从nandflash启动uboot的基本原理.doc
u-boot_2010.6nandflash驱动彻底分析
u-boot_2010.6nandflash驱动彻底分析2017年11⽉13⽇15:37:34最近公司⼤裁员，闹的⼈⼼惶惶，不管怎么样，武装好⾃⼰才是硬道理，坚持学习，学会那些还没学会的。
今天虚拟机突然打不开了，吓了我⼀跳，因为代码都还没备份，⼀定得养成备份代码的习惯！好了，下⾯开始进⼊正题吧，nandflash驱动彻底分析底层驱动移植完后，执⾏nand 命令：nand read 0x30000000 0 0x2000nand read 的命令格式是 nand read addr off | partition size ，总结起来就是读到哪去？从哪读？读多⼤？返回的结果是：NAND read: device 0 offset 0x0, size 0x2000file is nand_util.c,fun is nand_read_skip_bad,line is 599,NAND read from offset 2000 failed -740 bytes read: ERROR读失败，给出读失败错误码 -74要分析失败原因，先分析函数执⾏流程执⾏nand read 命令后，其实是执⾏了nand_read_skip_bad(nand, off, &size,(u_char *)addr);跳过坏块读函数的参数简单明了，从哪读，读到哪去，读多少，以及⼀个公共句柄（包含nand的信息，例如有多少个块，块⼤⼩等） 1int nand_read_skip_bad(nand_info_t *nand, loff_t offset, size_t *length,2 u_char *buffer)3 {4int rval;5 size_t left_to_read = *length;6 size_t len_incl_bad;7 u_char *p_buffer = buffer;89 len_incl_bad = get_len_incl_bad (nand, offset, *length); /* 函数分析见2017.11.14笔记（往下翻） */1011if ((offset + len_incl_bad) > nand->size) {12 printf ("Attempt to read outside the flash area\n");13return -EINVAL;14 }1516if (len_incl_bad == *length) {17 rval = nand_read (nand, offset, length, buffer);18if (!rval || rval == -EUCLEAN)19return0;20 printf ("NAND read from offset %llx failed %d\n",21 offset, rval);22return rval;23 }2425while (left_to_read > 0) {26 size_t block_offset = offset & (nand->erasesize - 1);27 size_t read_length;2829 WATCHDOG_RESET ();3031if (nand_block_isbad (nand, offset & ~(nand->erasesize - 1))) {32 printf ("Skipping bad block 0x%08llx\n",33 offset & ~(nand->erasesize - 1));34 offset += nand->erasesize - block_offset;35continue;36 }3738if (left_to_read < (nand->erasesize - block_offset))39 read_length = left_to_read;40else41 read_length = nand->erasesize - block_offset;42/* read_length 最⼤不会超过 nand->erasesize (128K) */43/* nand_read 函数是⼀个按块读函数 */44 rval = nand_read (nand, offset, &read_length, p_buffer);45if (rval && rval != -EUCLEAN) {46 printf ("NAND read from offset %llx failed %d\n",47 offset, rval);48 *length -= left_to_read;49return rval;50 }5152 left_to_read -= read_length;53 offset += read_length;54 p_buffer += read_length;55 }5657return0;58 }先看get_len_incl_bad1static size_t get_len_incl_bad (nand_info_t *nand, loff_t offset,2const size_t length)3 {4 size_t len_incl_bad = 0;5 size_t len_excl_bad = 0;6 size_t block_len;78while (len_excl_bad < length) {9 block_len = nand->erasesize - (offset & (nand->erasesize - 1));1011if (!nand_block_isbad (nand, offset & ~(nand->erasesize - 1)))12 len_excl_bad += block_len;1314 