【韦东山旧1期学习笔记】09.S3C2440 Nand Flash实验（一）

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2023-07-05 13:10 18阅读 0赞

### 目录 ###

*  术语解释
 *   *  Program(编程)
     *  Datasheet(数据手册)
     *  Erasesize / Writesize
     *  Spare Area / Redundant Area / OOB
     *  Page Register(页寄存器)
     *  Chip和Plane
 *  Nor、Nand和eMMC
 *  Nand的特性
 *  Nand Flash的物理结构
 *   *  功能结构图
     *  存储单元组织结构
 *  Nand Flash电路原理图
 *  Nand Flash控制器
 *   *  NFCONF寄存器
     *  NFCONT寄存器
     *  NFCMMD寄存器
     *  NFADDR寄存器
     *  NFDATA寄存器
     *  NFSTAT寄存器
 *  Nand Flash操作实验
 *   *  初始化Nand Flash控制寄存器
     *  读取芯片id
     *   *  芯片ID的含义
     *  读取芯片 块大小 和 页大小

# 术语解释 #

## Program(编程) ##

此处的编程，不是写软件，写代码，而是对于硬件来说的，可以理解为对硬件编程，只不过其工具是硬件内部的逻辑，而不是你用的软件。对Nand Flash的编程，本质上就是实现写操作，将数据写到Nand Flash里面去，所以对于Nand Flash，可以简单的理解为 program编程＝write写（数据）。

## Datasheet(数据手册) ##

这个词，本来没啥好说的，接触多了，自然就知道了。但是对于和我类似，最开始接触的时候，就是没搞懂这个词的具体含义。其中文翻译，一般称作，数据手册，意思就是，一个关于描述硬件各个硬件特性，参数以及/或者如何操作，如何使用的文档。

## Erasesize / Writesize ##

这个是Linux MTD中，关于块大小和页大小的别名，第一次见到的时候，把我搞糊涂了，后来才慢慢明白的。因为nand操作中写基本单位页，所以writesize对应的就是pagesize，即页大小。而擦除操作的基本单位是blocksize，块大小，所以也叫erasesize。

## Spare Area / Redundant Area / OOB ##

nand flash中每一页对应一块区域，用于存放校验的ECC数据和其他一些信息，比如上层文件系统放的和自己文件系统相关的数据。这个区域在Linux MTD相关系统中被称作oob(out of band)，可以翻译为带外。因此nand flash的一个页可以称作一个band，band之外，对应的就是指那个多出来的，特殊的区域了。而nand flash的datasheet中，一般称为spare area，可译为空闲区域，另外，在ID的含义解释中也叫做redundant area，可译为冗余区域，归根结底，都是一个概念。不要搞糊涂了就好。

## Page Register(页寄存器) ##

nand flash硬件中的一块地方，叫做register，实际就是一个数据缓存，一个buffer，用于存放那些从flash读出来或者将要写入到flash中的数据。其实叫做页缓存更合适，更容易明白其含义。此页寄存器的大小＝页大小+ oob 大小，即pagesize+oob，对于常见的页是2KB的，此页寄存器就是2KB+64=2112字节。

## Chip和Plane ##

对于chip，其实任何某个型号的flash，都可以称其是一个chip，但是实际上，此处的chip是针对内部来说的，也就是某型号的flash，内部有几个chip，比如说三星的2GB的K9WAG08U1A芯片（可以理解为外部芯片/型号）内部装了2个单片是1GB的K9K8G08U0A，此时就称 K9WAG08U1A内部有2个chip，而有些单个的chip，内部又包含多个plane，比如上面的K9K8G08U0A内部包含4个单片是2Gb的Plane。只有搞清楚了此处的chip和plane的关系，才能明白后面提到的多页（Multi Plane / Multi Page）编程和交互（interleave）编程的含义。

