1、NandFlash的型号与命名

注：本文以S5PV210芯片和K9F2G08芯片做分析

(1)Nand的型号命名都有含义，拿K9F2G08来示例分析一下：K9F表示是三星公司的NandFlash系列。2G表示Nand的大小是2Gbit（256MB）。08表示Nand是8位的（8位就是数据线有8根）
(2)Nand命名中可以看出：厂家、系列型号、容量大小、数据位数。

2、NandFlash的结构框图

2.1、控制电路的总体描述：

整个NandFlash芯片由控制电路和存储颗粒组成，控制电路主要是和Soc进行对接，负责和Soc进行通信。NandFlash需要复杂的时序进行操作，需要接收Soc发送的命令，和Soc间进行传递数据，这些都是控制电路的功能。在上图中，右上角写有：2048M + 64M Bit的框图就是代表的存储介质，其余都是控制电路。

2.2、数据线：

数据线就是用来传送数据的，对应于图中左下角(I/O 0 ——I/O 7),总共有8根地址线，所以这是8位的NandFlash，此外还有16bit的NandFlash。有几根地址线，一次传输的数据就是几位，但是数据线上传输的不仅仅是数据，还包括命令、地址。

2.3、寻址方式：

访问数据都是要先通过地址进行定位，在上图中可以看到有12根列地址线（A0-A11）和17根行地址线（A12-A28），总共29根地址线。数据线是8位，一次只能发送8bit，所以地址需要多个周期发送，上图显示的是5cycle发送，此外还有4cycle的。常说的几个cycle的NandFlash，就是指地址是几个周期发送完成。

3、NandFlash的存储介质：

3.1、页和块：

存储介质是矩阵式排列的，依靠行列进行寻址。页（page）、块（block）都是表示容量的单位，其中将上图中长方体横着切一刀就是一个页，一页的大小是（2K + 64）Byte，一个块等于64个页，整个设备（device）的存储容量等于2048个块。

3.2、寻址方式：

NandFlash是块设备，即读写以page为单位，擦除以block为单位，是不能读取单个字节的，哪怕只需要读取一个字节，也需要将该字节所在的page整个读出。但是需要注意，地址却是可以精确到字节的，所以读写NandFlash时要注意地址要以page地址对齐，擦除时要以block地址对齐，否则可能会出错。

3.3、带内数据和带外数据

上图中可以看到，page = （2K + 64）byte。2K是存储有效数据的，叫带内数据，也就是我们平时所说的容量；64字节是带外数据，是用来存储一些额外信息的，比如：坏块标志、ECC数据等。之所以会需要64字节的带外数据，是因为存储到NandFlash的数据是可能出错的，ECC数据就是读写的时候用来校验的，并且NandFlash随着使用时间的增多是会产生坏块，必须要标记坏块，在操作的时候避开坏块。64字节是用来存储一些冗余信息，保证数据的安全性。

4、NandFlash的常见操作和流程分析

4.1、Nand的命令码

这里的命令码是针对此款芯片的，不同的芯片命令码会有所不同，但是理解的方式是一样的。Soc想要和NandFlash间进行信息的交互，就要通过发送不同的命令码来控制NandFlash，命令码是由NandFlash提供的，命令码就相当于Soc和NandFlash之间的交互协议。比如read操作，需要在第一个周期发送00h，第二个周期发送30h；Block Erase（块擦除）需要第一个周期发送60h，第二个周期发送D0h。我们要进行相应的操作时，就按照上图，发送相应的命令码。命令码也是通过数据线发送的。

4.2、擦除操作：

上图就是擦除的流程图，此图要结合上面的命令码，其中60h和D0h刚好对应上擦除操作的命令码。
1.向NandFlash发送命令码60h；
2.通过多个周期发送地址（块对齐，擦除以块为单位）；
3.发送命令码D0h；
4.读取NandFlash的状态寄存器
5.判断当前是否擦除完成，也就是查看状态寄存器的某些特殊位：I/O的第六位或者R/B位是否为1，如果是则再查看I/O的第一位是否为0。如果是则擦除完成，如果不是则擦除失败。
注：上面是R/B的描述，对应于状态寄存器的某一位。

4.3、坏块检测：

NandFlash是不能直接用的，因为NandFlash的稳定性不是特别好，容易有坏块，所以在使用之前要先进行坏块检测，提前标记好坏块，上图就是坏块检测的流程图：
1.首先将整个NandFlash进行擦除，这一步在上图中没有体现出来，相当于预处理。
2.将块地址设为0，即从第一个块开始检测。校验读出来的值是否是FFh（16位的NandFlash是FFFFh），如果是FFh则代表数据正确。如果不是FFh则表示数据不正确，这个块是坏块，需要创建坏块记录表或者在坏块记录表中记录此块为坏块。
3.如果不是最后一个块，增加块地址，重复以上操作，再读出数据进行校验，直到整个块校验完成。
4.已经校验完最后一个块，即整个坏块检测完成。
备注：擦除后的NandFlash，每个位的值都应该为1.