len_incl_bad += block_len;15 offset += block_len;1617if (offset >= nand->size)18break;19 }2021return len_incl_bad;22 }想要看懂这个函数，先要理解offset的构成2017年11⽉14⽇10:00:40每天进步⼀点点nand->erasesize = 128K = 0x20000nand->erasesize - 1 = 0x1FFFFoffset & (nand->erasesize - 1) 保留低17位，清⾼位，因为nand的特性，所以是按块来统计长度block_len = nand->erasesize - offset & (nand->erasesize - 1) 作⽤是统计当前块要读的长度然后判断当前块是不是坏块，如果不是坏块，则让len_excl_bad += block_len，判断是否循环的标准是len_excl_bad < length 不论当前块是不是坏块，都让len_incl_bad += block_len，len_incl_bad 得到的是包含坏块的长度总结get_len_incl_bad函数的作⽤为：①如果偏移offset是从整块开始的，返回的结果是块的整数倍（不⽤看length，⽐如length是0x20001,则读两块）②如果偏移offset不是从整块开始的，返回的结果是块的整数倍+第⼀块要读的长度总之，返回的结果是按块补齐的再继续分析nand_read_skip_bad1if (len_incl_bad == *length) {2 rval = nand_read (nand, offset, length, buffer);3if (!rval || rval == -EUCLEAN)4return0;56return rval;7 }什么情况下，len_incl_bad == *length ？要读的内容⾥，没有坏块，且长度最后按块对齐（例如，从0x400开始读，读的长度为0x40000-0x400）如果不满⾜，则进⼊while循环读，在while⾥，按块读，先判断当前块是不是坏块，如果是则跳过，不是则读下⾯分析nand_read函数1/* 1.从哪读 2.读多少 3.读到哪去 */2static int nand_read(struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,3 size_t *retlen, uint8_t *buf)4 {5struct nand_chip *chip = mtd->priv;6int ret;78/* Do not allow reads past end of device */9if ((from + len) > mtd->size)10return -EINVAL;11if (!len)12return0;13/* 选中芯⽚ */14 nand_get_device(chip, mtd, FL_READING);1516 chip->ops.len = len;17 chip->ops.datbuf = buf;18 chip->ops.oobbuf = NULL;1920 ret = nand_do_read_ops(mtd, from, &chip->ops);2122 *retlen = chip->ops.retlen;23/* 取消选中芯⽚ */24 nand_release_device(mtd);2526return ret;27 }其实真正的读函数是nand_do_read_ops，从哪去，读多少，读到哪去都被装载在chip->ops结构体中再看nand_do_read_ops函数1/**2 * nand_do_read_ops - [Internal] Read data with ECC3 *4 * @mtd: MTD device structure5 * @from: offset to read from6 * @ops: oob ops structure7 *8 * Internal function. Called with chip held.9*/10static int nand_do_read_ops(struct mtd_info *mtd, loff_t from,11struct mtd_oob_ops *ops)12 {13int chipnr, page, realpage, col, bytes, aligned;14struct nand_chip *chip = mtd->priv;15struct mtd_ecc_stats stats;16int blkcheck = (1 << (chip->phys_erase_shift - chip->page_shift)) - 1;17int sndcmd = 1;18int ret = 0;19 uint32_t readlen = ops->len;//128K 0x20000 根据输⼊的长度决定20 uint32_t oobreadlen = ops->ooblen; // oobreadlen = 021 uint8_t *bufpoi, *oob, *buf;2223 stats = mtd->ecc_stats;2425 chipnr = (int)(from >> chip->chip_shift);26 chip->select_chip(mtd, chipnr);27/* realpage 总页地址(⾼17位) */28 realpage = (int)(from >> chip->page_shift);//pageshift is 1129 page = realpage & chip->pagemask;//pagemask = 1ffff30/* col 