# Nor、Nand和eMMC #

Intel于1988年首先开发出Nor Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory、可擦除可编程序只读存储器)和E2PROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read-Only-Memory)一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发明了Nand Flash技术，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。  
        Nor Flash的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Nor Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。Nor的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。Nand的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用Nand的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。通常读取Nor的速度比Nand稍快一些，而Nand的写入速度比Nor快很多，在设计中应该考虑这些情况。  
        Nor Flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而Nand Flash用在8～128MB的产品当中，这也说明Nor主要应用在代码存储介质中，Nand适合于数据存储，Nand在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC(多媒体存储卡Multi Media Card)存储卡市场上所占份额最大。  
        因为多数微处理器与微控制器要求字节等级的随机存取，所以Nand Flash不适合取代那些用以装载程序的ROM。从这样的角度看来，Nand Flash比较像光盘、硬盘这类的次级存储设备。Nand Flash非常适合用于储存卡之类的大量存储设备。第一款创建在Nand Flash基础上的可移除式存储媒体是SmartMedia，此后许多存储媒体也跟着采用Nand Flash，包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick与xD卡。  
        eMMC存储器(Embedded Multi Media Card) 为MMC协会所订立的，eMMC 相当于 NandFlash+主控IC ，对外的接口协议与SD、TF卡一样，主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC的一个明显优势是在封装中集成了一个控制器，它提供标准接口并管理闪存，使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分，并缩短向市场推出产品的时间。这些特点对于希望通过缩小光刻尺寸和降低成本的NAND供应商来说，同样的重要。  
        eMMC由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC（多媒体卡）接口、快闪存储器设备（Nand Flash）及主控制器，所有都在一个小型的BGA 封装。接口速度高达每秒52MBytes，eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是 1.8v 或者是 3.3v。现在很多智能电视已经逐步抛弃Nor或Nand，使用更为先进的eMMC芯片，然而普通编程器无法读写eMMC芯片，新开发的可支持eMMC芯片烧写的编程器性价比高，还能支持Nor、Nand芯片，支持全面、功能强大。

# Nand的特性 #

对于Flash存储器件的可靠性需要考虑三点：

*  位反转
 *  坏块
 *  可擦除次数  
            所有的Flash器件都会遭遇位反转的问题。由于Flash固有的电气特性，在读写数据的过程中，偶尔会出现一个或几个比特位数据错误，并且Nand出现的概率远大于Nor。当位反转发生在关键的代码、数据上时，有可能导致系统崩溃。所以当确实发生了位反转时，就必须有检测和纠错机制。Nand Flash上发生位反转的概率更高，所以它使用ECC进行错误的检测和恢复。  
            Nand Flash上面会有坏块随机分布，在使用前需要将坏块扫描出来，确保不再使用它们。嵌入式Linux对Nor、Nand Flash的软件支持都很成熟。在Nor Flash上常用jffs2文件系统，而在Nand上常用yaffs文件系统。在更底层，有MTD驱动程序实现对它们的读、写、擦除操作，它也实现了EDC/ECC校验。

# Nand Flash的物理结构 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
由于我是用的JZ2440开发板上用的Nand Flash芯片的型号是三星的K9F2G08U0C-SCB0。这是一款容量为256M x 8bit的Nand Flash，数据总线宽度为8位。常用于消费类电子产品，它的引脚封装如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
外部引脚介绍详情如下表所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 功能结构图 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
上述结构图包含了以下10个功能部件：

1.  X-Buffers Latches & Decoders：用于行地址（页）
2.  Y-Buffers Latches & Decoders：用于列地址
3.  Command Register：用于命令字
4.  Control Logic & High Voltage Generator：控制逻辑及产生Flash所需高压
5.  Nand Flash Array：存储部件
6.  Data(Page) Register & S/A：页寄存器。当读写某页时，会先将数据读入/写入此寄存器，大小为2112字节
7.  Y-Gating
8.  I/O Buffers & Latches
9.  Global Buffers
10. Output Driver  
    由于该芯片为2Gbit，即256MB容量大小，故需要28根地址线才能完全访问整个地址空间。这28根地址线分为行地址和列地址，其中行地址17根线，列地址12根线。

