NAND flash 信号线的理解

上一篇我们已经讲了NAND flash的分类，这一篇介绍NAND flash 的硬件接口。例如

由NAND Flash的原理图封装，然后查看芯片手册。

由图可知：IO0-IO7:既可传送数据也可传送地址，也可以送传命令。那到底是读是写，还是擦除？怎么区分IO0-IO7传送的是数据？地址？命令？ 那么就需要通过CLE与ALE的状态来区分了。

假如2440要读取A地址的数据，或将数据写入B地址。当CLE为高电平表示IO0-IO7传送的是命令；当ALE为高电平表示IO0-IO7传送的是地址；当ALE与CLE都为低电平的时候，表示IO0-IO7传送的是数据。

CE：片选。当2440要操作访问Nand的时候，首先必须选中。

RE:读信号，当RE为低的时候，表示数据由Nand流向2240;

WE:写信号,当RE为低电的时候，表示数据由2240流向Nand；

WP:写保护,只能写，不能擦除。

R/B:Ready信号，表示Nand Flash烧写完成

这些引脚具体怎么组合起来的，需要查看手册中的时序图。

发（写）命令的时序图：

首先CE发出片选信号，CLE发出高电平，IO 0-7将命令驱动出去，WE写脉冲，在写脉冲的上升沿，Nand flash在上升沿，将IO 0-7中数据读取出来。

发地址的时序图：

CE片选, ALE由低变高，IO 0-7驱动 数据，WE发出写脉冲。

输入（写）数据的时序图：

CE选中，ALE、CLE低电平，2440 IO 0-7驱动 数据，WE写信号，Nand flash根据ALE、CLE低电平，读取数据。

输出（读）数据的时序图：

CE低电平选中，RE由高变为低（Nand flash收到RE由高变低时，马上准备数据，然后在RE的上升沿将数据发送出去），Nand flash 驱动数据到IO 0-7，在上升沿，2440取数据。

2440这些引脚发出的数据，必须满足Nand flash的时序要求。需要查看2440芯片手册，查看设备哪个寄存器的某些位来控制时序

二代嵌入式S3C2440开发备忘录-第一篇：知识准备共九篇

1. 指令集架构和系列

指令集架构 代表系列

V4-ARM7

V5-ARM9

V6-ARM11

V7 Cortex-M:

Cortex-M0

Cortex-M3

Cortex-M4

Cortex-R:

Cortex-A:

Cortex-A7

Cortex-A8

Cortex-A9

V8(64Bit/异构) Cortex-A5x：

Cortex-A53

Cortex-A55

Cortex-A57

2. 寄存器和组工作模式

USER/SYS FIQ SCV ABORT IRQ UND

R0

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8 R8'

R9 R9'

R10 R10'

R11 R11'

R12 R12'

R13(SP) R13' R13' R13' R13' R13'

R14(LR) R14' R14' R14' R14' R14'

R15(PC)

CPSR

SPSR SPSR SPSR SPSR SPSR

统计：

R0-R15 = 16

CPSR/SPSR = 6

R13/R14 = 10

R8'-R12' =5

16 + 6 + 10 + 5 = 37

CPSR:

31 30 29 28 27~8 7 6 5 4~0

N Z C V 保留 I F T M[4:0]

N:

N=1 -> 计算结果为负数

N=0 -> 计算结果为正数或0

Z:

Z=1 -> 运算结果为零

Z=0 -> 运算结果不为零

对于CMP指令，Z=1表示相等

C:

加法指令产生进位C=1,否则C=0

减法指令产生借位C=0,否则C=1

对于有移位操作的指令，C为操作中最后被移出的一位

V:

V=1 -> 溢出

V=0 -> 无溢出

I:

I=1 ->禁止IRQ

F:

F=1 ->禁止FIQ

T:

T=1 ->Thumb指令集

M:

处理器模式

0b10000->用户模式

0b10001->FIQ

0b10010->IRQ

0b10011->SVC

0b10111->中止

0b11011->未定义

0b11111->系统

LINUX用户态：

1. 用户模式(usr)：应用程序执行态

LINUX内核态：

//----------------特权模式----------------//

2. 系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务

3. 中断模式(irq)：通用中断处理

4. 快中断模式(fiq)：支持数据传送或者通道处理

5. 未定义指令终止模式(und)：当未定义指令被执行时进入该模式，可用于支持硬件

6. 数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护

7. 管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式

在特权模式中，除了SVC以外，其他都属于异常模式包括sys/irq/fiq/und/abt

复位和软中断会进入SVC模式，所以ARM上电后会进入SVC模式，BootLoad就是在SVC模式下运行的

操作系统起来后从init进程后就进入用户态；用户态进入系统态有3种方式：软中断、异常(如缺页)、周边设备产生中断

软中断是主动方式，其他两种是被动进入内核态

3. S3C2440启动方式

3.1. 当引脚OM0跟OM1有一个是高电平时，这时地址0会映射到外部nGCS0片选的空间，也就是Norflash，程序就会从Norflash中启动，arm直接取Norflash中的指令运行。