低11位 */31 col = (int)(from & (mtd->writesize - 1));//writesize = 2048, 2047 = 0x7ff32/* 得到页地址和列地址 */33 buf = ops->datbuf;34 oob = ops->oobbuf;3536while(1) {37 bytes = min(mtd->writesize - col, readlen); //128K 0x20000 根据输⼊的长度决定38 aligned = (bytes == mtd->writesize); //aligned = 1;3940/* Is the current page in the buffer ? */41if (realpage != chip->pagebuf || oob) {42 bufpoi = aligned ? buf : chip->buffers->databuf;43/* 对齐与不对齐读到的缓冲是不⼀样的 */44if (likely(sndcmd)) {45 chip->cmdfunc(mtd, NAND_CMD_READ0, 0x00, page);46 sndcmd = 0;47 }4849/* Now read the page into the buffer */50if (unlikely(ops->mode == MTD_OOB_RAW))51 ret = chip->ecc.read_page_raw(mtd, chip,//nand_read_page_raw52 bufpoi, page);//从哪⾥读，读到哪⾥去，读多少53else if (!aligned && NAND_SUBPAGE_READ(chip) && !oob)54 ret = chip->ecc.read_subpage(mtd, chip, col, bytes, bufpoi);55/* nand_read_subpage */56else57 ret = chip->ecc.read_page(mtd, chip, bufpoi,//整页读 bufpoi = buf58 page); //nand_read_page_swecc59if (ret < 0)60break;6162/* Transfer not aligned data */63if (!aligned) {64if (!NAND_SUBPAGE_READ(chip) && !oob)65 chip->pagebuf = realpage;66 memcpy(buf, chip->buffers->databuf + col, bytes);67 }6869 buf += bytes;7071if (unlikely(oob)) {72/* Raw mode does data:oob:data:oob */73if (ops->mode != MTD_OOB_RAW) {74int toread = min(oobreadlen,75 chip->yout->oobavail);76if (toread) {77 oob = nand_transfer_oob(chip,78 oob, ops, toread);79 oobreadlen -= toread;80 }81 } else82 buf = nand_transfer_oob(chip,83 buf, ops, mtd->oobsize);84 }8586if (!(chip->options & NAND_NO_READRDY)) {87/*88 * Apply delay or wait for ready/busy pin. Do89 * this before the AUTOINCR check, so no90 * problems arise if a chip which does auto91 * increment is marked as NOAUTOINCR by the92 * board driver.93*/94if (!chip->dev_ready)95 udelay(chip->chip_delay);96else97 nand_wait_ready(mtd);98 }99 } else {100 memcpy(buf, chip->buffers->databuf + col, bytes);101 buf += bytes;102 }103104 readlen -= bytes;105106if (!readlen)107break;108109/* For subsequent reads align to page boundary. */110 col = 0;111/* Increment page address */112 realpage++;113114 page = realpage & chip->pagemask;115/* Check, if we cross a chip boundary */116if (!page) {117 chipnr++;118 chip->select_chip(mtd, -1);119 chip->select_chip(mtd, chipnr);120 }121122/* Check, if the chip supports auto page increment123 * or if we have hit a block boundary.124*/125if (!NAND_CANAUTOINCR(chip) || !(page & blkcheck))126 sndcmd = 1;127 }128129 ops->retlen = ops->len - (size_t) readlen;130if (oob)131 ops->oobretlen = ops->ooblen - oobreadlen;132133if (ret)134return ret;135136if (mtd->ecc_stats.failed - stats.failed)137return -EBADMSG;138139return mtd->ecc_stats.corrected - stats.corrected ? -EUCLEAN : 0; 140 }。
