1. 硬件特性：

【Flash的硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)制】

Flash全名叫做Flash Memory，屬于非易失性存儲(chǔ)設(shè)備(Non-volatile Memory Device)，與此相對(duì)應(yīng)的是易失性存儲(chǔ)設(shè)備(Volatile Memory Device)。這類設(shè)備，除了Flash，還有其他比較常見的如硬盤，ROM等，

與此相對(duì)的，易失性就是斷電了，數(shù)據(jù)就丟失了，比如大家常用的內(nèi)存，不論是以前的SDRAM，DDR SDRAM，還是現(xiàn)在的DDR2，DDR3等，都是斷電后，數(shù)據(jù)就沒(méi)了。

Flash的內(nèi)部存儲(chǔ)是MOSFET，里面有個(gè)懸浮門(Floating Gate)，是真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。

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金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為n-type與p-type的MOSFET，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡(jiǎn)稱尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。

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在Flash之前，紫外線可擦除(uv-erasable)的EPROM，就已經(jīng)采用用Floating Gate存儲(chǔ)數(shù)據(jù)這一技術(shù)了。

圖1.典型的Flash內(nèi)存單元的物理結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)在Flash內(nèi)存單元中是的。

存儲(chǔ)電荷的多少，取決于圖中的外部門（external gate）所被施加的電壓，其控制了是向存儲(chǔ)單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。

數(shù)據(jù)的表示，以所存儲(chǔ)的電荷的電壓是否超過(guò)一個(gè)特定的閾值Vth來(lái)表示。

【SLC和MLC的實(shí)現(xiàn)機(jī)制】

Nand Flash按照內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)單元的電壓的不同層次，也就是單個(gè)內(nèi)存單元中，是存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)，還是多位數(shù)據(jù)，可以分為SLC和MLC：

1. SLC，Single Level Cell:

單個(gè)存儲(chǔ)單元，只存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)，表示成1或0.

就是上面介紹的，對(duì)于數(shù)據(jù)的表示，單個(gè)存儲(chǔ)單元中內(nèi)部所存儲(chǔ)電荷的電壓，和某個(gè)特定的閾值電壓Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0.

對(duì)于nand Flash的數(shù)據(jù)的寫入1，就是控制External Gate去充電，使得存儲(chǔ)的電荷夠多，超過(guò)閾值Vth，就表示1了。而對(duì)于寫入0，就是將其放電，電荷減少到小于Vth，就表示0了。

關(guān)于為何Nand Flash不能從0變成1，我的理解是，物理上來(lái)說(shuō)，是可以實(shí)現(xiàn)每一位的，從0變成1的，但是實(shí)際上，對(duì)于實(shí)際的物理實(shí)現(xiàn)，出于效率的考慮，如果對(duì)于，每一個(gè)存儲(chǔ)單元都能單獨(dú)控制，即，0變成1就是，對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)單元單獨(dú)去充電，所需要的硬件實(shí)現(xiàn)就很復(fù)雜和昂貴，同時(shí)，所進(jìn)行對(duì)塊擦除的操作，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)之前的，一閃而過(guò)的速度了，也就失去了Flash的眾多特性了。

// 也就是放電的思路還是容易些。1->0

2. MLC，Multi Level Cell：

與SLC相對(duì)應(yīng)，就是單個(gè)存儲(chǔ)單元，可以存儲(chǔ)多個(gè)位，比如2位，4位等。其實(shí)現(xiàn)機(jī)制，說(shuō)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，就是，通過(guò)控制內(nèi)部電荷的多少，分成多個(gè)閾值，通過(guò)控制里面的電荷多少，而達(dá)到我們所需要的存儲(chǔ)成不同的數(shù)據(jù)。比如，假設(shè)輸入電壓是Vin＝4V（實(shí)際沒(méi)有這樣的電壓，此處只是為了舉例方便），那么，可以設(shè)計(jì)出2的2次方＝4個(gè)閾值，1/4的Vin＝1V，2/4的Vin＝2V，3/4的Vin＝3V，Vin＝4V，分別表示2位數(shù)據(jù)00，01，10，11，對(duì)于寫入數(shù)據(jù)，就是充電，通過(guò)控制內(nèi)部的電荷的多少，對(duì)應(yīng)表示不同的數(shù)據(jù)。

對(duì)于讀取，則是通過(guò)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部的電流（與Vth成反比），然后通過(guò)一系列解碼電路完成讀取，解析出所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。這些具體的物理實(shí)現(xiàn)，都是有足夠精確的設(shè)備和技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)寫入和讀出的。

單個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)2位數(shù)據(jù)的，稱作2的2次方＝4 Level Cell，而不是2 Level Cell；

同理，對(duì)于新出的單個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)4位數(shù)據(jù)的，稱作2的4次方＝16 Level Cell。

【關(guān)于如何識(shí)別SLC還是MLC】

Nand Flash設(shè)計(jì)中，有個(gè)命令叫做Read ID，讀取ID，意思是讀取芯片的ID，就像大家的身份證一樣，這里讀取的ID中，是：

讀取好幾個(gè)字節(jié)，一般最少是4個(gè)，新的芯片，支持5個(gè)甚至更多，從這些字節(jié)中，可以解析出很多相關(guān)的信息，比如：

此Nand Flash內(nèi)部是幾個(gè)芯片（chip）所組成的，

每個(gè)chip包含了幾片（Plane），

每一片中的頁(yè)大小，塊大小，等等。

在這些信息中，其中有一個(gè)，就是識(shí)別此flash是SLC還是MLC。下面這個(gè)就是最常見的Nand Flash的datasheet中所規(guī)定的，第3個(gè)字節(jié)，3rd byte，所表示的信息，其中就有SLC/MLC的識(shí)別信息：

	Description	I/O7	I/O6	I/O5 I/O4	I/O3 I/O2	I/O1 I/O0
Internal Chip Number	1 2 4 8					0 0 0 1 1 0 1 1
Cell Type	2 Level Cell 4 Level Cell 8 Level Cell 16 Level Cell				0 0 0 1 1 0 1 1
Number of Simultaneously Programmed Pages	1 2 4 8			0 0 0 1 1 0 1 1
Interleave Program Between multiple chips	Not Support Support		0 1
Cache Program	Not Support Support	0 1

表1.Nand Flash第3個(gè)ID的含義

【Nand Flash的物理存儲(chǔ)單元的陣列組織結(jié)構(gòu)】

Nand flash的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，此處還是用圖來(lái)解釋，比較容易理解：

圖2.Nand Flash物理存儲(chǔ)單元的陣列組織結(jié)構(gòu)

上圖是K9K8G08U0A的datasheet中的描述。

簡(jiǎn)單解釋就是:

1.一個(gè)nand flash由很多個(gè)塊（Block）組成，

塊的大小一般是

-> 128KB，

-> 256KB，

-> 512KB

此處是128KB。

2.每個(gè)塊里面又包含了很多頁(yè)（page）。每個(gè)頁(yè)的大小，

老的nand flash，頁(yè)大小是256B，512B，

這類的nand flash被稱作small block，。地址周期只有4個(gè)。

對(duì)于現(xiàn)在常見的nand flash多數(shù)是2KB，

被稱作big block，對(duì)應(yīng)的發(fā)讀寫命令地址，一共5個(gè)周期(cycle)，

更新的nand flash是4KB，

塊，也是Nand Flash的擦除操作的基本/最小單位。

3.每一個(gè)頁(yè)，對(duì)應(yīng)還有一塊區(qū)域，叫做空閑區(qū)域（spare area）/冗余區(qū)域（redundant area），而Linux系統(tǒng)中，一般叫做OOB（Out Of Band），這個(gè)區(qū)域，是最初基于Nand Flash的硬件特性：數(shù)據(jù)在讀寫時(shí)候相對(duì)容易錯(cuò)誤，所以為了保證數(shù)據(jù)的正確性，必須要有對(duì)應(yīng)的檢測(cè)和糾錯(cuò)機(jī)制，此機(jī)制被叫做EDC(Error Detection Code)/ECC（Error Code Correction,或者Error Checking and Correcting），所以設(shè)計(jì)了多余的區(qū)域，用于放置數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值。

頁(yè), 是Nand Flash的寫入操作的基本/最小的單位。

【Nand Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的整體架構(gòu)】

簡(jiǎn)單說(shuō)就是，常見的nand flash，內(nèi)部只有一個(gè)chip，每個(gè)chip只有一個(gè)plane。

而有些復(fù)雜的，容量更大的nand flash，內(nèi)部有多個(gè)chip，每個(gè)chip有多個(gè)plane。這類的nand flash，往往也有更加高級(jí)的功能，比如下面要介紹的Multi Plane Program和Interleave Page Program等。

比如，型號(hào)為K9K8G08U0A這個(gè)芯片（chip），

內(nèi)部有:

K9F4G08U0A (256MB) : Plane (1Gb), Plane (1Gb)

K9F4G08U0A (256MB) : Plane (1Gb), Plane (1Gb)

K9WAG08U1A ，內(nèi)部包含了2個(gè)K9K8G08U0A

K9NBG08U5A ，內(nèi)部包含了4個(gè)K9K8G08U0A

【Flash名稱的由來(lái)】

Flash的擦除操作是以block塊為單位的，與此相對(duì)應(yīng)的是其他很多存儲(chǔ)設(shè)備，是以bit位為最小讀取/寫入的單位，Flash是一次性地擦除整個(gè)塊：在發(fā)送一個(gè)擦除命令后，一次性地將一個(gè)block，常見的塊的大小是128KB/256KB。。，全部擦除為1，也就是里面的內(nèi)容全部都是0xFF了，由于是一下子就擦除了，相對(duì)來(lái)說(shuō)，擦除用的時(shí)間很短，可以用一閃而過(guò)來(lái)形容，所以，叫做Flash Memory。中文有的翻譯為（快速）閃存。

【Flash相對(duì)于普通設(shè)備的特殊性】

1. 上面提到過(guò)的，Flash最小操作單位，有些特殊。

一般設(shè)備，比如硬盤/內(nèi)存，讀取和寫入都是以bit位為單位，讀取一個(gè)bit的值，將某個(gè)值寫入對(duì)應(yīng)的地址的位，都是可以按位操作的。

但是Flash由于物理特性，使得內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，只能從1變成0，這點(diǎn)，可以從前面的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制了解到，只是方便統(tǒng)一充電，不方便單獨(dú)的存儲(chǔ)單元去放電，所以才說(shuō)，只能從1變成0，也就是釋放電荷。

所以，總結(jié)一下Flash的特殊性如下：

	普通設(shè)備(硬盤/內(nèi)存等)	Flash
讀取/寫入的叫法	讀取/寫入	讀取/編程(Program)①
讀取/寫入的最小單位	Bit/位	Page/頁(yè)
擦除(Erase)操作的最小單位	Bit/位	Block/塊②
擦除操作的含義	將數(shù)據(jù)刪除/全部寫入0	將整個(gè)塊都擦除成全是1，也就是里面的數(shù)據(jù)都是0xFF③
對(duì)于寫操作	直接寫即可	在寫數(shù)據(jù)之前，要先擦除，然后再寫

表2.Flash和普通設(shè)備相比所具有的特殊性

注：

①之所以將寫操作叫做編程，是因?yàn)?#xff0c;flash和之前的EPROM，EEPROM繼承發(fā)展而來(lái)，而之前的EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，往里面寫入數(shù)據(jù)，就叫做編程Program，之所以這么稱呼，是因?yàn)槠鋵?duì)數(shù)據(jù)的寫入，是需要用電去擦除/寫入的，就叫做編程。

②對(duì)于目前常見的頁(yè)大小是2K/4K的Nand Flash，其塊的大小有128KB/256KB/512KB等。而對(duì)于Nor Flash，常見的塊大小有64K/32K等。

③在寫數(shù)據(jù)之前，要先擦除，內(nèi)部就都變成0xFF了，然后才能寫入數(shù)據(jù)，也就是將對(duì)應(yīng)位由1變成0。

【Nand Flash引腳(Pin)的說(shuō)明】

圖3.Nand Flash引腳功能說(shuō)明

上圖是常見的Nand Flash所擁有的引腳（Pin）所對(duì)應(yīng)的功能，簡(jiǎn)單翻譯如下：

1. I/O0 ~ I/O7：用于輸入地址/數(shù)據(jù)/命令，輸出數(shù)據(jù)

2. CLE：Command Latch Enable，命令鎖存使能，在輸入命令之前，要先在模式寄存器中，設(shè)置CLE使能

3. ALE：Address Latch Enable，地址鎖存使能，在輸入地址之前，要先在模式寄存器中，設(shè)置ALE使能

4. CE#：Chip Enable，芯片使能，在操作Nand Flash之前，要先選中此芯片，才能操作

5. RE#：Read Enable，讀使能，在讀取數(shù)據(jù)之前，要先使CE＃有效。

6. WE#：Write Enable，寫使能,在寫取數(shù)據(jù)之前，要先使WE＃有效。

7. WP#：Write Protect，寫保護(hù)

8. R/B#:Ready/Busy Output,就緒/忙,主要用于在發(fā)送完編程/擦除命令后,檢測(cè)這些操作是否完成,忙,表示編程/擦除操作仍在進(jìn)行中,就緒表示操作完成.

9. Vcc：Power，電源

10. Vss：Ground，接地

11. N.C：Non-Connection,未定義，未連接。

[小常識(shí)]

在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，你常會(huì)看到，對(duì)于一個(gè)引腳定義，有些字母上面帶一橫杠的，那是說(shuō)明此引腳/信號(hào)是低電平有效，比如你上面看到的RE頭上有個(gè)橫線，就是說(shuō)明，此RE是低電平有效，此外，為了書寫方便，在字母后面加“＃”，也是表示低電平有效，比如我上面寫的CE＃；如果字母頭上啥都沒(méi)有，就是默認(rèn)的高電平有效，比如上面的CLE，就是高電平有效。

【為何需要ALE和CLE】

突然想明白了，Nand Flash中,為何設(shè)計(jì)這么多的命令,把整個(gè)系統(tǒng)搞這么復(fù)雜的原因了:

比如命令鎖存使能(Command Latch Enable,CLE)和地址鎖存使能(Address Latch Enable，ALE)，那是因?yàn)?#xff0c;Nand Flash就8個(gè)I/O，而且是復(fù)用的，也就是，可以傳數(shù)據(jù)，也可以傳地址，也可以傳命令，為了區(qū)分你當(dāng)前傳入的到底是啥，所以，先要用發(fā)一個(gè)CLE（或ALE）命令，告訴nand Flash的控制器一聲，我下面要傳的是命令（或地址），這樣，里面才能根據(jù)傳入的內(nèi)容，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。否則,nand flash內(nèi)部,怎么知道你傳入的是數(shù)據(jù),還是地址,還是命令啊,也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)正確的操作了.

【Nand Flash只有8個(gè)I/O引腳的好處】

1. 減少外圍引腳：相對(duì)于并口(Parellel)的Nor Flash的48或52個(gè)引腳來(lái)說(shuō)，的確是大大減小了引腳數(shù)目，這樣封裝后的芯片體積，就小很多。現(xiàn)在芯片在向體積更小，功能更強(qiáng)，功耗更低發(fā)展，減小芯片體積，就是很大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，減少芯片接口，也意味著使用此芯片的相關(guān)的外圍電路會(huì)更簡(jiǎn)化，避免了繁瑣的硬件連線。

2. 提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，因?yàn)闆](méi)有像其他設(shè)備一樣用物理大小對(duì)應(yīng)的完全數(shù)目的addr引腳，在芯片內(nèi)部換了芯片的大小等的改動(dòng)，對(duì)于用全部的地址addr的引腳，那么就會(huì)引起這些引腳數(shù)目的增加，比如容量擴(kuò)大一倍，地址空間/尋址空間擴(kuò)大一倍，所以，地址線數(shù)目/addr引腳數(shù)目，就要多加一個(gè)，而對(duì)于統(tǒng)一用8個(gè)I/O的引腳的Nand Flash，由于對(duì)外提供的都是統(tǒng)一的8個(gè)引腳，內(nèi)部的芯片大小的變化或者其他的變化，對(duì)于外部使用者(比如編寫nand flash驅(qū)動(dòng)的人)來(lái)說(shuō)，不需要關(guān)心，只是保證新的芯片，還是遵循同樣的接口，同樣的時(shí)序，同樣的命令，就可以了。這樣就提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

【Nand flash的一些典型(typical)特性】

1.頁(yè)擦除時(shí)間是200us，有些慢的有800us。

2.塊擦除時(shí)間是1.5ms.