3.2. 当OM0跟OM1都为低电平，则0地址内部bootbuf（一段4k的SRAM）开始。系统上电，arm会自动把NANDflash中的前4K内容考到bootbuf（也就是0地址），然后从0地址运行。这时NANDFlash中的前4K就是启动代码（他的功能就是初始化硬件然后在把NANDFlash中的代码复制到RAM中，再把相应的指针指向该运行的地方）

3.3. 不管是从NORFLASH启动还是从NAND FLASH启动，ARM都是从0x0000 0000地址开始执行的

3.4. 由于Nand Flash控制器从Nand Flash中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以在启动代码的前4K里,我们必须完成S3C2440的核心配置以及把启动代码(U-BOOT)剩余部分搬到RAM中运行，至于将2440当做单片机玩裸跑程序的时候，就不要做这样的事情，当代码小于4K的时候，只要下到nand flash中就会被搬运到内部RAM中执行了

3.5.

NOR FLASH地址线和数据线分开，来了地址和控制信号，数据就出来

NAND Flash地址线和数据线在一起，需要用程序来控制，才能出数据

通俗的说，只给地址不行，要先命令，再给地址，才能读到NAND的数据,在一个总线完成的。

结论是：ARM无法从NAND直接启动。除非装载完程序，才能使用NAND Flash

3.6. 在2440中为什么可以配置成从Nand Flash中启动程序？

如果S3C2440被配置成从Nand Flash启动, S3C2440的Nand Flash控制器有一个特殊的功能,在S3C2440上电后,NandFlash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到4K内部SRAM中,（此内部RAM被称为Steppingstone）并把0x00000000设置内部RAM的起始地址,CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动。这个过程不需要程序干涉。程序员需要完成的工作,是把最核心的启动程序放在Nand Flash的前4K中，也就是说,你需要编写一个长度小于4K的引导程序,作用是将主程序拷贝到SDRAM中运行(NF地址不是线性的,程序不能直接运行,必须拷贝到线性RAM中

3.7. Samsung S3C2440支持Nor Flash和Nand Flash启动,在TQ2440上可以通过跳线设置启动方式。主要由OM[1:0]这两位来决定从何处启动。具体含义如下:

OM[1:0]所决定的启动方式

OM[1：0]=00时，处理器从NAND Flash启动

OM[1：0]=01时，处理器从16位宽度的ROM启动

OM[1：0]=10时，处理器从32位宽度的ROM启动。

OM[1：0]=11时，处理器从Test Mode启动

3.8. 当从NAND启动时

cpu会自动从NAND flash中读取前4KB的数据放置在片内SRAM里（s3c2440是soc），同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间（即0x00000000）。cpu是从0x00000000开始执行，也就是NAND flash里的前4KB内容。因为NAND FLASH连地址线都没有，不能直接把NAND映射到0x00000000，只好使用片内SRAM做一个载体。通过这个载体把nandflash中大代码复制到RAM(一般是SDRAM)中去执行

3.9. 当从非Norflash启动时

nor flash被映射到0x00000000地址（就是nGCS0，这里就不需要片内SRAM来辅助了，所以片内SRAM的起始地址还是0x40000000）. 然后cpu从0x00000000开始执行（也就是在Norfalsh中执行）

3.10. Nandflash和Norflash通常在ARM(搭载Linux)系统中充当什么角色？

如Mini2440的nandflash有128M，而Norflash有2M，而系统中一般Bootloader:200KB, kernel:2M, fs:100M, 这样首先这些数据不会都存放在Norflash中，所以Nandflash中存放Bootloader/kernel/fs, 而Norflash存放Bootloader，这样Mini2440既可以从Nandflash启动，也可以从Norflash中启动。

3.11. 程序如果在Norflash里面运行，是不是意味着RAM在程序运行的这个过程没有任何意义？

程序编译完之后，有codesize和datasize,前者通常指的是存在flash中的代码，data通常是指在ram中的用户数据，如数组等。比如2M大小的未初始化数组，在code里面其实很小，只会指定code大小之类的参数，而程序启动后，由.bss段展开，则会产生在ram内对应2M大小的内存块

3.12. 所以，在使用openocd调试的时候，如果需要使用load_image xxx.bin载入程序到片内SRAM中调试的话，就要分2种情况

3.12.1 如果使用NandFlash启动，那SRAM地址为0，那下载程序到片内SRAM：load_image xxx.bin

3.12.2 如果使用NorFlash启动，因为SRAM地址为0x40000000，所以下载程序到片内SRAM应该这样使用：

load_image xxx.bin 0x40000000,如果没有加0x40000000，就默认下载到0x00000000地址，而NorFlash启动的情况下0x00000000处是NorFlash，而不是SRAM，但是openocd使用load_image命令只能实现简单的内存写，不能写NorFlash,

这样NorFlash烧不进，SRAM地址又不对，从而导致了程序即无法写入内存又无法写入NorFlash而丢失并且程序丢失了

openocd还不报错，显示一切正常，但运行的是之前存储在NorFlash里面的程序，不是要下载的目标程序，这点很容易误导人

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