## 存储单元组织结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
由上图也可知，K9F2G08U0C芯片存储结构被分为行列，每一行又叫做一页。行地址17根线，列地址12根线。故K9F2G08U0C芯片共有217=131072行（页），211x 8 + 64 x 8 = 2048 x 8 + 64 x 8 = 2112 x 8列。  
        每一页的大小为(2K + 64)字节，包括用于正常存储数据的2KB空间和用于存储ECC的64字节空间组成。每一页正常数据空间列地址为0~2047，额外ECC空间列地址为2048~2111。  
        一个块的大小是128K + 4KB，也就是64个页组成一个块。因为一共有217个页，所以一共有211=2048个块。在Nand Flash中，一个cell可以存储一个比特位，所以一个块共有132KB=‭135168‬Byte=‭1,081,344‬bit。也就是一个块总共含有1081344个cell。  
        Nand Flash的写操作和读操作都是以页为单位进行的，而擦除操作则是以块为单位进行的。这表明了Nand Flash不能以比特位为单位进行擦除操作。  
        命令、地址、数据都通过8个I/O口输入/输出，这种形式减少了芯片的引脚个数，使得在相同的结构下更容易升级到更大的容量。写入命令、地址或数据时，都需要将WE\#、CE\#信号同时拉低。数据在WE\#信号的上升沿被Nand Flash锁存；命令锁存信号CLE、地址锁存信号ALE用来分辨、锁存命令或地址。  
        我们知道，对于256MB的存储容量来说，访问时需要28根地址线信号，先发出列地址，后发出行地址（页地址）。

# Nand Flash电路原理图 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# Nand Flash控制器 #

Nand Flash控制器提供了几个寄存器来简化对Nand Flash的操作。比如要发出命令时，只需向NFCMMD寄存器写入相应的数值即可。之后，Nand控制器就会自动发出各种控制时序信号。  
        访问Nand Flash时需要先发出命令，然后发出地址序列，之后进行读/写操作。同时需要使用各个使能信号来区分是命令、地址还是数据。S3C2440的Nand Flash控制器提供了NFCONF、NFCONT、NFCMMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和其他与ECC有关的寄存器。

## NFCONF寄存器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
        该寄存器用来设置时序参数TACLS、TWRPH0、TWRPH1；同时设置数据总线的宽度。还有一些只读位，这些位由硬件相应管脚的高低电平决定，用于决定复位启动时的页大小和地址访问周期。

## NFCONT寄存器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
        该寄存器用于使能/禁止Nand Flash控制器、使能/禁止Nand Flash芯片片选信号、初始化ECC。它还有其他功能，在一般的应用中用不到，比如锁定Nand Flash。

## NFCMMD寄存器 ##

用于发出Nand Flash操作命令，具体命令与具体型号的Nand Flash芯片有关，我们要结合具体的芯片来看。对于本实验中用到的K9F2G08U0C-SCB0芯片来说，其命令如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

## NFADDR寄存器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
当写这个寄存器的时候，Nand Flash控制器将对Flash芯片发出地址时序信号。

## NFDATA寄存器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
只用到了该寄存器的最低8位，读、写此寄存器将分别会启动对Flash芯片的读数据或写数据操作。

## NFSTAT寄存器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]  
目前本实验只用到了最低比特位0，即表明Nand Flash芯片是处于繁忙工作中还是空闲就绪状态。

# Nand Flash操作实验 #

## 初始化Nand Flash控制寄存器 ##

1.  我们首先设置NFCONF配置寄存器。  
    由上述介绍可知，我们本实验使用的芯片是三星的K9F2G08U0C-SCB0。这是一款容量为256M x 8bit的Nand Flash，数据总线宽度为8位。所以配置数据总线宽度为8-bit，即NFCONF\[0\] = 0x0。  
    下图是S3C2440的时序参数说明：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]  
    下图是K9F2G08U0C芯片的时序参数说明：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]  
    对比图片可知，TACLS = max(tCLS, tALS) - tWP = 12 - 12 = 0 ns. （NFCONF\[13:12\] = 0x0）  
    TWRPH0 = tWP = 12ns.  
    又因为Duration = HCLK x ( TWRPH0 \+ 1 )，而HCLK为100MHz，所以 NFCONF\[10:8\] = 0x1  
    TWRPH1 = tCH = 5ns.  
    且Duration = HCLK x ( TWRPH1 \+ 1 )，所以NFCONF\[6:4\] = 0x0  
    综上所述，NFCONF = (0x0 << 12) | (0x1 << 8) | (0x0 << 4) | (0x0 << 0);
2.  我们配置NFCONT寄存器  
    首先我们使能Nand Flash控制器，即NFCONT\[0\] = 0x1;  
    然后我们先不选中Nand Flash芯片，即NFCONT\[1\] = 0x1;  
    综上所述，NFCONT = (0x1 << 1) | (0x1 << 0);

