SylixOS下基于NUC970的NAND驱动

开发环境

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宿主机： Windows7 64bits 系统
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开发板：安米MDK972
软件环境： RealEvo-IDE3.0
NAND Flash： S34ML02G100TF100
S34ML02G100TF100芯片参数

Density:2 Gbit
Input / Output Bus Width: 8-bits
Page Size:2112 (2048 + 64) bytes; 64 bytes is spare area
Block Size: 64 Pages;128k + 4k bytes
Plane Size: 1024 Blocks per Plane;128M + 4M bytes
Device Size: 2 Planes per Device or 256 Mbyte

NAND控制器结构

NUC970的NAND控制器包含在FMI中。FMI分为DMA单元和FMI单元。对于NAND，支持单一DMA通道和硬件ECC，如图 2-1所示。

SylixOS下基于NUC970的NAND驱动

图 2-1 NUC970 NAND控制器

技术实现

驱动框架
SylixOS中NAND Flsh的驱动框架如图 3-1所示。NAND通用驱动主要在fs/mtd/nand/nand_base.c中，该文件包含了NAND的通用操作。驱动工程师需要在NAND通用驱动的基础上实现与硬件相关的驱动层的结构体（nand_chip），该结构体包含了对具体硬件相关的控制和操作函数，以及相关硬件参数和配置信息。MTD层与文件系统，SylixOS已经完全实现，不需要驱动工程师实现。
图 3-1 NAND驱动框架

框架实现

NAND驱动需要完成NAND控制器、ECC的配置以及NAND的相关操作函数及文件系统挂载，如果使用硬件ECC一般自己定义OOB布局。NUC970驱动实现的操作如程序清单 3-1所示。

程序清单 3-1 NAND实现框架

    nandchipNand->cmd_ctrl        = hwControl;
    nandchipNand->cmdfunc         = nandCommand;
    nandchipNand->dev_ready       = devReady;
    nandchipNand->select_chip     = chipSelect;
    nandchipNand->read_byte       = nandReadByte;
    nandchipNand->write_buf       = nandWriteBuf;
    nandchipNand->read_buf        = nandReadBuf;
    nandchipNand->chip_delay      = 50;
    nandchipNand->ecc.mode        = NAND_ECC_HW_OOB_FIRST;
    nandchipNand->ecc.hwctl       = nandEnableHwEcc;
    nandchipNand->ecc.calculate   = nandCalculateEcc;
    nandchipNand->ecc.correct     = nandCorrectData;
    nandchipNand->ecc.write_page  = nandWritePageHwEcc;
    nandchipNand->ecc.read_page   = nandReadPageHwEccOobFirst;
    nandchipNand->ecc.read_oob    = nandReadoobHwEcc;
nandchipNand->ecc.layout      = &__Gpnuc970nandoob;

控制器初始化
控制器初始化主要实现了模块时钟使能、管脚复用、时序设置、片选、解除写保护、页大小、软件复位等操作。
ECC配置
ECC配置主要设置冗余区大小，保护前3字节，自动写校验值到NAND，设置算法等级，ECC使能等操作。

函数cmd_ctrl

该函数主要实现对ALE/CLE/nCE的控制，同时用来写命令和地址。

程序清单 3-2 命令控制函数

static VOID hwControl (struct mtd_info  *pMtd, INT  iCmd, UINT  uiCtrl)
{
    struct nand_chip *pChip = pMtd->priv;

    if (uiCtrl & NAND_CTRL_CHANGE) {
        ULONG IO_ADDR_W = (ULONG)REG_NANDDATA;

        if ((uiCtrl & NAND_CLE)) {
            IO_ADDR_W = REG_NANDCMD;
        }
        if ((uiCtrl & NAND_ALE)) {
            IO_ADDR_W = REG_NANDADDR;
        }