3.頁(yè)數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)寄存器的時(shí)間一般是20us。

4.串行訪問(wèn)（Serial access）讀取一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間是25ns，而一些舊的nand flash是30ns，甚至是50ns。

5.輸入輸出端口是地址和數(shù)據(jù)以及命令一起multiplex復(fù)用的。

以前老的Nand Flash，編程/擦除時(shí)間比較短，比如K9G8G08U0M，才5K次，而后來(lái)很多6.nand flash的編程/擦除的壽命，最多允許的次數(shù)，以前的nand flash多數(shù)是10K次，也就是1萬(wàn)次，而現(xiàn)在很多新的nand flash，技術(shù)提高了，比如，Micron的MT29F1GxxABB，Numonyx的NAND04G-B2D/NAND08G-BxC，都可以達(dá)到100K，也就是10萬(wàn)次的編程/擦除。和之前常見的Nor Flash達(dá)到同樣的使用壽命了。

7.48引腳的TSOP1封裝或 52引腳的ULGA封裝

【Nand Flash中的特殊硬件結(jié)構(gòu)】

由于nand flash相對(duì)其他常見設(shè)備來(lái)說(shuō)，比較特殊，所以，特殊的設(shè)備，也有特殊的設(shè)計(jì)，所以，有些特殊的硬件特性，就有比較解釋一下：

1. 頁(yè)寄存器（Page Register）：由于Nand Flash讀取和編程操作來(lái)說(shuō)，一般最小單位是頁(yè)，所以，nand flash在硬件設(shè)計(jì)時(shí)候，就考慮到這一特性，對(duì)于每一片，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的區(qū)域，專門用于存放，將要寫入到物理存儲(chǔ)單元中去的或者剛從存儲(chǔ)單元中讀取出來(lái)的，一頁(yè)的數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，本質(zhì)上就是一個(gè)buffer，但是只是名字叫法不同，datasheet里面叫做Page Register，此處翻譯為頁(yè)寄存器，實(shí)際理解為頁(yè)緩存，更為恰當(dāng)些。

注意：只有寫到了這個(gè)頁(yè)緩存中，只有等你發(fā)了對(duì)應(yīng)的編程第二階段的確認(rèn)命令0x10之后，實(shí)際的編程動(dòng)作才開始，才開始把頁(yè)緩存中的數(shù)據(jù)，一點(diǎn)點(diǎn)寫到物理存儲(chǔ)單元中去。

所以，簡(jiǎn)單總結(jié)一下就是，對(duì)于數(shù)據(jù)的流向，實(shí)際是經(jīng)過(guò)了如下步驟：

圖4 Nand Flash讀寫時(shí)的數(shù)據(jù)流向

【Nand Flash中的壞塊(Bad Block)】

Nand Flash中，一個(gè)塊中含有1個(gè)或多個(gè)位是壞的，就成為其為壞塊。

壞塊的穩(wěn)定性是無(wú)法保證的，也就是說(shuō)，不能保證你寫入的數(shù)據(jù)是對(duì)的，或者寫入對(duì)了，讀出來(lái)也不一定對(duì)的。而正常的塊，肯定是寫入讀出都是正常的。

壞塊有兩種：

（1）一種是出廠的時(shí)候，也就是，你買到的新的，還沒(méi)用過(guò)的Nand Flash，就可以包含了壞塊。此類出廠時(shí)就有的壞塊，被稱作factory (masked)bad block或initial bad/invalid block，在出廠之前，就會(huì)做對(duì)應(yīng)的標(biāo)記，標(biāo)為壞塊。

具體標(biāo)記的地方是，對(duì)于現(xiàn)在常見的頁(yè)大小為2K的Nand Flash，是塊中第一個(gè)頁(yè)的oob起始位置（關(guān)于什么是頁(yè)和oob，下面會(huì)有詳細(xì)解釋）的第1個(gè)字節(jié)（舊的小頁(yè)面，pagesize是512B甚至256B的nand flash，壞塊標(biāo)記是第6個(gè)字節(jié)），如果不是0xFF，就說(shuō)明是壞塊。相對(duì)應(yīng)的是，所有正常的塊，好的塊，里面所有數(shù)據(jù)都是0xFF的。

（2）第二類叫做在使用過(guò)程中產(chǎn)生的，由于使用過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)了，在擦塊除的時(shí)候，出錯(cuò)了，說(shuō)明此塊壞了，也要在程序運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)，并且標(biāo)記成壞塊的。具體標(biāo)記的位置，和上面一樣。這類塊叫做worn-out bad block。

對(duì)于壞塊的管理，在Linux系統(tǒng)中，叫做壞塊管理（BBM，Bad Block Managment），對(duì)應(yīng)的會(huì)有一個(gè)表去記錄好塊，壞塊的信息，以及壞塊是出廠就有的，還是后來(lái)使用產(chǎn)生的，這個(gè)表叫做 壞塊表（BBT，Bad Block Table）。在Linux內(nèi)核MTD架構(gòu)下的Nand Flash驅(qū)動(dòng)，和Uboot中Nand Flash驅(qū)動(dòng)中，在加載完驅(qū)動(dòng)之后，如果你沒(méi)有加入?yún)?shù)主動(dòng)要求跳過(guò)壞塊掃描的話，那么都會(huì)去主動(dòng)掃描壞塊，建立必要的BBT的，以備后面壞塊管理所使用。

而關(guān)于好塊和壞塊，Nand Flash在出廠的時(shí)候，會(huì)做出保證：

1.關(guān)于好的，可以使用的塊的數(shù)目達(dá)到一定的數(shù)目，比如三星的K9G8G08U0M，整個(gè)flash一共有4096個(gè)塊，出廠的時(shí)候，保證好的塊至少大于3996個(gè)，也就是意思是，你新買到這個(gè)型號(hào)的nand flash，最壞的可能，有3096－3996＝100個(gè)壞塊。不過(guò)，事實(shí)上，現(xiàn)在出廠時(shí)的壞塊，比較少，絕大多數(shù)，都是使用時(shí)間長(zhǎng)了，在使用過(guò)程中出現(xiàn)的。

2.保證第一個(gè)塊是好的，并且一般相對(duì)來(lái)說(shuō)比較耐用。做此保證的主要原因是，很多Nand Flash壞塊管理方法中，就是將第一個(gè)塊，用來(lái)存儲(chǔ)上面提到的BBT，否則，都是出錯(cuò)幾率一樣的塊，那么也就不太好管理了，連放BBT的地方，都不好找了，^_^。

一般來(lái)說(shuō)，不同型號(hào)的Nand Flash的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，也會(huì)提到，自己的這個(gè)nand flash，最多允許多少個(gè)壞塊。就比如上面提到的，三星的K9G8G08U0M，最多有100個(gè)壞塊。

對(duì)于壞塊的標(biāo)記，本質(zhì)上，也只是對(duì)應(yīng)的flash上的某些字節(jié)的數(shù)據(jù)是非0xFF而已，所以，只要是數(shù)據(jù)，就是可以讀取和寫入的。也就意味著，可以寫入其他值，也就把這個(gè)壞塊標(biāo)記信息破壞了。對(duì)于出廠時(shí)的壞塊，一般是不建議將標(biāo)記好的信息擦除掉的。

uboot中有個(gè)命令是“nand scrub”就可以將塊中所有的內(nèi)容都擦除了，包括壞塊標(biāo)記，不論是出廠時(shí)的，還是后來(lái)使用過(guò)程中出現(xiàn)而新標(biāo)記的。一般來(lái)說(shuō)，不建議用這個(gè)。不過(guò)，我倒是經(jīng)常用，其實(shí)也沒(méi)啥大礙，呵呵。

最好用“nand erase”只擦除好的塊，對(duì)于已經(jīng)標(biāo)記壞塊的塊，不擦除。

【nand Flash中頁(yè)的訪問(wèn)順序】

在一個(gè)塊內(nèi)，對(duì)每一個(gè)頁(yè)進(jìn)行編程的話，必須是順序的，而不能是隨機(jī)的。比如，一個(gè)塊中有128個(gè)頁(yè)，那么你只能先對(duì)page0編程，再對(duì)page1編程，。。。。，而不能隨機(jī)的，比如先對(duì)page3，再page1，page2.，page0，page4，.。。。

【片選無(wú)關(guān)(CE don’t-care)技術(shù)】

很多Nand flash支持一個(gè)叫做CE don’t-care的技術(shù)，字面意思就是，不關(guān)心是否片選，

那有人會(huì)問(wèn)了，如果不片選，那還能對(duì)其操作嗎？答案就是，這個(gè)技術(shù)，主要用在當(dāng)時(shí)是不需要選中芯片卻還可以繼續(xù)操作的這些情況：在某些應(yīng)用，比如錄音，音頻播放等應(yīng)用，中，外部使用的微秒（us）級(jí)的時(shí)鐘周期，此處假設(shè)是比較少的2us，在進(jìn)行讀取一頁(yè)或者對(duì)頁(yè)編程時(shí)，是對(duì)Nand Flash操作，這樣的串行（Serial Access）訪問(wèn)的周期都是20/30/50ns，都是納秒（ns）級(jí)的，此處假設(shè)是50ns，當(dāng)你已經(jīng)發(fā)了對(duì)應(yīng)的讀或?qū)懙拿钪?#xff0c;接下來(lái)只是需要Nand Flash內(nèi)部去自己操作，將數(shù)據(jù)讀取除了或?qū)懭脒M(jìn)去到內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器中而已，此處，如果可以把片選取消，CE#是低電平有效，取消片選就是拉高電平，這樣會(huì)在下一個(gè)外部命令發(fā)送過(guò)來(lái)之前，即微秒量級(jí)的時(shí)間里面，即2us－50ns≈2us，這段時(shí)間的取消片選，可以降低很少的系統(tǒng)功耗，但是多次的操作，就可以在很大程度上降低整體的功耗了。

