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百为STM32开发板教程之十二——NAND FLASH

参考资料:
百为stm32开发板光盘V3\百为stm32开发板光盘\芯片数据手册\K9F1208.pdf
百为stm32开发板光盘\st官方参考资料\Application notes\AN2784 Using the high-density STM32F10xxx FSMC peripheral to drive external memories.pdf

实验目的:实现擦除NAND FLASH的第一个块，并读写NAND FLASH的开头两页

主要内容：
一、了解STM32 FSMC NAND控制器
二、了解K9F1208 NAND FLASH的原理与操作
三、编程实现擦除K9F1208 NAND FLASH的第一个块，并读写K9F1208 NAND FLASH的开头两页

一、STM32 FSMC NAND控制器
1、1、STM32 FSMC功能框图：
FSMC主要包括有：AHB接口(包含FSMC配置寄存器) ， NOR闪存和PSRAM控制器，NAND闪存和PC卡控制器，外部设备接口
 
2、STM32 FSMC外部设备地址映射：
从FSMC的角度看，可以把外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块，见下图
● 存储块1用于访问最多4个NOR闪存或PSRAM存储设备。这个存储区又被划分为4个NOR/PSRAM区，并有4个专用的片选。 
● 存储块2和3用于访问NAND闪存设备，每个存储块连接一个NAND闪存。 
● 存储块4用于访问PC卡设备 
每一个存储块上的存储器类型是由用户在配置寄存器中定义的。

其中块2和块3属于NAND存储块，每个存储块又可以划分为通用和属性空间

通用和属性空间又可以在低256K字节部分划分为3个区
● 数据区(通用/属性空间的前64K字节区域) 
● 命令区(通用/属性空间的第2个64K字节区域) 
● 地址区(通用/属性空间的第2个128K字节区域)
 
应用软件使用这3个区访问NAND闪存存储器： 
● 发送命令到NAND闪存存储器：软件只需对命令区的任意一个地址写入命令即可。 
● 指定操作NAND闪存存储器的地址：软件只需对地址区的任意一个地址写入命令即可。因为一个NAND地址可以有4或5个字节(依实际的存储器容量而定)，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：软件只需对数据区的任意一个地址写入或读出数据即可。 因为NAND闪存存储器自动地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。

3、STM32的NAND控制信号
（1）STM32 FSMC NAND控制信号描述：

（2）STM32 FSMC信号连接K9F1208 NAND FLASH：

（3）百为STM3210E-EVAL开发板上STM32和K9F1208的连接电路图（这里电路图上画的是NAND512，实际焊接的硬件是K9F1208）：

二、K9F1208 NAND FLASH的原理与操作
1、K9F1208 的硬件结构组织
K9F1208是容量为512M bit，即64M byte的存储器，它是由4096个块（block）组成，其中每个块又是由32个页（page）组成，每个页由512byte+16byte组成。
K9F1208的读写都是以页为单位，而擦除则是以块为单位。

程序中相关定义：
/* FSMC NAND memory parameters */
#define NAND_PAGE_SIZE             ((u16)0x0200) /* 512 bytes per page w/o Spare Area */
#define NAND_BLOCK_SIZE            ((u16)0x0020) /* 32x512 bytes pages per block */
#define NAND_ZONE_SIZE             ((u16)0x0400) /* 1024 Block per zone */
#define NAND_SPARE_AREA_SIZE       ((u16)0x0010) /* last 16 bytes as spare area */
#define NAND_MAX_ZONE              ((u16)0x0004) /* 4 zones of 1024 block */

2、K9F1208引脚定义

3、K9F1208的操作命令集

（1）读ID命令：
 
先输出命令90H，再输出地址00H，然后读回4个字节的数据即是K9F1208的ID，ECH，76H，5AH，3FH
代码如下：
void FSMC_NAND_ReadID(NAND_IDTypeDef* NAND_ID)
{
  u32 data = 0;
  /* 发送命令到命令区0x70010000 */  
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = 0x90;
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;
   /* 从K9F1208 NAND FLASH读回ID序列 */ 
   data = *(vu32 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA);  //从数据区0x70000000读回数据
   NAND_ID->Maker_ID   = ADDR_1st_CYCLE (data);
   NAND_ID->Device_ID  = ADDR_2nd_CYCLE (data);
   NAND_ID->Third_ID   = ADDR_3rd_CYCLE (data);
   NAND_ID->Fourth_ID  = ADDR_4th_CYCLE (data);  
}

（2）块擦除命令
 
块擦除是先输出60H，再输出块地址，然后输出D0H，用70H读回状态，等待操作完成即可
u32 FSMC_NAND_EraseBlock(NAND_ADDRESS Address)
{
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE0;  //发送命令60H到命令区0x70010000
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS);  //发送地址A9~A16到地址区0x70020000
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A17~A24到地址区0x70020000
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);  //发送地址A25到地址区0x70020000
   
  *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_ERASE1;  //发送命令D0H到命令区0x70010000 
  return (FSMC_NAND_GetStatus());  //读回操作结果
}

