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

NOR/NAND Flash的差別

• Nor Flash的塊大小範圍為64kB、128kB：NAND Flash的塊大小範圍為8kB，64kB，擦/寫一個Nor Flash塊需4s，而擦／寫一個NAND Flash塊僅需2ms。
• NAND Flash一般以512字節為單位進行讀寫。這使得Nor Flash適合於運行程序，而NAND Flash更適合於存儲數據
• 容量相同的情況下，NAND Flash的體積更小.Nor Flash的容量通常為IMB~4MB(也有32MB的Nor Flash)，NAND Flash的容量為8MB~512MB。
• 在Nor Flash上常用jffs2文 件系統，而在NAND Flash常用yaffs文件系統。在更底層，有MTD驅動程序實現對它們的讀、寫、擦除操仵，它也實現了EDC/ECC校驗。
• 這裏用的nor裏面有4個bank，每個bank裏面有若幹block（擦除大小），不同bank裏面的block可能不一樣的

引腳接口

更多信息參考 2440內存管理

這裏NorFlash是16位的,所以地址線忽略A0

命令

所謂命令是什麽意思呢?

• Read MODE,就是先發送地址,然後就有數據得到,和正常的讀內存是一樣的

• Reset Mode,往任意地址寫0xF0都退出特殊模式

• 讀ID,NOR Flash 分為1字節和2字節模式,所以有兩種情況的操作指令.板載是2字節的.操作如下:
  1. 發送地址555,發送數據AA, 0x555*2=0xaaa
  2. 發送地址2AA,發送數據55 0x2AA*2=0x554
  3. 發送地址555，發送數據90 0x555*2=0xaaa
  4. 發送地址00，收到數據C2

但是板載的MCU的A1接到Nor的A0,所以也就是Nor獲得地址X，實際MCU需要發送地址X<<1

註意，這個uboot應該在NOR上啟動，因為NAND啟動的時候，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"

參數識別（CFI）

CFI(common flash interface)探測，就是直接發各種命令來讀取芯片的信息，比如 ID、容量等，芯片本身就包含了電壓有多大，容量有有多少等信息.其實就是先用55地址寫98，然後讀參數.

一般情況下先去讀取是否支持CFI，也就是

1. 寫98H到55H
2. 查詢0x10，0x11,0x12是否為QRY字符串
3. 如果是，那麽支持CFI接口

下圖中讀取地址10，讀取到0x0051=‘Q‘，比如讀設備大小地址0x27,會讀到0x15=2**15/1024/1024=2M,具體的一些參數參考標準文檔CFI100

識別存儲信息,其中具體的信息要搜索文檔CFI100

可以看到有4個bank reggion，region裏又若幹sector.這個是擦除最小單位了.根據計算如下.其中2D為低位，2E為高位.block=[2E:2D]+1,

CFI描述如下

備註手冊裏另一張圖Table 1-1. MX29LV160DT SECTOR ARCHITECTURE好像是倒著來的扇區排序

寫數據

NorFlash也是一種FLASH，需要先擦除才能寫數據.對於已經擦除的單元，同樣需要命令才能寫入

命令參考，往1M的地方寫，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    ..

//讀取
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.

//接下來不能直接寫了 又需要重新來執行命令
OpenJTAG> mw.w 200004 5555
OpenJTAG> md.w 200004
00200004: ffff    ..

程序設計

註意 板載的是16位位寬，地址線是CPU的A1接到NOR的A0，所以MCU地址=NOR指令地址*2.

調試代碼 的時候發現工具MobaXterm_Personal_10.4有時候無法接受串口輸入，重啟下軟件串口

• 基本的讀寫操作

   #define NOR_BASE_BANK   0
  
  /**
   * @brief 在基於Nor cmd_addr的位置寫入 val
   * 比如在55H的地方寫入x,也就是地址信號發出55,
   * 對應實際的地址線為55<<1 地址線 加上bank的基地址，
   * 所以cpu實際的地址是 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 讀取2字節
   * 
   * @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寫入16位數據
   * @param addr cmd地址
   * @param val  寫入的值
   */
  void NorFlashCMDPut(uint16_t addr,uint16_t val )
  {
      NorWriteU16(NOR_BASE_BANK,addr,val);
  }
  /**
   * @brief CMD讀取Nor的16位數據
   * 
   * @param addr 
   * @param val 
   * @return uint16_t 
   */
  uint16_t NorFlashCMDGet(uint16_t addr)
  {
      return NorReadU16(NOR_BASE_BANK,addr);
  }
  

• 識別CFI

  void NorFlashInfo(void)
  {
      // 進入CFI模式，INTERFACE (CFI) MODE 
      NorFlashCMDPut(0x55,0x98);
      //開始讀取數據
          uint8_t buf[10]={0,0,0,0,0,0,0,0,0};
          //嘗試讀取“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的擦除與寫

  註意: NOR的物理地址是需要CPU地址>>1的，所以操作地址的時候之前的底層函數已經使用了cpu地址>>1

  但是，Nor是16位位寬的，也就是如下排列的

  16位寬	8位寬
  00	00，01
  01	02，03
  02	04，05
  03	06，17

  我們需要將8位位寬的地址轉換為16位位寬的地址，也就是說addr>>1.