總結(jié)起來(lái)簡(jiǎn)單解釋就是：由于某些外部應(yīng)用的頻率比較低，而Nand Flash內(nèi)部操作速度比較快，所以具體讀寫操作的大部分時(shí)間里面，都是在等待外部命令的輸入，同時(shí)卻選中芯片，產(chǎn)生了多余的功耗，此“不關(guān)心片選”技術(shù)，就是在Nand Flash的內(nèi)部的相對(duì)快速的操作（讀或?qū)?#xff09;完成之后，就取消片選，以節(jié)省系統(tǒng)功耗。待下次外部命令/數(shù)據(jù)/地址輸入來(lái)的時(shí)候，再選中芯片，即可正常繼續(xù)操作了。這樣，整體上，就可以大大降低系統(tǒng)功耗了。

注:Nand Flash的片選與否，功耗差別會(huì)有很大。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有記錯(cuò)的話，我之前遇到我們系統(tǒng)里面的nand flash的片選，大概有5個(gè)mA的電流輸出呢，要知道，整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化之后的待機(jī)功耗，也才10個(gè)mA左右的。

【帶EDC的拷回操作以及Sector的定義（Copy-Back Operation with EDC & Sector Definition for EDC）】

Copy-Back功能，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是，將一個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)，拷貝到另一個(gè)頁(yè)。

如果沒(méi)有Copy-Back功能，那么正常的做法就是，先要將那個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)拷貝出來(lái)放到內(nèi)存的數(shù)據(jù)buffer中，讀出來(lái)之后，再用寫命令將這頁(yè)的數(shù)據(jù)，寫到新的頁(yè)里面。

而Copy-Back功能的好處在于，不需要用到外部的存儲(chǔ)空間，不需要讀出來(lái)放到外部的buffer里面，而是可以直接讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部的頁(yè)寄存器（page register）然后寫到新的頁(yè)里面去。而且，為了保證數(shù)據(jù)的正確，要硬件支持EDC（Error Detection Code）的，否則，在數(shù)據(jù)的拷貝過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且拷貝次數(shù)多了，可能會(huì)累積更多錯(cuò)誤。

而對(duì)于錯(cuò)誤檢測(cè)來(lái)說(shuō)，硬件一般支持的是512字節(jié)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)有16字節(jié)用來(lái)存放校驗(yàn)產(chǎn)生的ECC數(shù)值，而這512字節(jié)一般叫做一個(gè)扇區(qū)。對(duì)于2K＋64字節(jié)大小的頁(yè)來(lái)說(shuō)，按照512字節(jié)分，分別叫做A，B，C，D區(qū)，而后面的64字節(jié)的oob區(qū)域，按照16字節(jié)一個(gè)區(qū)，分別叫做E，F，G，H區(qū)，對(duì)應(yīng)存放A，B，C，D數(shù)據(jù)區(qū)的ECC的值。

總結(jié)：

512+16

2K +64 ： A B C D - E F G H區(qū)

Copy-Back編程的主要作用在于，去掉了數(shù)據(jù)串行讀取出來(lái)，再串行寫入進(jìn)去的時(shí)間，所以，這部分操作，是比較耗時(shí)的，所以此技術(shù)可以提高編程效率，提高系統(tǒng)整體性能。

【多片同時(shí)編程(Simultaneously Program Multi Plane)】

對(duì)于有些新出的Nand Flash，支持同時(shí)對(duì)多個(gè)片進(jìn)行編程，比如上面提到的三星的K9K8G08U0A，內(nèi)部包含4片(Plane)，分別叫做Plane0，Plane1，Plane2，Plane3。.由于硬件上，對(duì)于每一個(gè)Plane，都有對(duì)應(yīng)的大小是2048+64=2112字節(jié)的頁(yè)寄存器（Page Register），使得同時(shí)支持多個(gè)Plane編程成為可能。K9K8G08U0A支持同時(shí)對(duì)2個(gè)Plane進(jìn)行編程。不過(guò)要注意的是，只能對(duì)Plane0和Plane1或者Plane2和Plane3，同時(shí)編程，而不支持Plane0和Plane2同時(shí)編程。

【交錯(cuò)頁(yè)編程（Interleave Page Program）】

多片同時(shí)編程，是針對(duì)一個(gè)chip里面的多個(gè)Plane來(lái)說(shuō)的，

而此處的交錯(cuò)頁(yè)編程，是指對(duì)多個(gè)chip而言的。

可以先對(duì)一個(gè)chip，假設(shè)叫chip1，里面的一頁(yè)進(jìn)行編程，然后此時(shí)，chip1內(nèi)部就開始將數(shù)據(jù)一點(diǎn)點(diǎn)寫到頁(yè)里面，就出于忙的狀態(tài)了，而此時(shí)可以利用這個(gè)時(shí)間，對(duì)出于就緒狀態(tài)的chip2，也進(jìn)行頁(yè)編程，發(fā)送對(duì)應(yīng)的命令后，chip2內(nèi)部也就開始慢慢的寫數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)單元里面去了，也出于忙的狀態(tài)了。此時(shí)，再去檢查chip1，如果編程完成了，就可以開始下一頁(yè)的編程了，然后發(fā)完命令后，就讓其內(nèi)部慢慢的編程吧，再去檢查chip2，如果也是編程完了，也就可以進(jìn)行接下來(lái)的其他頁(yè)的編程了。如此，交互操作chip1和chip2，就可以有效地利用時(shí)間，使得整體編程效率提高近2倍，大大提高nand flash的編程/擦寫速度了。

【隨機(jī)輸出頁(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)（Random Data Output In a Page）】

在介紹此特性之前，先要說(shuō)說(shuō)，與Random Data Output In a Page相對(duì)應(yīng)的是，普通的，正常的，sequential data output in a page。

正常情況下，我們讀取數(shù)據(jù)，都是先發(fā)讀命令，然后等待數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)單元到內(nèi)部的頁(yè)數(shù)據(jù)寄存器中后，我們通過(guò)不斷地將RE#(Read Enale，低電平有效)置低，然后從我們開始傳入的列的起始地址，一點(diǎn)點(diǎn)讀出我們要的數(shù)據(jù)，直到頁(yè)的末尾，當(dāng)然有可能還沒(méi)到頁(yè)地址的末尾，就不再讀了。所謂的順序（sequential）讀取也就是，根據(jù)你之前發(fā)送的列地址的起始地址開始，每讀一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)出來(lái)，內(nèi)部的數(shù)據(jù)指針就加1，移到下個(gè)字節(jié)的地址，然后你再讀下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就可以讀出來(lái)你要的數(shù)據(jù)了，直到讀取全部的數(shù)據(jù)出來(lái)為止。

而此處的隨機(jī)（random）讀取，就是在你正常的順序讀取的過(guò)程中，

先發(fā)一個(gè)隨機(jī)讀取的開始命令0x05命令，

再傳入你要將內(nèi)部那個(gè)數(shù)據(jù)指針定位到具體什么地址，也就是2個(gè)cycle的列地址，

然后再發(fā)隨機(jī)讀取結(jié)束命令0xE0，

然后，內(nèi)部那個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，就會(huì)移動(dòng)到你所制定的位置了，

你接下來(lái)再讀取的數(shù)據(jù)，就是從那個(gè)制定地址開始的數(shù)據(jù)了。

而nand flash數(shù)據(jù)手冊(cè)里面也說(shuō)了，這樣的隨機(jī)讀取，你可以多次操作，沒(méi)限制的。

請(qǐng)注意，上面你所傳入的地址，都是列地址，也就是頁(yè)內(nèi)地址，也就是說(shuō)，對(duì)于頁(yè)大小為2K的nand flash來(lái)說(shuō)，所傳入的地址，應(yīng)該是小于2048+64＝2112的。

不過(guò)，實(shí)際在nand flash的使用中，好像這種用法很少的。絕大多數(shù)，都是順序讀取數(shù)據(jù)。

【頁(yè)編程（寫操作）】

Nand flash的寫操作叫做編程Program，編程，一般情況下，是以頁(yè)為單位的。

有的Nand Flash，比如K9K8G08U0A，支持部分頁(yè)編程，但是有一些限制：在同一個(gè)頁(yè)內(nèi)的，連續(xù)的部分頁(yè)的編程，不能超過(guò)4次。一般情況下，很少使用到部分頁(yè)編程，都是以頁(yè)為單位進(jìn)行編程操作的。

