STM32增强型微控制器访问NAND Flash学习笔记-文章-单片机-STM32

STM32增强型微控制器访问NAND Flash学习笔记

时间:04-03 15:38 阅读:1045次

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简介：Flash即是存储芯片的一种，其结合了ROM和RAM的特点，既具备电可擦除编程的性能，又可以快速读取数据，数据不会因断电丢失。目前市面上Flash主要有NOR Flash和NAND Flash。

一、了解NAND Flash

简单的理解就是，NORFlash具有随机存取和随字节执行写操作的能力，即可以访问到存储器内部的任意一个字节，且具有读取速度快等特点，它占据1MB—16MB闪存的大部分市场，根据其读取数据速度快的特点主要应用在代码存储；而NAND Flash以“页”为单位进行对数据的读写操作，且具有写入和擦除速度快等特点，它应用在8MB—256MB的产品中，根据其特点主要应用在数据存储上。

以型号HY27UF081G2A的NAND Flash芯片为例，其总线宽度为8bit，总内存大小为1Gbit（即128MB），共分为1024块（Block），每块又分为64页（Page），每页共2KB(main memory)+64B(spare memory)，main memory用来存放数据，sparememory用来标记已坏的块区和保存对mainmemory的ECC校验码等（正常情况下不用）。更多的HY27UF081G2A资料参照相关Datasheet。

二、了解HY27UF081G2A芯片引脚功能和NANDFlash接口时序及控制命令

1、引脚说明

图1引脚图

图2引脚名称

2、地址周期

图3地址周期

其中A10—A0表示页内地址偏移（表示0—2047字节，1页大小即为2K）

A11表示上半页或者下半页（这位程序员无需关心，决定A10—A0时也间接决定了A11）

A17—A12表示页地址（表示0—63页）

A27—A18表示块地址（表示0—1023块）

由于NAND Flash访问的单位是“页”，设置访问地址时只需要确定A27—A12的值即可确定到某一页，如果要从页内的某一位置开始访问，则根据需要设置A10—A0位来确定从页内第几个字节开始访问，如：要访问存储空间为第3块的第5页，且从第100字节开始进行访问，则对应的4个Cycle周期的地址信号为：1st：0x64，2 nd：0x00，3rd：0xC5，4th：0x00

3、了解控制命令，如下所示

图4控制命令

4、了解接口时序，对该存储器进行访问操作有读取芯片ID、读页数据、写页数据，块擦除等共有13种，每种不同的操作对应不用的接口时序，此处只例举其中的4种操作：读取芯片ID、读页数据、写页数据、块擦除相应的接口时序图，更多操作参阅其Datasheet。

图5读取芯片ID时序

图6读取一页数据

图7写一页数据（页编程）

图8块擦除

同时应注意一些时序参数，如在上几幅时序图中出现的tAR（ALE至~RE的延时），tCLR（CLE至~RE的延时）等等，这些时间参数都有不同的取值范围（ns级别），时序图中出现的ColAdd1、Col Add2为列地址表示页内地址偏移，对应4个Cycle地址中的第1、第2个，Row Add1、Row Add2为行地址标识某块某页地址，对应4个Cycle地址中的第3、第4个。更多详细资料参见相关Datasheet。

三、STM32F10x增强型控制器的FSMC模块

FSMC（可变静态存储控制器）是STM32系列微控制器采用的一种新型的存储器扩展技术，可根据系统的需要方便的进行不用类型大容量静态存储器的扩展；简单的理解FSMC模块可对多种外接存储器进行控制，其主要包括NORFlash、NANDFlash、PC卡，下面对访问NANDFlash介绍。

1、STM32F10x控制器与HY27UF081G2A的对接

先看STM32F10x控制器提供的NAND Flash接口（这里为8位的NAND闪存）

图9STM32F10x控制器的NAND Flash接口

接口各信号对应的GPIO口为：

A[17]：PD12

A[16]：PD11

D[0:7]：PD14，PD15，PD0，PD1，PE7，PE8，PE9，PE10

NCE[x] ：这里使用NCE[2]，对应GPIO口为PD7

NOE(=NER)：PD4

NWE：PD5

NWAIT/INT[3:2]：PD6（根据情况使用该引脚信号，这里不使用）

结合HY27UF081G2A的引脚功能说明，STM32与HY27UF081G2A的连线方式选择如下：

STM32F10x的NAND接口HY27UF081G2A引脚

D[0:7]------------------------------------------IO0~IO7

A[17]-------------------------------------------ALE

A[16]-------------------------------------------CLE这里使用PG6接到R/~B，在检测NANDFlash

NEC[2]------------------------------------------~CE

NOE---------------------------------------------~RE

NWE--------------------------------------------~WE

PG6---------------------------------------------R/~B（是否忙时直接读取PG6引脚上的电平来判断）

2、NAND地址映像及功能介绍

图10存储器映像和时序寄存器（这里只用块2来控制访问NAND Flash）

通用和属性空间又可以在低256K字节部分画分为三个区

图11存储块选择

应用软件使用这三个区访问NANDFlash存储器：

发送命令至NAND Flash：对命令区任意地区写入命令即可。

指定NANDFlash的地址：对地址区任意地址写入地址命令即可，一个NAND地址有4或5个字节（这里使用的HY27UF081G2A芯片为4个字节），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：软件只需对数据区任意一个地址写入或读出数据即可。