4.4、页写操作：

页是一次读写的最小单位，写的操作也是严格按照命令码来的。
1.发送80h；
2.多周期写地址（注意地址要页对齐）；
3.写数据；
4.发送10h；
5.读取NandFlash的状态寄存器；
6.判断此次写操作是否成功：先查看I/O的第六位或者R/B位是否为1，如果是则再查看I/O的第一位是否为0。如果是则写成功，如果不是则写失败。
7.虚线框里是验证写进去的数据是否正确，如果有ECC校验码则不必进行后面的步骤。虚线框里的功能就是将刚才写进去的数据再读出来进行对比，看写进去的数据是否正确。
8.一般写数据时会产生ECC检验码，用来数据读出时进行校验数据是否出错。现在Soc的NandFlash控制有硬件ECC，就是在写数据时，开启硬件ECC功能，会由硬件产生ECC校验码，写入数据时，将ECC写到带外数据区即可。

4.5、页读操作：

页读操作相对简单，主要就是按照命令码发送命令去读取数据，然后进行ECC校验。
1.发送00h；
2.多周期写地址（页地址）；
3.发送30h；
4.通过数据线读数据；
5.将读出来的数据进行校验，生成ECC校验码，和带外数据区的ECC校验码进行比较，看读出来的数据是否已经出错。带外数据区的ECC是写数据的时候生成的，用来和读出数据产生的ECC进行比对。

5、补充：为什么读NandFlash进行操作时，总要不停的去读状态寄存器？

首先要明白NandFlash是一个物理器件，不是理想化的模型。NandFlash根据命令完成操作时需要时间的，必须等到上一次操作完成才能进行下一次操作。不管是擦除、读写、检测坏块，归根到底要么是读出存储的数据要么是改变存储的数据。当读写NandFlash时，数据不会直接从地址处传输到数据线上，而是会先放到缓存区，再将缓存区的数据写入NandFlash或者将缓存区的数据通过数据线发送出去，这也是为什么需要读NandFlash的状态，来判断操作是否完成。

6、S5PV210的NandFlash控制器

6.1、结构框图

(1)最左边是系统总线，第二个是AHB时钟总线。NandFlash控制器是连接在AHB时钟总线上，然后再连接到系统总线上，其中就设计要给NandFlash控制器配置时钟频率；
(2)SFR代表的是特殊功能寄存器，操作NandFlash控制器就是去读写那些寄存器；
(3)ECC Gen：这是硬件ECC单元，负责ECC产生和校验的工作。NandFlash容易产生坏块，所以需要数据校验的机制，但是ECC是比较复杂的，如果用软件去ECC校验，那编写NandFlash控制器的代码就很复杂，于是Soc的生成厂商就把ECC功能做成硬件单元，降低使用NandFlash控制的难度，我们在编写初始化NandFlash控制器的代码时，只需要在操作操作相应寄存器把ECC功能配置好。
(4)Control & State Machine：控制和状态模块。我们通过NandFlash控制器和NandFlash控制器进行通信，Control模块负责给NandFlash发送命令，State Machine模块负责检测NandFlash的状态。NandFlash是物理器件，完成NandFlash控制发送的命令是需要时间的，NandFlash控制器在向NandFlash发送命令时，需要先检测NandFlash是否是空闲状态，如果NandFlash还在处理上一条命令，则现在不应该再发送新的命令。
(4)NAND FLASH Interface：NandFlash控制器的物理接口部分，就是在Soc和NandFlash芯片的硬件连接部分。I/O线总共有8根，说明NandFlash是并行接口，一次最多传送8bit数据，其余是控制信号线，具体查阅数据手册。

6.1、特殊功能寄存器

>上面是NandFlash控制器寄存器列表的部分截图，可以看到只有前面几个寄存器是控制、配置、命令、数据相关的寄存器，其余的寄存器都是和ECC功能相关。ECC功能是比较复杂的，如果不是专业从事NandFlash相关的工作一般是不太熟悉ECC的。我们NandFlash的使用者，对于ECC功能相关的寄存器就参照厂商提供的代码进行配置。