一個(gè)操作，用兩個(gè)命令去實(shí)現(xiàn)，看起來(lái)是多余，效率不高，但是實(shí)際上，有其特殊考慮，

至少對(duì)于塊擦除來(lái)說(shuō)，開始的命令0x60是擦除設(shè)置命令(erase setup comman)，然后傳入要擦除的塊地址，然后再傳入擦除確認(rèn)命令（erase confirm command）0xD0，以開始擦除的操作。

這種，分兩步：開始設(shè)置，最后確認(rèn)的命令方式，是為了避免由于外部由于無(wú)意的/未預(yù)料而產(chǎn)生的噪音，比如，，此時(shí)，即使被nand flash誤認(rèn)為是擦除操作，但是沒(méi)有之后的確認(rèn)操作0xD0，nand flash就不會(huì)去擦除數(shù)據(jù)，這樣使得數(shù)據(jù)更安全，不會(huì)由于噪音而誤操作。

分類: Flash驅(qū)動(dòng)

【讀（read）操作過(guò)程詳解】

以最簡(jiǎn)單的read操作為例，解釋如何理解時(shí)序圖，以及將時(shí)序圖中的要求，轉(zhuǎn)化為代碼。

解釋時(shí)序圖之前，讓我們先要搞清楚，我們要做的事情：那就是，要從nand flash的某個(gè)頁(yè)里面，讀取我們要的數(shù)據(jù)。

要實(shí)現(xiàn)此功能，會(huì)涉及到幾部分的知識(shí)，至少很容易想到的就是：需要用到哪些命令，怎么發(fā)這些命令，怎么計(jì)算所需要的地址，怎么讀取我們要的數(shù)據(jù)等等。

下面，就一步步的解釋，需要做什么，以及如何去做：

1.需要使用何種命令

首先，是要了解，對(duì)于讀取數(shù)據(jù)，要用什么命令。

下面是datasheet中的命令集合：

圖5.Nand Flash K9K8G08U0A的命令集合

很容易看出，我們要讀取數(shù)據(jù)，要用到Read命令，該命令需要2個(gè)周期，第一個(gè)周期發(fā)0x00，第二個(gè)周期發(fā)0x30。

2.發(fā)送命令前的準(zhǔn)備工作以及時(shí)序圖各個(gè)信號(hào)的具體含義

知道了用何命令后，再去了解如何發(fā)送這些命令。

[小常識(shí)]

在開始解釋前，多羅嗦一下”使能”這個(gè)詞，以便有些讀者和我以前一樣，在聽這類雖然對(duì)于某些專業(yè)人士說(shuō)是屬于最基本的詞匯了，但是對(duì)于初次接觸，或者接觸不多的人來(lái)說(shuō)，聽多了，容易被搞得一頭霧水：使能（Enable），是指使其（某個(gè)信號(hào)）有效，使其生效的意思，“使其”“能夠”怎么怎么樣。。。。比如，上面圖中的CLE線號(hào)，是高電平有效，如果此時(shí)將其設(shè)為高電平，我們就叫做，將CLE使能，也就是使其生效的意思。

圖6.Nand Flash數(shù)據(jù)讀取操作的時(shí)序圖

注：此圖來(lái)自三星的型號(hào)K9K8G08U0A的nand flash的數(shù)據(jù)手冊(cè)(datasheet)。

我們來(lái)一起看看，我在圖6中的特意標(biāo)注的①邊上的黃色豎線。

黃色豎線所處的時(shí)刻，是在發(fā)送讀操作的第一個(gè)周期的命令0x00之前的那一刻。

讓我們看看，在那一刻，其所穿過(guò)好幾行都對(duì)應(yīng)什么值，以及進(jìn)一步理解，為何要那個(gè)值。

（1）黃色豎線穿過(guò)的第一行，是CLE。還記得前面介紹命令所存使能（CLE）那個(gè)引腳吧？CLE，將CLE置1，就說(shuō)明你將要通過(guò)I/O復(fù)用端口發(fā)送進(jìn)入Nand Flash的，是命令，而不是地址或者其他類型的數(shù)據(jù)。只有這樣將CLE置1，使其有效，才能去通知了內(nèi)部硬件邏輯，你接下來(lái)將收到的是命令，內(nèi)部硬件邏輯，才會(huì)將受到的命令，放到命令寄存器中，才能實(shí)現(xiàn)后面正確的操作，否則，不去將CLE置1使其有效，硬件會(huì)無(wú)所適從，不知道你傳入的到底是數(shù)據(jù)還是命令了。

（2）而第二行，是CE#，那一刻的值是0。這個(gè)道理很簡(jiǎn)單，你既然要向Nand Flash發(fā)命令，那么先要選中它，所以，要保證CE#為低電平，使其有效，也就是片選有效。

（3）第三行是WE#，意思是寫使能。因?yàn)榻酉聛?lái)是往nand Flash里面寫命令，所以，要使得WE#有效，所以設(shè)為低電平。

（4）第四行，是ALE是低電平，而ALE是高電平有效，此時(shí)意思就是使其無(wú)效。而對(duì)應(yīng)地，前面介紹的，使CLE有效，因?yàn)閷⒁獢?shù)據(jù)的是命令，而不是地址。如果在其他某些場(chǎng)合，比如接下來(lái)的要輸入地址的時(shí)候，就要使其有效，而使CLE無(wú)效了。

（5）第五行，RE#，此時(shí)是高電平，無(wú)效。可以看到，知道后面低6階段，才變成低電平，才有效，因?yàn)槟菚r(shí)候，要發(fā)生讀取命令，去讀取數(shù)據(jù)。

（6）第六行，就是我們重點(diǎn)要介紹的，復(fù)用的輸入輸出I/O端口了，此刻，還沒(méi)有輸入數(shù)據(jù)，接下來(lái)，在不同的階段，會(huì)輸入或輸出不同的數(shù)據(jù)/地址。

（7）第七行，R/B#,高電平，表示R（Ready）/就緒，因?yàn)榈搅撕竺娴牡?階段，硬件內(nèi)部，在第四階段，接受了外界的讀取命令后，把該頁(yè)的數(shù)據(jù)一點(diǎn)點(diǎn)送到頁(yè)寄存器中，這段時(shí)間，屬于系統(tǒng)在忙著干活，屬于忙的階段，所以，R/B#才變成低，表示Busy忙的狀態(tài)的。

介紹了時(shí)刻①的各個(gè)信號(hào)的值，以及為何是這個(gè)值之后，相信，后面的各個(gè)時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的不同信號(hào)的各個(gè)值，大家就會(huì)自己慢慢分析了，也就容易理解具體的操作順序和原理了。

3.如何計(jì)算出，我們要傳入的地址

在介紹具體讀取數(shù)據(jù)的詳細(xì)流程之前，還要做一件事，那就是，先要搞懂我們要訪問(wèn)的地址，以及這些地址，如何分解后，一點(diǎn)點(diǎn)傳入進(jìn)去，使得硬件能識(shí)別才行。

此處還是以K9K8G08U0A為例，此nand flash，一共有8192個(gè)塊，每個(gè)塊內(nèi)有64頁(yè)，每個(gè)頁(yè)是2K+64 Bytes，假設(shè)，我們要訪問(wèn)其中的第7000個(gè)塊中的第25頁(yè)中的1208字節(jié)處的地址，此時(shí)，我們就要先把具體的地址算出來(lái)：

物理地址=塊大小×塊號(hào)+頁(yè)大小×頁(yè)號(hào)+頁(yè)內(nèi)地址=7000×128K+64×2K+1208=0x36B204B8,接下來(lái)，我們就看看，怎么才能把這個(gè)實(shí)際的物理地址，轉(zhuǎn)化為nand Flash所要求的格式。

在解釋地址組成之前，先要來(lái)看看其datasheet中關(guān)于地址周期的介紹：

圖7 Nand Flash的地址周期組成

結(jié)合圖7和圖5中的2，3階段，我們可以看出，此nand flash地址周期共有5個(gè)，2個(gè)列(Column)周期，3個(gè)行（Row）周期。

而對(duì)于對(duì)應(yīng)地，我們可以看出，實(shí)際上，

列地址A0~A10，就是頁(yè)內(nèi)地址，地址范圍是從0到2047，而對(duì)出的A11，理論上可以表示2048～4095，但是實(shí)際上，我們最多也只用到了2048～2112，用于表示頁(yè)內(nèi)的oob區(qū)域，其大小是64字節(jié)。