Nandflash原理与启动详解
NandFlash原理与启动详解一、Nandflash内部是怎么工作的：1片Nandflash=1设备；1设备=4096块；1块=32页；1页=528字节=数据大小（512字节）+oob块大小（16字节）（oob用于Nandflash命令执行完成后设置状态）可以通过NAND Flash命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位，通过NAND Flash内置的指针指向各自的首地址。
存储操作特点有：擦除操作的最小单位是块；NAND Flash芯片每一位只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除(擦除即是将相应块的位全部变为1)；OOB部分的第6字节(即517字节)标志是否是坏块，值为FF时不是坏块，否则为坏块。
除OOB第6字节外，通常至少把OOB的前3字节用来存放NAND Flash硬件ECC码。
（ECC："Error Correcting Code" "错误检查纠正"，带有奇偶校验的内存的主要功能。
）1.Nand flash以page为单位进行读写，以block为单位进行擦除，没页分为main区和spare区，main区用于存放正常的数据，spare区用于存放一些附加信息2．S3c2440 支持从Nand 启动是因为内部有一个叫做Steppingstone的SRAM buffer，当启动的时候，nand 的前4k的将会代码将被拷贝到steppingstone中执行，注意前4k代码是不会经过ECC校验的，所以必须确保这些代码的准确3.对nand的操作都是通过使用命令来实现，有的操作只要一个命令就可以完成，而有的需要两个命令才能完成,下面是K9F1G08U0B的命令表：4 Flash烧写程序原理及结构基本原理：将在SDRAM中的一段存储区域中的数据写到NAND Flash存储空间中。
烧写程序在纵向上分三层完成。
移植笔记-：从Nand_flash启动的uboot
到目前为此，这个版本的uboot已经加进了Nand驱动，可以使用Nand命令对nandflash进行读写。
但是还不能从Nand启动，只可以从Norflash启动或用tftp下载到sdram中然后go到该地址使用。
原因是目前移植的uboot还没有实现s3c2410支持的从Nand Flash启动机制需要的自拷贝功能。
下面介绍移植可以从Nand flash启动的uboot。
关于这里的Nand Boot概念，如果分析过vivi源码,明白vivi是如何从Nand跳转到sdram中继续执行以及copy_myself原理的话，再理解这里就比较简单了。
其实我们这里使uboot支持从nand启动的原理正是移植vivi里的copy_myself机制。
关于s3c2410从Nand Flash启动的原理可以查阅其他相关资料，不懂的话也没关系，不影响移植过程。
当然，我们的最终目的是编译一个可以直接烧录到nand中启动的uboot。
既然已经到这一步了，要实现nand启动已经很容易了。
只需要添加几行代码,大部分从vivi拷贝，只需修改少许地方。
过程如下：1.在board/smdk2410加入NAND Flash读函数，建立nand_read.c文件，加入如下内容(copy from vivi)：(在vivi源码下的arch\s3c2410\nand_read.c)#include<config.h>#define __REGb(x)(*(volatile unsigned char*)(x))#define __REGi(x)(*(volatile unsigned int*)(x))#define NF_BASE 0x4e000000#define NFCONF __REGi(NF_BASE + 0x0)#define NFCMD __REGb(NF_BASE + 0x4)#define NFADDR __REGb(NF_BASE + 0x8)#define NFDATA __REGb(NF_BASE + 0xc)#define NFSTAT __REGb(NF_BASE + 0x10)#define BUSY 1inline void wait_idle(void){int i;while(!(NFSTAT & BUSY))for(i=0; i<10; i++);}#define NAND_SECTOR_SIZE 512#define NAND_BLOCK_MASK (NAND_SECTOR_SIZE - 1)/* low level nand read function */intnand_read_ll(unsigned char*buf,unsigned long start_addr,int size) {int i, j;if((start_addr & NAND_BLOCK_MASK)||(size & NAND_BLOCK_MASK)) {return-1;/* invalid alignment */}/* chip Enable */NFCONF &=~0x800;for(i=0; i<10; i++);for(i=start_addr; i <(start_addr + size);){/* READ0 */NFCMD = 0;/* Write Address */NFADDR = i & 0xff;NFADDR =(i >> 9)& 0xff;NFADDR =(i >> 17)& 0xff;NFADDR =(i >> 25)& 0xff;wait_idle();for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE; j++, i++){*buf =(NFDATA & 0xff);buf++;}}/* chip Disable */NFCONF |= 0x800;/* chip disable */return 0;}2.修改cpu/arm920t/start.S文件(copy from vivi)(在vivi源码下的arch\s3c2410\Head.s。