注：因为NAND Flash存储器自动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；应用软件使用这三个区进行访问NAND Flash之前要先完成对相应的管理寄存器的初始化配置，下面介绍相应的管理配置寄存器。

3、STM32的NAND Flash存储器块通过以下一组寄存器来管理配置

控制寄存器：FSMC_PCRx

中断状态寄存器：FSMC_SRx

ECC寄存器：FSMC_ECCRx

通用存储器空间的时序寄存器：FSMC_MEMx

属性存储器空间的时序寄存器：FSMC_PATTx

I/O空间的时序寄存器：FSMC_PIOx

注：这里用的是块2部分，因此上面寄存器中的x=2。

对于要只控制NAND Flash存储器，上面的三个时序寄存器中只用到FSMC_MEMx，配置该寄存器来控制NAND通用存储空间的访问时序，该寄存器中保存着访问时序的4个时间参数（MEMsSET+1、MEMxHIZ+1、MEMxWAIT+1、MEMxHOLD+1），每个时间参数的具体说明可参阅STM32相应Datasheet。访问时序图如下：

图12STM32的NAND通用存储空间的访问时序

对NAND Flash的简单控制访问（读、写、擦除等）这里只需要配置FSMC_PCRx和FSMC_MEMx这两个寄存器就够了，对NANDFlash复杂的控制访问（检测坏块、ECC校验等）此处不做研究。FSMC_PCRx和FSMC_MEMx寄存器功能参阅STM32相关Datasheet。

四、STM32F10x控制器访问HY27UF081G2A过程

针对于简单的读、写、擦除等访问，则过程为：

1、管理寄存器FSMC_PCRx和FSMC_MEMx初始化

2、通过访问通用空间的命令区、数据区、地址区完成对NAND Flash的读、写、擦除等操作。

软件实现过程：（在此之前要完成系统时钟配置、相应的总线时钟使能、相应GPIO口的初始化工作，这里不再进行说明）

1、管理寄存器FSMC_PCRx和FSMC_MEMx初始化

FSMC_PCRx = 0x00060048;

（设置ECC页面大小2048字节、ALE至~RE的延时为1个HCLK，CLE至~RE的延时为1个HCLK，使能ECC电路，设置总线宽度为8位，设置存储器类型为NAND Flash，关闭模块功能，关闭模块等待功能）

FSMC_MEMx = 0x01020301;//设置MEMsSET+1 = 4个HCLK、MEMxHIZ+1 = 3个HCLK、

//MEMxWAIT+1 = 4个HCLK、MEMxHOLD+1 = 4个HCLK

FSMC_PCRx |= 0x00000002;//使能模块功能

2、对NAND Flash的读、写、擦除等操作根据HY27UF081G2A的接口时序来对STM32的NAND通用命令、数据、地址区进行访问操作：

预先宏定义命令、数据、地址区的地址空间：

#defineNAND_DATA0x70000000//数据空间

#defineNAND_CMD0x70010000//命令空间

#defineNAND_ADDR0x70020000//地址空间

根据HY27UF081G2A的地址周期（图3）、命令控制（图4）、接口时序（图5、6、7、8）得到

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如读取ID操作：

u32 data;//u32即unsigned int（32位系统中即为4字节）

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x90; //vu8即volatile unsigned char

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x00;

data = *(uv32*)(NAND_DATA);

此时data中的四个字节就包含了从HY27UF081G2A中读出来的芯片ID。

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如读第3块、第5页的全部数据，则4个周期地址分别为：

1st：0x00，2st：0x00，3st：0xC5，4st：0x00。

u8 pbuf[2048],i;//1页有2048字节

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x00;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0x00;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0xC5;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0x00;

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x30;

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG,GPIO_PIN_6) == 0);//等待PG6引脚被拉高

for(i=0;i<2048;i++)

{

pbuf[i] = *(vu8 *)(NAND_DATA);

}

此时pbuf[2048]保存了从NAND Flash的第3块第5页读出来的全部数据。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------如读第3块、第5页的全部数据，则4个周期地址分别为：

1st：0x00，2st：0x00，3st：0xC5，4st：0x00。

u8 pbuf[2048] = {0x00},i,status = 0x00;

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x80;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0x00;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0xC5;

*(vu8 *)(NAND_ADDR) = 0x00;

for(i=0;i<2048;i++)

{

*(vu8 *)(NAND_DATA) = pbuf[i];

}

*(vu8 *)(NAND_CMD) = 0x10;

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG,GPIO_PIN_6) == 0);//等待PG6引脚被拉高