A12～A30，稱作頁(yè)號(hào)，頁(yè)的號(hào)碼，可以定位到具體是哪一個(gè)頁(yè)。

而其中，A18～A30，表示對(duì)應(yīng)的塊號(hào)，即屬于哪個(gè)塊。

// 可見：地址的傳輸順序是是 頁(yè)內(nèi)地址，頁(yè)號(hào)，塊號(hào)。 從小到大。

簡(jiǎn)單解釋完了地址組成，那么就很容易分析上面例子中的地址了：

0x36B204B8 = 0011 0110 1011 0010 0000 0100 1011 1000，分別分配到5個(gè)地址周期就是：

1st 周期，A7～A0 ：1011 1000 = 0x B8

2nd周期，A11～A8 ：0000 0100 = 0x04

3rd周期，A19～A12 ：0010 0000 = 0x20

4th周期，A27～A20 ：0110 1011 = 0x6B

5th周期，A30～A28 ：0000 0011 = 0x03

注意，與圖7中對(duì)應(yīng)的，*L，意思是低電平，由于未用到那些位，datasheet中強(qiáng)制要求設(shè)為0，所以，才有上面的2nd周期中的高4位是0000.其他的A30之后的位也是類似原理，都是0。

因此，接下來(lái)要介紹的，我們要訪問(wèn)第7000個(gè)塊中的第25頁(yè)中的1208字節(jié)處的話，所要傳入的地址就是分5個(gè)周期，分別傳入兩個(gè)列地址的：0xB8，0x04，然后再傳3個(gè)行地址的：0x20，0x6B，0x03，這樣硬件才能識(shí)別。

4.讀操作過(guò)程的解釋

準(zhǔn)備工作終于完了，下面就可以開始解釋說(shuō)明，對(duì)于讀操作的，上面圖中標(biāo)出來(lái)的，1-6個(gè)階段，具體是什么含義。

（1） 操作準(zhǔn)備階段：此處是讀（Read）操作，所以，先發(fā)一個(gè)圖5中讀命令的第一個(gè)階段的0x00,表示，讓硬件先準(zhǔn)備一下，接下來(lái)的操作是讀。

（2） 發(fā)送兩個(gè)周期的列地址。也就是頁(yè)內(nèi)地址，表示，我要從一個(gè)頁(yè)的什么位置開始讀取數(shù)據(jù)。

（3） 接下來(lái)再傳入三個(gè)行地址。對(duì)應(yīng)的也就是頁(yè)號(hào)。

（4） 然后再發(fā)一個(gè)讀操作的第二個(gè)周期的命令0x30。接下來(lái)，就是硬件內(nèi)部自己的事情了。

（5） Nand Flash內(nèi)部硬件邏輯，負(fù)責(zé)去按照你的要求，根據(jù)傳入的地址，找到哪個(gè)塊中的哪個(gè)頁(yè)，然后把整個(gè)這一頁(yè)的數(shù)據(jù)，都一點(diǎn)點(diǎn)搬運(yùn)到頁(yè)緩存中去。而在此期間，你所能做的事，也就只需要去讀取狀態(tài)寄存器，看看對(duì)應(yīng)的位的值，也就是R/B#那一位，是1還是0，0的話，就表示，系統(tǒng)是busy，仍在”忙“（著讀取數(shù)據(jù)），如果是1，就說(shuō)系統(tǒng)活干完了，忙清了，已經(jīng)把整個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)都搬運(yùn)到頁(yè)緩存里去了，你可以接下來(lái)讀取你要的數(shù)據(jù)了。

對(duì)于這里。估計(jì)有人會(huì)問(wèn)了，這一個(gè)頁(yè)一共2048+64字節(jié)，如果我傳入的頁(yè)內(nèi)地址，就像上面給的1028一類的值，只是想讀取1028到2011這部分?jǐn)?shù)據(jù)，而不是頁(yè)開始的0地址整個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)，那么內(nèi)部硬件卻讀取整個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)出來(lái)，豈不是很浪費(fèi)嗎？答案是，的確很浪費(fèi)，效率看起來(lái)不高，但是實(shí)際就是這么做的，而且本身讀取整個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)，相對(duì)時(shí)間并不長(zhǎng)，而且讀出來(lái)之后，內(nèi)部數(shù)據(jù)指針會(huì)定位到你剛才所制定的1208的那個(gè)位置。

（6） 接下來(lái)，就是你“竊取“系統(tǒng)忙了半天之后的勞動(dòng)成果的時(shí)候了，呵呵。通過(guò)先去Nand Flash的控制器中的數(shù)據(jù)寄存器中寫入你要讀取多少個(gè)字節(jié)(byte)/字(word)，然后就可以去Nand Flash的控制器的FIFO中，一點(diǎn)點(diǎn)讀取你要的數(shù)據(jù)了。

至此，整個(gè)Nand Flash的讀操作就完成了。

對(duì)于其他操作，可以根據(jù)我上面的分析，一點(diǎn)點(diǎn)自己去看datasheet，根據(jù)里面的時(shí)序圖去分析具體的操作過(guò)程，然后對(duì)照代碼，會(huì)更加清楚具體是如何實(shí)現(xiàn)的。

【Flash的類型】

Flash的類型主要分兩種，nand flash和nor flash。

除了網(wǎng)上最流行的這個(gè)解釋之外：

NAND和NOR的比較

再多說(shuō)幾句：

1.nor的成本相對(duì)高，具體讀寫數(shù)據(jù)時(shí)候，不容易出錯(cuò)。總體上，比較適合應(yīng)用于存儲(chǔ)少量的代碼。

2.Nand flash相對(duì)成本低。使用中數(shù)據(jù)讀寫容易出錯(cuò)，所以一般都需要有對(duì)應(yīng)的軟件或者硬件的數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法，統(tǒng)稱為ECC。由于相對(duì)來(lái)說(shuō)，容量大，價(jià)格便宜，因此適合用來(lái)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)。其在嵌入式系統(tǒng)中的作用，相當(dāng)于PC上的硬盤，用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

所以，一個(gè)常見的應(yīng)用組合就是，用小容量的Nor Flash存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼，比如uboot，系統(tǒng)啟動(dòng)后,初始化對(duì)應(yīng)的硬件，包括SDRAM等，然后將Nand Flash上的Linux 內(nèi)核讀取到內(nèi)存中，做好該做的事情后，就跳轉(zhuǎn)到SDRAM中去執(zhí)行內(nèi)核了，然后內(nèi)核解壓（如果是壓縮內(nèi)核的話，否則就直接運(yùn)行了）后，開始運(yùn)行，在Linux內(nèi)核啟動(dòng)最后，去Nand Flash上，掛載根文件，比如jffs2，yaffs2等，掛載完成，運(yùn)行初始化腳本，啟動(dòng)consle交互，才運(yùn)行你通過(guò)console和內(nèi)核交互。至此完成整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程。

而Nor Flash存放的是Uboot，Nand Flash存放的是Linux的內(nèi)核鏡像和根文件系統(tǒng)，以及余下的空間分成一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。

Nor flash，有類似于dram之類的地址總線，因此可以直接和CPU相連，CPU可以直接通過(guò)地址總線對(duì)nor flash進(jìn)行訪問(wèn)，而nand flash沒(méi)有這類的總線，只有IO接口，只能通過(guò)IO接口發(fā)送命令和地址，對(duì)nand flash內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。相比之下，nor flash就像是并行訪問(wèn)，nand flash就是串行訪問(wèn)，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，前者的速度更快些。

但是由于物理制程/制造方面的原因，導(dǎo)致nor 和nand在一些具體操作方面的特性不同：

表3 Nand Flash 和 Nor Flash的區(qū)別

1. 理論上是可以的，而且也是有人驗(yàn)證過(guò)可以的，只不過(guò)由于nand flash的物理特性，不能完全保證所讀取的數(shù)據(jù)/代碼是正確的，實(shí)際上，很少這么用而已。因?yàn)?#xff0c;如果真是要用到nand flash做XIP，那么除了讀出速度慢之外，還要保證有數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，以保證讀出來(lái)的，將要執(zhí)行的代碼/數(shù)據(jù)，是正確的。否則，系統(tǒng)很容易就跑飛了。。。

2. 芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place):

http://hi.baidu.com/serial_story/blog/item/adb20a2a3f8ffe3c5243c1df.html

【Nand Flash的種類】

具體再分，又可以分為

1)Bare NAND chips：裸片，單獨(dú)的nand 芯片

2)SmartMediaCards： =裸片+一層薄塑料，常用于數(shù)碼相機(jī)和MP3播放器中。之所以稱smart，是由于其軟件smart，而不是硬件本身有啥smart之處。^_^

3)DiskOnChip：裸片+glue logic，glue logic=硬件ECC產(chǎn)生器+用于靜態(tài)的nand 芯片控制的寄存器+直接訪問(wèn)一小片地址窗口，那塊地址中包含了引導(dǎo)代碼的stub樁，其可以從nand flash中拷貝真正的引導(dǎo)代碼。