（4）页写入命令
因为每个页（page）可分为A，B，C三个区

所以页写入也分为三种方式：

具体时序：

我们这里采用的第一种方式，可以写入0~528byte的数据。K9F1208属于小页的NAND（512byte+16byte），区别于大页的NAND（2048byte+64byte）
u32 FSMC_NAND_WriteSmallPage(u8 *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, u32 NumPageToWrite)
{
  u32 index = 0x00, numpagewritten = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
  u32 status = NAND_READY, size = 0x00;
  while((NumPageToWrite != 0x00) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS) && (status == NAND_READY))
  {
    /* 页写命令和地址 */
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_AREA_A;  //发送命令00H到命令区0x70010000，从A区开始写入
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_WRITE0;  //发送命令80H到命令区0x70010000
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;  //发送地址A0~A7到地址区0x70020000，从地址0开始写入  
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A9~A16到地址区0x70020000  
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);  //发送地址A17~A24到地址区0x70020000  
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);  //发送地址A25到地址区0x70020000
    /* 计算写入数据的大小 */
    size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpagewritten);
    /* 写入数据 */
    for(; index < size; index++)
    {
      *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA) = pBuffer[index];  //发送数据到数据区0x70000000
    }
    
    /* 检查状态看是否操作成功 */
    status = FSMC_NAND_GetStatus();
    
    if(status == NAND_READY)  //如果操作完成
    {
      numpagewritten++;  //已写入页数加1
      NumPageToWrite--;  //待写入页数减1
      /* 计算要写入的下一个小页的地址 */
      addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);    
    }    
  }
  
  return (status | addressstatus);
}

（5）read 1页读命令
 
页读命令是先输出00H，再输出要读入的页地址，然后就可以读回最多528byte的数据了。
u32 FSMC_NAND_ReadSmallPage(u8 *pBuffer, NAND_ADDRESS Address, u32 NumPageToRead)
{
  u32 index = 0x00, numpageread = 0x00, addressstatus = NAND_VALID_ADDRESS;
  u32 status = NAND_READY, size = 0x00;
  while((NumPageToRead != 0x0) && (addressstatus == NAND_VALID_ADDRESS))
  {    
    /* 页读命令和页地址*/
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | CMD_AREA) = NAND_CMD_AREA_A;   //发送命令00H到命令区0x70010000
   
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = 0x00;  ////发送地址A0~A7（00H）到地址区0x70020000
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_1st_CYCLE(ROW_ADDRESS); //发送地址A9~A16到地址区0x70020000 
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_2nd_CYCLE(ROW_ADDRESS);  //发送地址A17~A24到地址区0x70020000 
    *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | ADDR_AREA) = ADDR_3rd_CYCLE(ROW_ADDRESS);   //发送地址A25到地址区0x70020000
     
    /* 计算要读的数据大小 */
    size = NAND_PAGE_SIZE + (NAND_PAGE_SIZE * numpageread);
    
    /* 读数据到pBuffer */    
    for(; index < size; index++)
    {
      pBuffer[index]= *(vu8 *)(Bank_NAND_ADDR | DATA_AREA);  //从数据区0x70000000读回数据
    }
    numpageread++;  //已读的页数加1
    
    NumPageToRead--;  //待读的页数减1
    /* 计算下一个要读的页地址 */               
    addressstatus = FSMC_NAND_AddressIncrement(&Address);
  }
  /* 检查状态看是否操作成功 */
  status = FSMC_NAND_GetStatus();
  
  return (status | addressstatus);
}

三、编程实现擦除K9F1208 NAND FLASH的第一个块，并读写K9F1208 NAND FLASH的开头两页

/* main.c */

/* FSMC NAND初始化 */
  FSMC_NAND_Init();
  /* 读NAND ID操作 */
  FSMC_NAND_ReadID(&NAND_ID);
  /* 检查ID是否正确 */
  if((NAND_ID.Maker_ID == NAND_K9F1208_MakerID) && (NAND_ID.Device_ID == NAND_K9F1208_DeviceID))
  {
    /* 初始化要写入NAND的页地址 */ 
    WriteReadAddr.Zone = 0x00;
    WriteReadAddr.Block = 0x00;
    WriteReadAddr.Page = 0x00; 
    /* 擦除NAND FLASH的第一个块（第1和第2页所在的块） */
    status = FSMC_NAND_EraseBlock(WriteReadAddr);
    /* 写数据到NAND FLASH的第1和第2页 */
    /* 填充要发送的数据到buffer */
    Fill_Buffer(TxBuffer, BUFFER_SIZE , 0x66);
    status = FSMC_NAND_WriteSmallPage(TxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber);  //PageNumber=2，表示要写入第1和第2页
    /* 从NAND FLASH读回数据 */
    status = FSMC_NAND_ReadSmallPage (RxBuffer, WriteReadAddr, PageNumber);
   
    /* 比较写入的数据和读回的数据是否相等 */
    for(j = 0; j < BUFFER_SIZE; j++)
    {
      if(TxBuffer[j] != RxBuffer[j])
      {     
        WriteReadStatus++;
      } 
    }
    if (WriteReadStatus == 0)
    { 
      /* 如果相等，则点亮LED1 */
      GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_6);
    }
    else
    { 
      /* 否则，点亮LED2 */
      GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_7);     
    }
  }
  else //ID不正确
  {
    /* 点亮LED3 */
    GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_8);  
  }