Nand_flash工作原理
Nand flash芯片工作原理------------------------------------Nand flash芯片型号为Samsung K9F1208U0B,数据存储容量为64MB,采用块页式存储管理。
8个I/O引脚充当数据、地址、命令的复用端口。
芯片内部存储布局及存储操作特点:一片Nand flash为一个设备(device), 其数据存储分层为:1 (Device) = 4096 (Blocks)1 (Block) -= 32 (Pages/Rows) 页与行是相同的意思,叫法不一样1 (Page) = 528 (Bytes) = 数据块大小(512Bytes) + OOB 块大小(16Bytes)在每一页中,最后16个字节(又称OOB)用于Nand Flash命令执行完后设置状态用,剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。
可以通过Nand Flash命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位通过Nand Flash内置的指针指向各自的首地址。
存储操作特点:1. 擦除操作的最小单位是块。
2. Nand Flash芯片每一位(bit)只能从1变为0,而不能从0变为1,所以在对其进行写入操作之前要一定将相应块擦除(擦除即是将相应块得位全部变为1).3. OOB部分的第六字节(即517字节)标志是否是坏块,如果不是坏块该值为FF,否则为坏块。
(转载注：应该是每块的第一页的第六个字节。
)4. 除OOB第六字节外,通常至少把OOB的前3个字节存放Nand Flash硬件ECC码NAND FLASH的工作原理- to beginner2007-04-23 23:43NAND FLASH 是一种大容量、高速的存储技术。
其接口较为简单，如果没有专门的nand flash控制器，甚至可以用io口与之对接。
其编程也相对简单，只要了解如下关键概念就可以：1.nand flash内部有管理单元，管理单元负责对nand flash的实际单元的操作。
u_boot移植(五)之分析uboot源码中nand flash操作
u_boot移植(五)之分析uboot源码中nand flash操作一、OneNand 和Nand Flash我们已经能从Nand Flash启动了，启动之后，大家会看到如下效果:可以看出,我们的uboot默认使用的是OneNand。
需要注意的是我们的FSC100上面是没有OneNand的，有的是K9F2G08U0B型号的NAND FLASH。
前面我们了解过Nor Flash 和Nand Flash，那OneNand Flash又是什么呢?二、uboot 源码中Nand Flash部分代码分析我们从Nand Flash初始化看起，打开lib_arm/board.c文件,为了紧抓主线，以下代码只列举出了主线代码。
可以看出，我们可以通过CONFIG_CMD_NAND和CONFIG_CMD_ONENAND两个宏来选择NAND FLASH初始化还是 ONENAND FLASH初始化。
uboot 中默认定义了宏CONFIG_CMD_ONENAND,所以选择的是ONENAND FLASH初始化。
我们的FSC100上面使用的是NAND FLASH，所以我们要定义CONFIG_CMD_NAND宏，取消CONFIG_CMD_ONENAND宏的定义。
嗯！先做个记录:修改include/configs/fsc100.h,定义宏CONFIG_CMD_NAND,取消宏CONFIG_CMD_ONENAND。
好了，接下我们看看nand_init()函数时如何实现的。
看以看出，这段代码调用根据CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE宏[默认没有定义]的值来决定系统中Nand Flash设备的个数。
接着调用nand_init_chip()函数完成Nand Flash初始化，然后计算出每块Nand Flash的大小。
最终会输出Nand Flash总的容量。
嗯!做个记录:修改include/configs/fsc100.h,定义宏CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE,值为1没有看明白的地方是给nand_init_chip()函数传递的参数，接下来我们来看看他们是如何定义的。
Nand flash工作原理
Nand flash芯片工作原理------------------------------------Nand flash芯片型号为Samsung K9F1208U0B,数据存储容量为64MB,采用块页式存储管理。
8个I/O引脚充当数据、地址、命令的复用端口。