【spare area/oob】

Nand由于最初硬件設(shè)計(jì)時(shí)候考慮到，額外的錯(cuò)誤校驗(yàn)等需要空間，專門對(duì)應(yīng)每個(gè)頁(yè)，額外設(shè)計(jì)了叫做spare area空區(qū)域，在其他地方，比如jffs2文件系統(tǒng)中，也叫做oob（out of band）數(shù)據(jù)。

其具體用途，總結(jié)起來(lái)有：

1. 標(biāo)記是否是壞快

2. 存儲(chǔ)ECC數(shù)據(jù)

3. 存儲(chǔ)一些和文件系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，如jffs2就會(huì)用到這些空間存儲(chǔ)一些特定信息，yaffs2文件系統(tǒng)，會(huì)在oob中，存放很多和自己文件系統(tǒng)相關(guān)的信息。

【內(nèi)存技術(shù)設(shè)備，MTD（Memory Technology Device）】

MTD，是Linux的存儲(chǔ)設(shè)備中的一個(gè)子系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的目的是，對(duì)于內(nèi)存類的設(shè)備，提供一個(gè)抽象層，一個(gè)接口，使得對(duì)于硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，可以盡量少的去關(guān)心存儲(chǔ)格式，比如FTL，FFS2等，而只需要去提供最簡(jiǎn)單的底層硬件設(shè)備的讀/寫/擦除函數(shù)就可以了。而對(duì)于數(shù)據(jù)對(duì)于上層使用者來(lái)說(shuō)是如何表示的，硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)者可以不關(guān)心，而MTD存儲(chǔ)設(shè)備子系統(tǒng)都幫你做好了。

對(duì)于MTD字系統(tǒng)的好處，簡(jiǎn)單解釋就是，他幫助你實(shí)現(xiàn)了，很多對(duì)于以前或者其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本來(lái)也是你驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)者要去實(shí)現(xiàn)的很多功能。換句話說(shuō)，有了MTD，使得你設(shè)計(jì)Nand Flash的驅(qū)動(dòng)，所要做的事情，要少很多很多，因?yàn)榇蟛糠止ぷ?#xff0c;都由MTD幫你做好了。

當(dāng)然，這個(gè)好處的一個(gè)“副作用”就是，使得我們不了解的人去理解整個(gè)Linux驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，以及MTD，變得更加復(fù)雜。但是，總的說(shuō)，覺得是利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊，否則，就不僅需要你理解，而且還是做更多的工作，實(shí)現(xiàn)更多的功能了。

此外，還有一個(gè)重要的原因，那就是，前面提到的nand flash和普通硬盤等設(shè)備的特殊性：

有限的通過(guò)出復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入輸出命令和地址/數(shù)據(jù)等的IO接口，最小單位是頁(yè)而不是常見的bit，寫前需擦除等，導(dǎo)致了這類設(shè)備，不能像平常對(duì)待硬盤等操作一樣去操作，只能采取一些特殊方法，這就誕生了MTD設(shè)備的統(tǒng)一抽象層。

MTD，將nand flash，nor flash和其他類型的flash等設(shè)備，統(tǒng)一抽象成MTD設(shè)備來(lái)管理，根據(jù)這些設(shè)備的特點(diǎn)，上層實(shí)現(xiàn)了常見的操作函數(shù)封裝，底層具體的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，就需要驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)者自己來(lái)實(shí)現(xiàn)了。具體的內(nèi)部硬件設(shè)備的讀/寫/擦除函數(shù)，那就是你必須實(shí)現(xiàn)的了。

表4.MTD設(shè)備和硬盤設(shè)備之間的區(qū)別

==========
多說(shuō)一句，關(guān)于MTD更多的內(nèi)容，感興趣的，去附錄中的MTD的主頁(yè)去看。

關(guān)于mtd設(shè)備驅(qū)動(dòng)，感興趣的可以去參考

MTD原始設(shè)備與FLASH硬件驅(qū)動(dòng)的對(duì)話

MTD原始設(shè)備與FLASH硬件驅(qū)動(dòng)的對(duì)話-續(xù)

那里，算是比較詳細(xì)地介紹了整個(gè)流程，方便大家理解整個(gè)mtd框架和nand flash驅(qū)動(dòng)。

【Nand flash驅(qū)動(dòng)工作原理】

在介紹具體如何寫Nand Flash驅(qū)動(dòng)之前，我們先要了解，大概的，整個(gè)系統(tǒng)，和Nand Flash相關(guān)的部分的驅(qū)動(dòng)工作流程，這樣，對(duì)于后面的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，才能更加清楚機(jī)制，才更容易實(shí)現(xiàn)，否則就是，即使寫完了代碼，也還是沒(méi)搞懂系統(tǒng)是如何工作的了。

讓我們以最常見的，Linux內(nèi)核中已經(jīng)有的三星的Nand Flash驅(qū)動(dòng)，來(lái)解釋Nand Flash驅(qū)動(dòng)具體流程和原理。

此處是參考2.6.29版本的Linux源碼中的\drivers\mtd\nand\s3c2410.c，以2410為例。

1. 在nand flash驅(qū)動(dòng)加載后，第一步，調(diào)用對(duì)應(yīng)的init函數(shù) ---- s3c2410_nand_init: 去將nand flash驅(qū)動(dòng)注冊(cè)到Linux驅(qū)動(dòng)框架中。

2. 驅(qū)動(dòng)本身真正的開始，是從probe函數(shù)： s3c2410_nand_probe->s3c24xx_nand_probe,
在probe過(guò)程中：
clk_enable //打開nand flash控制器的clock時(shí)鐘，
request_mem_region //去申請(qǐng)驅(qū)動(dòng)所需要的一些內(nèi)存等相關(guān)資源。
s3c2410_nand_inithw //去初始化硬件相關(guān)的部分，主要是關(guān)于時(shí)鐘頻率的計(jì)算，以及啟用nand flash控制器，使得硬件初始化好了，后面才能正常工作。

3. 需要多解釋一下的，是這部分代碼：

for (setno = 0; setno < nr_sets; setno++, nmtd++) {
pr_debug("initialising set %d (%p, info %p)\n", setno, nmtd, info);

/*調(diào)用init chip去掛載你的nand驅(qū)動(dòng)的底層函數(shù)到"nand flash的結(jié)構(gòu)體"中，以及設(shè)置對(duì)應(yīng)的"ecc mode"，掛載ecc相關(guān)的函數(shù) */
s3c2410_nand_init_chip(info, nmtd, sets);

/* scan_ident，掃描nand 設(shè)備，設(shè)置nand flash的默認(rèn)函數(shù)，獲得物理設(shè)備的具體型號(hào)以及對(duì)應(yīng)各個(gè)特性參數(shù)，這部分算出來(lái)的一些值，對(duì)于nand flash來(lái)說(shuō)，是最主要的參數(shù)，比如nand flash的芯片的大小，塊大小，頁(yè)大小等。 */
nmtd->scan_res = nand_scan_ident(&nmtd->mtd, (sets) ? sets->nr_chips : 1);

if (nmtd->scan_res == 0) {
s3c2410_nand_update_chip(info, nmtd);

/*掃描的后一階段，經(jīng)過(guò)前面的scan_ident，我們已經(jīng)獲得對(duì)應(yīng)nand flash的硬件的各個(gè)參數(shù)，
*然后就可以在scan tail中，根據(jù)這些參數(shù)，去設(shè)置其他一些重要參數(shù)，尤其是ecc的layout，即ecc是如何在oob中擺放的，
*最后，再去進(jìn)行一些初始化操作，主要是根據(jù)你的驅(qū)動(dòng)，如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一些函數(shù)的話，那么就用系統(tǒng)默認(rèn)的。 */
nand_scan_tail(&nmtd->mtd);

/*add partion，根據(jù)你的nand flash的分區(qū)設(shè)置，去分區(qū) */
s3c2410_nand_add_partition(info, nmtd, sets);
}
if (sets != NULL)
sets++;
}

4. 等所有的參數(shù)都計(jì)算好了，函數(shù)都掛載完畢，系統(tǒng)就可以正常工作了。

上層訪問(wèn)你的nand falsh中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，通過(guò)MTD層，一層層調(diào)用，最后調(diào)用到你所實(shí)現(xiàn)的那些底層訪問(wèn)硬件數(shù)據(jù)/緩存的函數(shù)中。

【Linux下nand flash驅(qū)動(dòng)編寫步驟簡(jiǎn)介】

關(guān)于上面提到的，在nand_scan_tail的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)你的驅(qū)動(dòng)，如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一些函數(shù)的話，那么就用系統(tǒng)默認(rèn)的。如果實(shí)現(xiàn)了自己的函數(shù)，就用你的。
"那么到底我要實(shí)現(xiàn)哪些函數(shù)呢，而又有哪些是可以不實(shí)現(xiàn)，用系統(tǒng)默認(rèn)的就可以了呢。"
此問(wèn)題的，就是我們下面要介紹的，也就是，你要實(shí)現(xiàn)的，你的驅(qū)動(dòng)最少要做哪些工作，才能使整個(gè)nand flash工作起來(lái)。