        pChip->IO_ADDR_W = (VOID *)IO_ADDR_W;
    }

    if (iCmd != NAND_CMD_NONE) {
        writeb(iCmd, pChip->IO_ADDR_W);
    }
}

函数cmdfunc
该函数主要实现向芯片中写命令的功能，在系统提供的默认函数中通过调用cmd_ctrl函数来实现具体写操作。由于NUC970的控制器需在最后一个地址周期手动设置EOA位，无法使用默认函数，差异代码如程序清单 3-3所示：
程序清单 3-3 命令功能函数差异代码
```
writel((iColumn >> BUS_WIDTH) | NANDADDR_EOA, REG_NANDADDR);
```
函数dev_ready
该函数主要用来获得设备ready/busy引脚状态。如果该函数指针设置为NULL无法获得ready/busy引脚状态，则ready/busy信息需要通过读取NAND芯片的状态寄存器。代码实现如程序清单 3-4所示。
程序清单 3-4 获得NAND状态
```
    return ((readl(REG_NANDINTSTS) & NANDINTSTS_RB0_Status) ? 1 : 0);
```
函数read_byte
该函数功能为从NAND芯片读取一个字节，代码如程序清单 3-5所示。
程序清单 3-5 从NAND读一个字节
```
    return ((UCHAR)readl(REG_NANDDATA));
```
函数write_buf
该函数功能为从一个缓冲区写数数据到NAND芯片。代码实现如程序清单 3-6。
程序清单 3-6 写缓冲区数据到NAND
```
    for (i = 0; i < iLen; i++) {
        writel(pucbuf[i], REG_NANDDATA);
    }
```
函数read_buf
该函数功能为从NAND芯片读数据到一个缓冲区。代码实现如程序清单 3-7所示。
程序清单 3-7 读数据到缓冲区
```
    for (i = 0; i < iLen; i++) {
        writel(pucbuf[i], REG_NANDDATA);
    }
```
函数ecc.hwctl
该函数用于控制硬件ECC发生器，只有在使用硬件ECC时实现。本例的硬件校验在传输中实现，因此该函数为空实现。
函数ecc.calculate
该函数用于ECC计算，或从ECC硬件中读回。本例的硬件校验在传输中实现，因此该函数为空实现。
函数ecc.correct
该函数用于ECC校正。本例的硬件校验在传输中实现，因此该函数为空实现。

函数ecc.write_page

该函数主要实现带ECC的写一页数据到NAND芯片。在传输的过程中，ECC电路会自动计算ECC校验值，并存储到控制器分配的寄存器组中。完成传输后寄存器组中的OOB数据会根据设置自动写进NAND芯片。实现流程如程序清单 3-8所示。

程序清单 3-8 带硬件ECC的写页

static INT nandWritePageHwEcc (struct mtd_info   *pMtd,
                               struct nand_chip  *pChip,
                               const UCHAR       *pucBuf,
                               INT                iOobRequired)
{
    UCHAR          *pucEccCalc   = pChip->buffers->ecccalc;
    UINT             uiEccBytes  = pChip->ecc.layout->eccbytes;
    register CHAR     *pcPtr     = (CHAR *)REG_NANDRA0;

    memset((VOID *)pcPtr, 0xFF, pMtd->oobsize);
    memcpy((VOID *)pcPtr, (VOID *)pChip->oob_poi,  pMtd->oobsize - pChip->ecc.total);

    nandDmaTransfer(pMtd, pucBuf, pMtd->writesize , 0x1);

    /*
     *  Copy parity code in SMRA to calc
     */
    memcpy((VOID *)pucEccCalc,
           (VOID *)(REG_NANDRA0 + (pMtd->oobsize - pChip->ecc.total)),
           pChip->ecc.total);

    /*
     *  Copy parity code in calc to oob_poi
     */
    memcpy((VOID *)(pChip->oob_poi + uiEccBytes),
            (VOID *)pucEccCalc,
            pChip->ecc.total);

    return 0;
}

函数ecc.read_page

该函数主要实现带ECC校验的从NAND芯片读出一页数据。本例为硬件ECC，需要先读出OOB区数据到控制器分配的寄存器组中。在数据传输的过程中，ECC电路会计算ECC校验值，并与寄存器组中的值比较，检查是否产生错误，以及定位和计算校错值。若产生错误，程序需要根据错误位置和错误值进行校错。具体流程如程序清单 3-9所示：