Nand Flash控制器的初始化工作我们就做完了。

## 读取芯片id ##

根据K9F2G08U0C芯片数据手册，其读取id的操作时序图如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]  
因此我们需要先片选Nand Flash芯片，然后发出读id命令0x90，之后发出地址0x00，在经过tAR \+ tREA时间之后，就可以开始读取数据了。通过之前的介绍，我们发现没有设置tAR和tREA，所以我们要在代码中使用软件延时来模拟该时序。  
nand.c

#include "s3c2440_soc.h"
    #include "myprintf.h"
    
    void K9F2G08U0C_nand_init(void){ 
    	NFCONF = (0x0 << 12) | (0x1 << 8) | (0x0 << 4) | (0x0 << 0);
    	NFCONT = (0x1 << 1) | (0x1 << 0);
    }
    
    void nand_init(void){ 
    	K9F2G08U0C_nand_init();
    	printf("K9F2G08U0C init is done.\n\r");
    }
    
    void nand_selectChip(void){ 
    	NFCONT &= ~(1 << 1);
    }
    
    void nand_deSelectChip(void){ 
    	NFCONT |= (1 << 1);
    }
    
    void nand_cmd(unsigned char cmd){ 
    	NFCMMD = cmd;
    	volatile unsigned int idx = 0;
    	for(idx = 0; idx < 10; idx++){ 
    		//do nothing,delay
    	}
    	
    }
    
    unsigned char nand_ReadData(void){ 
    	return NFDATA;
    }
    
    void nand_WriteData(unsigned char data){ 
    	NFDATA = data;
    }
    
    void nand_addr(unsigned char addr){ 
    	NFADDR = addr;
    }
    
    void nand_waitReady(void) { 
    	//0: NAND Flash memory busy
    	//1: NAND Flash memory ready to operate
    	while(!(NFSTAT & 0x1));
    }
    
    void nand_ReadID(void) { 
    	nand_selectChip();
    	nand_cmd(0x90);
    	nand_addr(0x00);
    	nand_waitReady();
    	unsigned char data[5];
    	unsigned int idx = 0;
    	for(idx = 0; idx < 5; idx++){ 
    		data[idx] = nand_ReadData();
    	}
    	//reset nand chip
    	nand_cmd(0xFF);
    	nand_waitReady();
    	nand_deSelectChip();
    	printf("Nand Chip ID: 0x%x-0x%x-0x%x-0x%x-0x%x\r\n", data[0],
    			data[1], data[2], data[3], data[4]);
    }

main.c

#include "myprintf.h"
    #include "nand.h"
    #include "uart.h"
    
    void test_nand();
    
    int main(void) { 
    	uart0_init();
    	printf("%s\n\r", "Nand Flash Test.");
    
    	test_nand();
    	return 0;
    }
    
    void test_nand(){ 
    	unsigned char op;
    	nand_init();
    
    	while(1) { 
    		printf("Now testing nand flash...\n\r");
    		printf("----> s/S: Scan Nand Flash Chip ID.\n\r");
    		printf("----> e/E: Exit the test.\n\r");
    		printf("Please select one operation: ");
    		op = uart0_getc();
    		uart0_putc(op);
    		printf("\n\r");
    		switch(op){ 
    			case 's':
    			case 'S':
    				nand_ReadID();
    				break;
    			case 'e':
    			case 'E':
    				printf("Test is done. Bye.\n\r");
    				return;
    			default:
    				//do nothing.
    				printf("Invalid input.Please try again.\n\r");
    				break;
    		}
    		printf("\n\r");
    	}
    }

因为我现在的编译生成的BIN文件的大小已经超过了4KB，但是我还没有进行到Nand Flash数据读取步骤，所以只能编译并烧写到Nor Flash中进行测试。效果图如下所示：  
![在这里插入图片描述][20200215172546411.gif]

### 芯片ID的含义 ###

通过程序我们获得了K9F2G08U0C的芯片ID，即0xec-0xda-0x10-0x95-0x44。关于ID的具体含义，如下表所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]  
        我们分别来解释每一个字节对应的意义是什么。  
        第一个字节表示制造商Code(0xEC)，第二个字节表示设备Code(0xDA)。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]  
由表中定义可以看出：

1.  Internal Chip Number意思是，内部芯片有几颗。  
    有些型号的Nand Flash，为了实现更高的容量，在芯片内部封装了多个芯片。  
    比如三星的K9WAG08U1A容量是2GB，内部是装了2个单片是1GB的K9K8G08U0A，对应地，里面要包含2个片选CE1和CE2（均是低电平有效），而4GB的K9NBG08U5A包含了4片的K9K8G08U0A。
2.  Cell Type：SLC / MLC  
    bit2&bit3表示的是芯片的类型，是SLC还是某种MLC：
    
