A9~A16到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A17~A24到地址区0x70020000
*(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A25到地址区0x70020000
/* 计算要读的数据大小 */
size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpageread);
/* 读数据到pBuffer */
for(; index < size; index++)
{
pBuffer[index]= *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA); //从数据区0x70000000读回数据
}
numpageread++; //已读的页数加1
NumPageToRead--; //待读的页数减1
/* 计算下一个要读的页地址 */
addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);
}
/* 检查状态看是否操作成功 */
status = FSMC_NAND_GetStatus();
return (status | addressstatus);
}
三、编程实现擦除K9F1208 NAND FLASH的第一个块，并读写K9F1208 NAND FLASH的开头两页
/* main.c */
/* FSMC NAND初始化 */
FSMC_NAND_Init();
/* 读NAND ID操作 */
FSMC_NAND_ReadID(&NAND_ID);
/* 检查ID是否正确 */
if((NAND_ID.Maker_ID == NAND_K9F1208_MakerID) && (NAND_ID.Device_ID == NAND_K9F1208_DeviceID))
{
/* 初始化要写入NAND的页地址 */
WriteReadAddr.Zone = 0x00;
WriteReadAddr.Block = 0x00;
WriteReadAddr.Page = 0x00;
/* 擦除NAND FLASH的第一个块（第1和第2页所在的块） */
status = FSMC_NAND_EraseBlock(WriteReadAddr);
/* 写数据到NAND FLASH的第1和第2页 */
/* 填充要发送的数据到buffer */
Fill_Buffer(TxBuffer, BUFFER_SIZE , 0x66);
status = FSMC_NAND_WriteSmallPage(TxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber); //PageNumber=2，表示要写入第1和第2页
/* 从NAND FLASH读回数据 */
status = FSMC_NAND_ReadSmallPage (RxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber);
/* 比较写入的数据和读回的数据是否相等 */
for(j = 0; j < BUFFER_SIZE; j++)
{
if(TxBuffer[j] != RxBuffer[j])
{
WriteReadStatus++;
}
}
if (WriteReadStatus == 0)
{
/* 如果相等，则点亮LED1 */
GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_6);
}
else
{
/* 否则，点亮LED2 */
GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_7);
}
}
else //ID不正确
{
/* 点亮LED3 */
GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_8);
}
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