第001节_Nor Flash原理及硬件操作

Nor Flash的连接线有地址线，数据线，片选信号读写信号等，Nor Flash的接口属于内存类接口，Nor Flash可以向内存一样读，但是不能像内存一样写，需要做一些特殊的操作才能进行写操作，读只需像内存一样读很简单。Nor Flash原理图如图：

Flash介绍

常用的Flash类型有Nor Flash和NAND Flash两种。Nor Flash由Intel公司在1988年发明，以替代当时在市场上占据主要地位的EPROM和E2PROM。NAND Flash由Toshiba公司在1989年发明。两者的主要差别如下表：

-	Nor	NAND
XIP(代码可以直接运行)	Yes	no
性能(擦除)	非常慢(5s)	快(3ms)
性能(写)	慢	快
性能(读)	快	快
可靠性	较高，位反转的比例小于NAND Flash的10%	比较低，位反转比较常见，必须有校验措施，比如TNR必须有坏块管理措施
可擦除次数	10000 ~ 100000	100000 ~ 1000000
生命周期	低于NAND Flash的10%	是Nor Flash的10倍以上
接口	与RAM接口相同	I/O接口
易用性	容易	复杂
主要用途	常用于保存代码和关键数	用于保存数据
价格	高	低

Nor Flash支持XIP，即代码可以直接在Nor Flash上执行，无需复制到内存中。这是由于NorF lash的接口与RAM完全相同，可以随机访问任意地址的数据。Nor Flash进行读操作的效率非常高，但是擦除和写操作的效率很低，另外，Nor Flash的容量一般比较小。NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高，并且容量更大。一般而言，Nor Flash用于存储程序，NAND Flash用于存储数据。基于NAND Flash的设备通常也要搭配Nor Flash以存储程字。

Flash存储器件由擦除单元（也称为块）组成，当要写某个块时，需要确保这个块己经被擦除。Nor Flash的块大小范围为64kB、128kB：NAND Flash的块大小范围为8kB，64kB，擦/写一个Nor Flash块需4s，而擦／写一个NAND Flash块仅需2ms。Nor Flash的块太大，不仅增加了擦写时间，对于给定的写操作，Nor Flash也需要更多的擦除操作——特别是小文件，比如一个文件只有IkB，但是为了保存它却需要擦除人小为64kB—128kB的Nor Flash块。

Nor Flash的接口与RAM完全相同，可以随意访问任意地址的数据。而NAND Flash的接口仅仅包含几个I/O引脚，需要串行地访问。NAND Flash一般以512字节为单位进行读写。这使得Nor Flash适合于运行程序，而NAND Flash更适合于存储数据。

容量相同的情况下，NAND Flash的体积更小，对于空间有严格要求的系统，NAND Flash可以节省更多空间。市场上Nor Flash的容量通常为IMB~4MB(也有32MB的Nor Flash)，NAND Flash的容量为8MB~512MB。容量的差别也使得Nor Flash多用于存储程序，NAND Flash多用于存储数据。

对于Flash存储器件的可靠性需要考虑3点：位反转、坏块和可擦除次数。所有Flash器件都遭遇位反转的问题：由于Flash固有的电器特性，在读写数据过程中，偶然会产生一位或几位数据错误（这种概率很低），而NAND Flash出现的概率远大于Nor Flash，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。当仅仅是报告位反转，重新读取即可：如果确实发生了位反转，则必须有相应的错误检测/恢复措施。在NAND Flash上发生位反转的概率史高，推荐使用EDC/ECC进行错误检测和恢复。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，否则会使产品含有严重的故障。NAND Flash每块的可擦除次数通常在100000次左右，是Nor Flash的10倍。另外，因为NAND Flash的块大小通常是NorF lash的1/8，所以NAND Flash的寿命远远超过Nor Flash。

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 Flash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、擦除操仵，它也实现了EDC/ECC校验。

Nor Flash的操作

下面我们使用u-boot来体验Nor Flash的操作(开发板设置Nor启动，进入u-boot)。 1)，使用OpenJTAG烧写UBOOT到Nor Flash 那么我们怎么用u-boot来操作呢？ Nor Flash手册里会有一个命令的表格，如图：下面简单的举一些例子：复位(reset)：往任何一个地址写入F0。读ID(ReadSiliconID)：很多的Nor Flash可以配置成位宽16bit(Word)，位宽8bit(Byte)。对于我们使用的jz2440开发板使用是位宽16bit，怎样读ID呢？根据前面得图可知，往Nor Flash的555地址写AA，再往2AA的地址写入55，再往555的地址写入90，然后就可以读ADI地址，就可以读到DDI数据了。

实例1

读数据：在u-boot上执行：md.b0 结果(和我们烧进去的数据完全一样)：

00000000:170000ea14f09fe514f09fe514f09fe5................
00000010:14f09fe514f09fe514f09fe514f09fe5................
00000020:6001f833c001f8332002f8338002f833`..3...3..3...3
00000030:e002f8330004f8332004f833efbeadde...3...3..3....