    Bit2,bit3=0x00 ： SLC，简单说就是内部单个存储单元，存储一位的数据，所能表示的数值只有0，1，也就需要两种不同的电压来表示，所以叫做2 Level的Cell。  
    Bit2,bit3=0x01/0x10/0x11 ： 4 /8/16 Level Cell，都叫做MLC，其含义是内部单个存储单元设计成可以表示多个，即4/8/16个不同的电压，对应地，可以表示2，3，4位的数据。  
    这类的MLC的nand flash，由于单个存储单元，要存储更多的数据，所以内部结构更复杂，读取和写入数据的逻辑更复杂，相对数据出错的几率也比SLC要大。
    
    所以，一般MLC的使用，都需要检错和纠错能力更强的硬件或软件算法，以保证数据的正确性。
    
    软件实现此类的多位数据的检错和纠错的效率相对较低，一般是硬件本身就已经提供此功能。
    
    对应的其为硬件ECC，也就是Linux内核MTD中的HW\_ECC。
    
    其他关于SLC/MLC的更详细解释，感兴趣的可以去看另一个帖子：【详解】如何编写Linux下Nand Flash驱动
3.  Number of Simultaneously Programmed Pages 可以对几个页同时编程/写。
    
    此功能简单的说就是，一次性地写多个页的数据到对应的不同的页。
    
    对应支持此操作的，硬件上必须要有多个plane，而每个plane，都有一个自己的页寄存器。
    
    比如K9K8G08U0A有4个plane，分别叫做，plane0，plane1，plane2，plane3。
    
    它们共分成2组，plane0和plane1，plane2和plane3。如图：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]  
    在多页编程时候，只能对某一组中的两个plane操作，不允许类似于plane0和plane2或plane3一起去做多页编程。
    
    以plane0和plane1为例，在实现具体的编程动作之前，将你要写入的2个页的数据，分别写入plane0和plane1中的页寄存器，然后才能发命令，去实现具体的编程操作。
    
    正是因为多页编程需要底层的多plane支持，底层实现的时候，是同时对多个plane编程，所以，也被叫做Multi Plane Program
4.  Interleave Program Between Multiple chips  
    交错，从字面意思就可以看出，此操作涉及对象就不止一个。
    
    交错编程，就是对多个chip，交错地进行编程，先对一个编程，充分利用第一个编程过程中需要等待的时间，转去操作另一个，以此实现总体效率的提高。
    
    如果支持Interleave Program的话，那么前面的chip number必然大于1。
5.  Cache Program  
    Cache读  
    在开始了一次cache读之后，在你把数据读出去的这段时间，nand flash会自动地把下一页的数据读取出来放到页寄存器。
    
    Cache写  
    在你写入数据的时候，对应的内存中的数据，不是直接写到页寄存器中，而是到了cache buffer中
    
    然后再发cache 写的命令，此时，数据才从cache buffer中，转递到页寄存器中，然后把数据一点点编程到nand flash
    
    此时，你可以去利用页编程的时间，去准备下一次的数据，然后依此地写入下一个页。
    
    Cache读或写，是充分利用了读一页数据出来，或者将一页数据写到flash里面去的时间，去准备新的一页的数据，这样就可以实现连续的读或写，大大提高读写效率。

第三个字节表示芯片内部编码。0x10，即0b00010000，表示：

*  内部芯片数量为1个
 *  Cell的Type为2，即每个cell有两种状态（电平等级），可表示1bit数据（0或者1）
 *  同时可以写两页
 *  不支持多芯片交错写
 *  不支持cache写操作