1. 對(duì)于驅(qū)動(dòng)框架部分

其實(shí)，要了解，關(guān)于驅(qū)動(dòng)框架部分，你所要做的事情的話，只要看看三星的整個(gè)nand flash驅(qū)動(dòng)中的這個(gè)結(jié)構(gòu)體，就差不多了：

static struct platform_driver s3c2410_nand_driver = {
.probe = s3c2410_nand_probe,
.remove = s3c2410_nand_remove,
.suspend = s3c24xx_nand_suspend,
.resume = s3c24xx_nand_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-nand",
.owner = THIS_MODULE,
},
};

對(duì)于上面這個(gè)結(jié)構(gòu)體，沒(méi)多少要解釋的。從名字，就能看出來(lái)：
（1）probe就是系統(tǒng)“探測(cè)”，就是前面解釋的整個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中的多數(shù)步驟，都是和你自己的nand flash相關(guān)的，尤其是那些硬件初始化部分，是你必須要自己實(shí)現(xiàn)的。
（2）remove，就是和probe對(duì)應(yīng)的，“反初始化”相關(guān)的動(dòng)作。主要是釋放系統(tǒng)相關(guān)資源和關(guān)閉硬件的時(shí)鐘等常見操作了。
（3）suspend和resume，對(duì)于很多沒(méi)用到電源管理的情況下，至少對(duì)于我們剛開始寫基本的驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，可以不用關(guān)心，放個(gè)空函數(shù)即可。

2. 對(duì)于nand flash底層操作實(shí)現(xiàn)部分

而對(duì)于底層硬件操作的有些函數(shù)，總體上說(shuō)，都可以在上面提到的s3c2410_nand_init_chip中找到：

static void s3c2410_nand_init_chip(struct s3c2410_nand_info *info,
struct s3c2410_nand_mtd *nmtd, //主要是完善該結(jié)構(gòu)體
struct s3c2410_nand_set *set)
{

struct nand_chip *chip = &nmtd->chip;
void __iomem *regs = info->regs;

chip->write_buf = s3c2410_nand_write_buf;
chip->read_buf = s3c2410_nand_read_buf;
chip->select_chip = s3c2410_nand_select_chip;
chip->chip_delay = 50;
chip->priv = nmtd;
chip->options = 0;
chip->controller = &info->controller;

switch (info->cpu_type) {
case TYPE_S3C2410:

/* nand flash控制器中，一般都有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器，用于給你往里面寫數(shù)據(jù)，表示將要讀取或?qū)懭攵嗌賯€(gè)字節(jié)(byte,u8)/字(word,u32) ，所以，此處，你要給出地址，以便后面的操作所使用 */

chip->IO_ADDR_W = regs + S3C2410_NFDATA;
info->sel_reg = regs + S3C2410_NFCONF;
info->sel_bit = S3C2410_NFCONF_nFCE;
chip->cmd_ctrl = s3c2410_nand_hwcontrol;
chip->dev_ready = s3c2410_nand_devready;

break;

。。。。。。

}

chip->IO_ADDR_R = chip->IO_ADDR_W;

nmtd->info = info;
nmtd->mtd.priv = chip;
nmtd->mtd.owner = THIS_MODULE;
nmtd->set = set;

if (hardware_ecc) {
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;
chip->ecc.correct = s3c2410_nand_correct_data;

/* 此處，多數(shù)情況下，你所用的Nand Flash的控制器，都是支持硬件ECC的，所以，此處設(shè)置硬件ECC(HW_ECC) ，也是充分利用硬件的特性，
* 而如果此處不用硬件去做ECC話，那么下面也會(huì)去設(shè)置成NAND_ECC_SOFT，系統(tǒng)會(huì)用默認(rèn)的軟件去做ECC校驗(yàn)，相比之下，比硬件ECC的效率就低很多，而你的nand flash的讀寫，也會(huì)相應(yīng)地要慢不少 */

chip->ecc.mode = NAND_ECC_HW; //設(shè)置成了硬件方式校驗(yàn)ecc

switch (info->cpu_type) {

case TYPE_S3C2410:

chip->ecc.hwctl = s3c2410_nand_enable_hwecc;
chip->ecc.calculate = s3c2410_nand_calculate_ecc;

break;
。。。。。
}

} else {
chip->ecc.mode = NAND_ECC_SOFT; //也就是說(shuō)，怎么搞也得校驗(yàn)了
}

if (set->ecc_layout != NULL)
chip->ecc.layout = set->ecc_layout;

if (set->disable_ecc)
chip->ecc.mode = NAND_ECC_NONE;
}

而我們要實(shí)現(xiàn)的底層函數(shù)，也就是上面藍(lán)色標(biāo)出來(lái)的一些函數(shù)而已：

（1）s3c2410_nand_write_buf和 s3c2410_nand_read_buf：這是兩個(gè)最基本的操作函數(shù)，其功能，就是往你的nand flash的控制器中的FIFO讀寫數(shù)據(jù)。一般情況下，是MTD上層的操作，比如要讀取一頁(yè)的數(shù)據(jù)，那么在發(fā)送完相關(guān)的讀命令和等待時(shí)間之后，就會(huì)調(diào)用到你底層的read_buf，去nand Flash的FIFO中，一點(diǎn)點(diǎn)把我們要的數(shù)據(jù)，讀取出來(lái)，放到我們制定的內(nèi)存的緩存中去。寫操作也是類似，將我們內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，寫到Nand Flash的FIFO中去。
（2）s3c2410_nand_select_chip ： 實(shí)現(xiàn)Nand Flash的片選。
（3）s3c2410_nand_hwcontrol： 給底層發(fā)送命令或地址，或者設(shè)置具體操作的模式，都是通過(guò)此函數(shù)。
（4）s3c2410_nand_devready： Nand Flash的一些操作，比如讀一頁(yè)數(shù)據(jù)，寫入（編程）一頁(yè)數(shù)據(jù)，擦除一個(gè)塊，都是需要一定時(shí)間的，在命令發(fā)送完成后，就是硬件開始忙著工作的時(shí)候了，而硬件什么時(shí)候完成這些操作，什么時(shí)候不忙了，變就緒了，就是通過(guò)這個(gè)函數(shù)去檢查狀態(tài)的。一般具體實(shí)現(xiàn)都是去讀硬件的一個(gè)狀態(tài)寄存器，其中某一位是否是1，對(duì)應(yīng)著是出于“就緒/不忙”還是“忙”的狀態(tài)。這個(gè)寄存器，也就是我們前面分析時(shí)序圖中的R/B#。
（5）s3c2410_nand_calculate_ecc：如果是上面提到的硬件ECC的話，就不用我們用軟件去實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)算法了，而是直接去讀取硬件產(chǎn)生的ECC數(shù)值就可以了。
（6）s3c2410_nand_correct_data： 當(dāng)實(shí)際操作過(guò)程中，讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的硬件或軟件計(jì)算出來(lái)的ECC，和從oob中讀出來(lái)的ECC不一樣的時(shí)候，就是說(shuō)明數(shù)據(jù)有誤了，就需要調(diào)用此函數(shù)去糾正錯(cuò)誤。對(duì)于現(xiàn)在SLC常見的ECC算法來(lái)說(shuō)，可以發(fā)現(xiàn)2位，糾正1位。如果錯(cuò)誤大于1位，那么就無(wú)法糾正回來(lái)了。一般情況下，出錯(cuò)超過(guò)1位的，好像幾率不大。至少我看到的不是很大。更復(fù)雜的情況和更加注重?cái)?shù)據(jù)安全的情況下，一般是需要另外實(shí)現(xiàn)更高效和檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力更強(qiáng)的ECC算法的。
（7）s3c2410_nand_enable_hwecc： 在硬件支持的前提下，前面設(shè)置了硬件ECC的話，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)，用于每次在讀寫操作前，通過(guò)設(shè)置對(duì)應(yīng)的硬件寄存器的某些位，使得啟用硬件ECC，這樣在讀寫操作完成后，就可以去讀取硬件校驗(yàn)產(chǎn)生出來(lái)的ECC數(shù)值了。

當(dāng)然，除了這些你必須實(shí)現(xiàn)的函數(shù)之外，在你更加熟悉整個(gè)框架之后，你可以根據(jù)你自己的nand flash的特點(diǎn)，去實(shí)現(xiàn)其他一些原先用系統(tǒng)默認(rèn)但是效率不高的函數(shù)，而用自己的更高效率的函數(shù)替代他們，以提升你的nand flash的整體性能和效率。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的NandFlash详述的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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