芯片内部存储布局及存储操作特点:一片Nand flash为一个设备(device), 其数据存储分层为:1 (Device) = 4096 (Blocks)1 (Block) -= 32 (Pages/Rows) 页与行是相同的意思,叫法不一样1 (Page) = 528 (Bytes) = 数据块大小(512Bytes) + OOB 块大小(16Bytes)在每一页中,最后16个字节(又称OOB)用于Nand Flash命令执行完后设置状态用,剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。
可以通过Nand Flash命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位通过Nand Flash内置的指针指向各自的首地址。
存储操作特点:1. 擦除操作的最小单位是块。
2. Nand Flash芯片每一位(bit)只能从1变为0,而不能从0变为1,所以在对其进行写入操作之前要一定将相应块擦除(擦除即是将相应块得位全部变为1).3. OOB部分的第六字节(即517字节)标志是否是坏块,如果不是坏块该值为FF,否则为坏块。
(转载注：应该是每块的第一页的第六个字节。
)4. 除OOB第六字节外,通常至少把OOB的前3个字节存放Nand Flash硬件ECC码NAND FLASH的工作原理- to beginner2007-04-23 23:43NAND FLASH 是一种大容量、高速的存储技术。
其接口较为简单，如果没有专门的nand flash控制器，甚至可以用io口与之对接。
其编程也相对简单，只要了解如下关键概念就可以：1.nand flash内部有管理单元，管理单元负责对nand flash的实际单元的操作。
UBOOT移植（NANDFLASH的支持）——初步移植（二）
UBOOT移植（NANDFLASH的支持）——初步移植（二）NAND FLASH初始化入口函数（arch/arm/lib/board.c）这里需要定义CONFIG_CMD_NAND这个宏才行，在配置头文件中已经包含进去了，没问题。
nand_init()函数（drivers/mtd/nand/nand.c）这个函数里面使用两个宏参数进行控制CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE和CONFIG_SYS_NAND_SELECT_DEVICE，前者已经在配置头文件中进行了描述，后者由于对应的是有多个NAND设备存在的情况，这里就忽略了。
nand_init_chip()函数（drivers/mtd/nand/nand.c）这个函数需要配置三个宏参数，除了CONFIG_RELOC_FIXUP_WORKS其余都定义了。
没有定义的那个宏给出的描述是“Relocation to SDRAM works on all XXX boards”意思是重置到SDRAM工作在所有XXX板子上。
UBOOT中大部分ARM板子上都没有定义这个宏，SMDK2410也没有定义这个宏，这里也就选择不定义。
这个函数函数还需要三个参数，这三个参数在开头进行了定义。
nand_info_t nand_info[CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE];static struct nand_chip nand_chip[CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE];static ulong base_address[CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE] =CONFIG_SYS_NAND_BASE_LIST;宏CONFIG_SYS_NAND_BASE_LIST采用默认的配置。
#ifndef CONFIG_SYS_NAND_BASE_LIST#define CONFIG_SYS_NAND_BASE_LIST { CONFIG_SYS_NAND_BASE }#endif上述所有参数在配置头文件中都有定义。
Nand Flash 工作原理
深入剖析NAND flash工作原理！NAND闪存阵列分为一系列128kB的区块(block)，这些区块是NAND器件中最小的可擦除实体。
擦除一个区块就是把所有的位(bit)设置为"1"(而所有字节(byte)设置为FFh)。
有必要通过编程，将已擦除的位从"1"变为"0"。
最小的编程实体是字节(byte)。
一些NOR闪存能同时执行读写操作(见下图1)。
虽然NAND不能同时执行读写操作，它可以采用称为"映射(shadowing)"的方法，在系统级实现这一点。
这种方法在个人电脑上已经沿用多年，即将BIOS从速率较低的ROM加载到速率较高的RAM上。
NAND的效率较高，是因为NAND串中没有金属触点。
NAND闪存单元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一个单元都需要独立的金属触点。
NAND与硬盘驱动器类似，基于扇区(页)，适合于存储连续的数据，如图片、音频或个人电脑数据。
虽然通过把数据映射到RAM上，能在系统级实现随机存取，但是，这样做需要额外的RAM存储空间。
此外，跟硬盘一样，NAND器件存在坏的扇区，需要纠错码(ECC)来维持数据的完整性。
存储单元面积越小，裸片的面积也就越小。
在这种情况下，NAND就能够为当今的低成本消费市场提供存储容量更大的闪存产品。
NAND闪存用于几乎所有可擦除的存储卡。
NAND的复用接口为所有最新的器件和密度都提供了一种相似的引脚输出。
这种引脚输出使得设计工程师无须改变电路板的硬件设计，就能从更小的密度移植到更大密度的设计上。
NAND与NOR闪存比较NAND闪存的优点在于写(编程)和擦除操作的速率快，而NOR的优点是具有随机存取和对字节执行写(编程)操作的能力(见下图图2)。
NOR的随机存取能力支持直接代码执行(XiP)，而这是嵌入式应用经常需要的一个功能。
NAND的缺点是随机存取的速率慢，NOR的缺点是受到读和擦除速度慢的性能制约。