这里多解释一点，关于Cell的类型：2 Level Cell即每个cell有两种状态（电平等级），可表示1bit数据(0或者1)；4 Level Cell即每个cell有四种状态，可表示2bit数据(00、01、10、11)，以此类推。其中，2 Level Cell又称为SLC（Single Layer Cell 单层单元），其他为MLC（Multi-Level Cell多层单元）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 20]  
第四个字节是0x95，即0b1001 0101，表示页大小为2KB，块大小为128KB，冗余区大小为16byte/512byte， I/O宽度为8bit，最小串行访问时间是25ns。  
我们计算页大小可以使用 1024 << (extid & 0x3) 即可。  
计算块大小，具体算法很清楚，算出是64KB的多少倍，得出总大小。此处之所以是64KB为基础，是因为已知最小的blocksize，就是64KB的。  
Organization  
X8/X16，表示的是，硬件I/O位宽（Bus Width）是8位的还是16位的。目前大多数，都是x8的。旧的nand flash的一些参数，是知道设备ID后，可以直接从表中读取出来的。  
根据读取出来的生长厂商的ID，去和表中对应项匹配，找到是哪家的nand flash芯片。  
其中，nand\_manuf\_ids和上面nand\_flash\_ids类似，也是个预先定义好的数组，其定义和nand\_flash\_ids同文件drivers\\mtd\\nand\\nand\_ids.c中：

/* * Manufacturer ID list */
    struct nand_manufacturers nand_manuf_ids[] = { 
    	{ NAND_MFR_TOSHIBA, "Toshiba"},
    	{ NAND_MFR_SAMSUNG, "Samsung"},
    	{ NAND_MFR_FUJITSU, "Fujitsu"},
    	{ NAND_MFR_NATIONAL, "National"},
    	{ NAND_MFR_RENESAS, "Renesas"},
    	{ NAND_MFR_STMICRO, "ST Micro"},
    	{ NAND_MFR_HYNIX, "Hynix"},
    	{ NAND_MFR_MICRON, "Micron"},
    	{ NAND_MFR_AMD, "AMD"},
    	{ 0x0, "Unknown"}
    };

对应的各个厂家的宏和结构体的定义是在：include\\linux\\mtd\\nand.h中：

/* * NAND Flash Manufacturer ID Codes */
    #define NAND_MFR_TOSHIBA 0x98
    #define NAND_MFR_SAMSUNG 0xec
    #define NAND_MFR_FUJITSU 0x04
    #define NAND_MFR_NATIONAL 0x8f
    #define NAND_MFR_RENESAS 0x07
    #define NAND_MFR_STMICRO 0x20
    #define NAND_MFR_HYNIX 0xad
    #define NAND_MFR_MICRON 0x2c
    #define NAND_MFR_AMD 0x01
    
    /** * struct nand_manufacturers - NAND Flash Manufacturer ID Structure * @name: Manufacturer name * @id: manufacturer ID code of device. */
    struct nand_manufacturers { 
    	int id;
    	char * name;
    };

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 21]

设置坏块的标记位置。

关于nand flash的small block和large block，据我了解，好像就是对应的small pagesize和large pagesize，而此处的大小，是针对于旧的nand flash，其页大小pagesize是512

所以，Small block就是页大小是512B的nand flash，而larger block就是新的，页大小大于512B的，比如2KB，4KB等的nand flash。

下面的宏定义在include\\linux\\mtd\\nand.h中：

/* * Constants for oob configuration */
    #define NAND_SMALL_BADBLOCK_POS 5
    #define NAND_LARGE_BADBLOCK_POS 0

约定俗成的，small block的nand ，坏块标记在byte5，而large block的nand flash在byte0。

关于坏块标记，实际情况更复杂些：

> 对于2K页的nand flash，标记位置都是页内oob开始处，都是非0xFF表示坏块，  
> 但是，对于是第几页，不同nand flash就有不同的规定了：  
> 有些nand flash，是标记在坏块的第一个页（或者是第二个页，这点是考虑到，万一第一个页是坏的，所以才做此规定的。一般都是在第一个页处做标记）  
> 比如三星的多数SLC，Hynix等  
> 另一些，是在一个块内的最后一页或倒数第二页做此标记，比如samsung MLC , Numonyx等。  
> 所以，真正比较完整的检查坏块的做法，至少要检测块内第一，第二，倒数第一，倒数第二页，是否是0xFF，才能比较全面的判断是否是坏块的。

## 读取芯片 块大小 和 页大小 ##

我们通过上述分析可知，读取ID时的第四个数据中包含有页大小和块大小的信息。所以我们据此来读取芯片的块大小和页大小。  
nand.c

编译烧写到开发板上Nor Flash，并以Nor方式启动，观察输出如下所示：  
![在这里插入图片描述][20200215224014490.gif]  
通过输出内容可知，该芯片的块大小为128KB，页大小为2KB，与数据手册的参数一致。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200215102037599.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200215103024598.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200215140601761.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70
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