  void do_write_nor_flash(void)
  {
    unsigned int addr;
    unsigned char str[100];
    int i, j;
        unsigned int val;
  
    /* 獲得地址 */
    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);
  
        /* 燒寫 */
        nor_cmd(0x555, 0xaa);    /* 解鎖 */
        nor_cmd(0x2aa, 0x55); 
        nor_cmd(0x555, 0xa0);    /* program */
  
          //這個是重點-------------------------------------------------
        nor_cmd(addr>>1, val);
          //這個是重點-------------------------------------------------
  
  
        /* 等待燒寫完成 : 讀數據, Q6無變化時表示結束 */
        wait_ready(addr);
  
        i += 2;
        j += 2;
        addr += 2;
    }
  
    val = str[i];
    /* 燒寫 */
    nor_cmd(0x555, 0xaa);    /* 解鎖 */
    nor_cmd(0x2aa, 0x55); 
    nor_cmd(0x555, 0xa0);    /* program */
    nor_cmd(addr>>1, val);
    /* 等待燒寫完成 : 讀數據, Q6無變化時表示結束 */
    wait_ready(addr);
  }

  FAQ:

  在老師的視頻中，寫NOR的具體地址時，nor_cmd(addr>>1, val); 這裏地址右移1位，老師的解釋是地址線A1->A0的緣故.但是我覺得不對.
  因為 nor_cmd函數已經將地址轉換為nor視角的地址了，也就是說我想寫nor中的x地址，我們應該直接操作地址x即可.

  但是測試之後發現代碼確實跑的沒問題？那麽我哪裏理解錯了呢?
  後來想到 Nor是16位位寬的，也就是說Nor中的0，其實對應了存儲單元[0,1],

  結論: 所以這裏的地址>>1,並不是因為地址線偏移(其實也是因為地址線，因為是16位，所以偏移1位)，但是從函數的角度來說，實際是因為nor的地址是16位寬的，我們需要轉換為8位位寬的 addr>>1 變成16位位寬的地址

  後面的測試了下往 addr=1裏面寫12，實際是在0,1裏面寫，往addr=2裏面寫12，實際是往2裏面寫，往addr=3裏面寫，也是在往2裏面寫

  參考鏈接

• 判斷是否忙(DQ6)

  • DQ7:Data# Polling bit,DQ7在編程時的狀態變化.
    在編程過程中從正在編程的地址中讀出的數據的DQ7為要寫進數據的補碼.比如寫進的數據為0x0000,及輸進的DQ7為‘0‘,則在編程中讀出的數據為‘1‘;當編程完成時讀出的數據又變回輸進的數據即‘0‘. 在擦除過程中DQ7輸出為‘0‘;擦除完成後輸出為‘1‘;留意讀取的地址必須是擦除範圍內的地址.
    RY/BY#:高電平表示‘停當‘,低電平表示‘忙‘.

  • DQ6:輪轉位1(Toggle Bit 1).
    在編程和擦除期間,讀任意地址都會導致DQ6的輪轉(0,1間相互變換)當操縱完成後,DQ6停止轉換.
    DQ2:輪轉位2(Toggle Bit 2).當某個扇區被選中擦除時,讀有效地址(地址都在擦除的扇區範圍內)會導致DQ2的輪轉.
    留意:DQ2只能判定一個特定的扇區是否被選中擦除.但不能區分這個快是否正在擦除中或者正處於擦除暫停狀態.相比之下,DQ6可以區分NorFLASH是否處於擦除中或者擦除狀態,但不能區分哪個快被選中擦除.因此需要這2個位來確定扇區和模式狀態信息.

  • DQ5: 超時位(Exceeded Timing Limits),當編程或擦除操縱超過了一個特定內部脈沖計數是DQ5=1;這表明操縱失敗.當編程時把‘0‘改為‘1‘就會導致DQ5=1,由於只有擦除擦做才能把‘0‘改為‘1‘.當錯誤發生後需要執行復位命令(見圖1-1)才能返回到讀數據狀態.

  • DQ3: (扇區擦除計時位)Sector Erase Timer,只在扇區擦除指令時起作用.當擦除指令真正開始工作是DQ3=1,此時輸進的命令(除擦除暫停命令外)都被忽略.DQ3=0,是可以添加附加的扇區用於多扇區擦除.

    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);     
        }
    }

程序優化

1. 老師的寫操作並沒有去判斷地址是否是高低地址，也就是寫0地址和寫1地址都是寫在0地址2個字節，實際上如果寫1地址應該先讀取0地址，再寫1地址，這裏會涉及到擦除？ 如果都先擦除就沒有這個問題

其他設計點

1. 讀寫NORFLASH的時候需要關閉中斷

   因為我們使用NOR啟動的時候，cpu執行中斷的時候會跳回到0地址，也就是NOR中去讀取指令，這個時候如果在操作NOR，很明顯取址有問題了，會死機等.之前串口有時候沒輸出死機可能就是這個原因了.

2. nor是16位寬的，所以在擦除和寫nor的時候，實際地址需要>>1才是nor要接受的實際地址，具體分析見程序設計章節中的寫操作

Nor flash操作