程序清单 3-9 带ECC的读页

static INT nandReadPageHwEccOobFirst (struct mtd_info   *pMtd,
                                      struct nand_chip  *pChip,
                                      UCHAR             *ucBuf,
                                      INT                iOobRequired,
                                      INT                iPage)
{
    INT      iEccSize = pChip->ecc.size;
    CHAR    *pcPtr    = (CHAR *)REG_NANDRA0;

    /*
     *  At first, read the OOB area
     */
    nandCommand(pMtd, NAND_CMD_READOOB, 0, iPage);
    nandReadBuf(pMtd, pChip->oob_poi, pMtd->oobsize);

    /*
     *  Second, copy OOB data to SMRA for page read
     */
    memcpy((VOID *)pcPtr, (VOID *)pChip->oob_poi, pMtd->oobsize);

    /*
     *  Third, read data from nand
     */
    nandCommand(pMtd, NAND_CMD_READ0, 0, iPage);
    nandDmaTransfer(pMtd, ucBuf, iEccSize, 0x0);

    /*
     *  Fouth, restore OOB data from SMRA
     */
    memcpy((VOID *)pChip->oob_poi, (VOID *)pcPtr, pMtd->oobsize);

    return 0;
}

函数ecc.read_oob

该函数主要实现从芯片中读取OOB数据。实现流程如程序清单 3-10所示。

程序清单 3-10 带硬件ECC的读OOB区数据

static INT nandReadoobHwEcc(struct mtd_info  *pMtd, struct nand_chip  *pChip, INT  iPage)
{
    CHAR *cPtr = (char *)REG_NANDRA0;

    /*
     *  At first, read the OOB area
     */
    nandCommand(pMtd, NAND_CMD_READOOB, 0, iPage);
    nandReadBuf(pMtd, pChip->oob_poi, pMtd->oobsize);

    /*
     *  Second, copy OOB data to SMRA for page read
     */
    memcpy ((VOID *)cPtr, (VOID *)pChip->oob_poi, pMtd->oobsize);

    return 0;
}

ecc.layout

nand_ecc为ECC布局控制结构体。通过该结构体配置OOB区中ECC的位数和位置，可用位数和空闲位数。本例通过调用程序清单 3-11代码实现OOB区的布局控制。

程序清单 3-11 OOB区布局

static VOID oobTableLayout ( struct nand_ecclayout  *pNandOOBTbl, INT  iOobSize , INT  iEccBytes)
{
    pNandOOBTbl->eccbytes     = iEccBytes;

    pNandOOBTbl->oobavail     = iOobSize - DEF_RESERVER_OOB_SIZE_FOR_MARKER - iEccBytes ;

    pNandOOBTbl->oobfree[0].offset = DEF_RESERVER_OOB_SIZE_FOR_MARKER;     /*  Bad block marker size    */

    pNandOOBTbl->oobfree[0].length = iOobSize - iEccBytes - pNandOOBTbl->oobfree[0].offset ;
}

文件系统挂载

在SylixOS下NAND Flash通常挂载YAFFS文件系统，并分为n0和n1分区，其中n0分区用作启动分区，n1作为应用分区。挂载流程如程序清单 3-12所示。

程序清单 3-12 文件系统挂挂载

    yaffs_mtd_drv_install(&__GyaffsdevBootDev);
    yaffs_mtd_drv_install(&__GyaffsdevCommDev);

    yaffs_add_device(&__GyaffsdevBootDev);                              /* add to yaffs device table    */
    yaffs_add_device(&__GyaffsdevCommDev);                              /* add to yaffs device table    */

    yaffs_mount(cBootDevName);
    yaffs_mount(cCommDevName);

参考资料

无。

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NAND控制器结构

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驱动框架

框架实现

控制器初始化

ECC配置

函数cmd_ctrl

函数cmdfunc

函数dev_ready

函数read_byte

函数write_buf

函数read_buf

函数ecc.hwctl

函数ecc.calculate

函数ecc.correct

函数ecc.write_page

函数ecc.read_page

函数ecc.read_oob

ecc.layout

文件系统挂载

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