可以得出结论：u-boot可以像读内存一样来读nor flash

实例2

读ID(参考Nor手册)  往地址555H写入AAH(解锁)  往地址2AAH写入55H(解锁)  往地址555H写入90H（命令）  读0地址得到厂家ID(C2H)  读1地址得到设备ID(22DAH或225BH)  退出读ID状态：给任意地址写F0H就可以了。

下图为2440和Nor Flash的简易连接图： 2440的A1接到Nor的A0所以2440发出的地址是，Nor Flash收到的地址左移一位。比如：2440发出(555H<<1)地址，Nor Flash才能收到555H这个地址。下面对在Nor Flash的操作，2440的操作，U-BOOT上的操作进行比较，如下表：

Nor Flash的操作	2440的操作	U-BOOT上的操作
往地址555H写入AAH(解锁)	往地址AAAH写入AAH(解锁)	mw.waaaaa
往地址2AAH写入55H(解锁)	往地址554H写入55H(解锁)	mw.w 554 55
往地址555H写入90H（命令）	往地址AAAH写入90H（命令）	mw.w aaa 90
读0地址得到厂家ID(C2H)	读0地址得到厂家ID(C2H)	md.w 0 1 (1:表示都一次)
读1地址得到设备ID(22DAH或225BH)	读2地址得到设备ID(22DAH或225BH)	md.w 2 1 (1:表示都一次)
退出读ID状态：给任意地址写F0H就可以了	退出读ID状态：给任意地址写F0H就可以了	mw.w 0 f0

1），当执行过md.w 0 1 结果(输出厂家ID)： 00000000:00c2..(00c2就是厂家ID) 2），当执行过md.w 2 1 结果(输出设备ID)： 00000002:2249I"(2249就是设备ID)

3），当执行mw.w 0 f0，就退出读ID的状态，执行：md.b0 结果： 00000000:17.（读到的就是Nor Flash地址·0的数据）

Nor Flash的两种规范

通常内核里面要识别一个 Nor Flash 有两种方法：一种是 jedec 探测，就是在内核里面事先定义一个数组，该数组里面放有不同厂家各个芯片的一些参数，探测的时候将 flash 的 ID 和数组里面的 ID 一一比较，如果发现相同的，就使用该数组的参数。jedec 探测的优点就是简单，缺点是如果内核要支持的 flash 种类很多，这个数组就会很庞大。内核里面用 jedec 探测一个芯片时，是先通过发命令来获取 flash 的 ID，然后和数组比较，但是 flash.c 中连 ID 都是自己通过宏配置的。一种是 CFI(commonoflashinterface)探测，就是直接发各种命令来读取芯片的信息，比如 ID、容量等，芯片本身就包含了电压有多大，容量有有多少等信息。下面对在Nor Flash上操作，2440上操作，U-BOOT上操作cfi 探测（读取芯片信息）进行比较参考芯片手册。

Nor Flash上操作cfi	2440上操作cfi	U-BOOT上操作cfi
往55H地址写入98H	往AAH地址写入98H	mw.w aa 98
读地址10H得到0051	读地址20H得到0051	md.w 20 1
读地址11H得到0052	读地址22H得到0052	md.w 22 1
读地址12H得到0059	读地址24H得到0059	md.w 24 1
读地址27H得到容量	读地址4EH得到容量	md.w 4e 1

Nor Flash写数据

我们在Nor Flash的10000的地址读数据， md.w 100000 1 结果： 00100000:ffff.. 在noroflash的10000的地址写数据下0x1234， mw.w 100000 1234 然后在这个地址读数据， md.w 100000 1 结果： 00100000:ffff(这个地址上的数据没有被修改，写操作无效)。

怎样把数据写进Nor Flash进去呢？参考图1-3，写数据之前必须保证，要写的地址是擦除的。下面是Nor Flash的写操作，如下表：

Nor Flash上操作写操作	2440上操作写操作	U-BOOT上操作写操作
往地址555H写AAH(解锁)	往地址AAAH写AAH(解锁)	mw.w aaa aa
往地址2AAH写55H(解锁)	往地址554H写55H(解锁)	mw.w 554 55
往地址555H写A0H	往地址AAAH写A0H	mw.w aaa a0
往地址PA写PD	往地址0x100000写1234h	mw.w 100000 1234

1)，U-BOOT执行完上述指令后，0x1234，就被写到0x100000地址处，执行：md.w1000001 结果(1234被写进去)： 00100000:1234 4 从这里可以看出来U-BOOT的操作不是很复杂。

2），我们再次往0x100000地址处，写入0x5678,执行如下命令： mw.w aaa aa mw.w 554 55 mw.w aaa a0 mw.w 100000 5678 查看0x100000地址处的数据 md.w 100000 1 结果： 00100000:12300. 0x100000地址处的数据不是0x5678，写操作失败，失败的原因是，原来的数据已经是0x1234不是全0xffff，再次写操作失败，(Nor Flash只有先擦出，才能烧写)。

先擦除(参考Nor Flash芯片手册) Nor Flash操作 u-boot操作 555H AAH mw.w aaa aa 2AAH 55H mw.w 554 55 555H 80H mw.w aaa 80 555H AAH mw.w aaa aa 2AAH 55H mw.w 554 55 SA 30H //往扇区地址写入30 mw.w 100000 30

执行完上述指令后测试执行：md.w 100000 1 结果：00100000:ffff.. 已被擦除，这个时候再次烧写就不会有问题了。

再烧写 mw.w aaa aa mw.w 554 55 mw.w aaa a0 mw.w 100000 5678

测试烧写结果执行：md.w 100000 1 结果：00100000:5678 xV 数据被烧写进去，烧写成功。

总结：我们烧写时，如果上面的数据，不是0ffff,没有被擦除过，我们就要先擦出，擦除完后，才可以烧写，擦除烧写的命令可以从芯片手册里面获得。