gnu ucos 加入nandflash 操作并支持nand启动

nandflash 因为造价低在对大容量的数据存储中发挥着重要的作用。nandflash没有地址或数据总线，如果是8位 nandflash（我见过的最多的情况），那么它只有8个IO口还有一些控制口，控制口在不同状态切换这8个IO口分别用于传输命令、地址和数据。nandflash主要以page（页）为单位进行读写，以block（块）为单位进行擦除。Nand Flash芯片每一位只能从1写为0，而不能从0写为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除（擦除就是将相应块的位全部变为1）

s3c2440处理器集成了 nandflash 控制器，还有一个特殊的功能：在系统刚上电之后不依赖于任何代码把nandflash前4K的内容搬运到“Steppingstone”的内部SRAM缓存。

然后把该Steppingstone映射为Bank0，最后从这4K代码开始执行。这个功能很有用，可以把系统最必要的初始化代码和搬运的代码放到这4K当中--4K已经够多了，记得以前

看《自己动手写操作系》那个bios只是把512字节的东西搬运到内存中。搬运代码就负责把剩余的代码从nandflash中搬运到ram中，然后跳转到ram中去执行主要的程序！

这里使用的是mini2440上的K9F1G08，跟赵春江老师的K9F2G08U0A 几乎无多大差别。这里的1G代表1Gbit 也就是128Mbyte。关于nandflash命名规则可见如下链接：blog.sina.com.cn/s/blog_604c12520100tqil.html

K9F2G08U0A的一页为（2K＋64）字节（加号前面的2K表示的是main区容量，加号后面的64表示的是spare区容量），它的一块为64页，而整个设备包括了2048个块。这样算下来一共有2112M位容量，如果只算main区容量则有256M字节（即256M×8位）。

要实现用8个IO口来要访问这么大的容量，K9F2G08U0A规定了用5个周期来实现。第一个周期访问的地址为A0~A7；第二个周期访问的地址为A8~A11，它作用在IO0~IO3上，而此时IO4~IO7必须为低电平；第三个周期访问的地址为A12~A19；第四个周期访问的地址为A20~A27；第五个周期访问的地址为A28，它作用在IO0上，而此时IO1~IO7必须为低电平。前两个周期传输的是列地址，后三个周期传输的是行地址。通过分析可知，列地址是用于寻址页内空间，行地址用于寻址页，如果要直接访问块，则需要从地址A18开始。

下面重点介绍下如何实现从nandflash中启动。
首先判断是从仿真器启动还是从nandflash启动：

	/*
	 * we do sys-critical inits only at reboot,* not when booting from ram!
	 */
	adr	r0,_start		/* r0 <- current position of code   */
	cmp     r0,#0x0		/* don't reloc during debug         */
	blne	cpu_init_crit

	bl	memsetup		/* we run from nandflash*/

	@ copy ucos to RAM
	mov     r0,#0x0
	ldr	r1,=TEST_RAM
	mov	r2,#0x100000

	@ get read to call C functions (for copy2ram)
	ldr	sp,DW_STACK_START	@ setup stack pointer
	bl	copy2ram

cpu_init_crit:
	mov	r1,#GPIO_CTL_BASE
	add	r1,r1,#oGPIO_F

这里的adr是相对寻址，也就是从相对于当前 pc 的位置得到标号_start的位置，可见如下链接：

blog.csdn.net/sukhoi27smk/article/details/8876201

上面前3条指令反汇编形式是：

300000c0:	e24f00c8 	sub	r0,pc,#200	; 0xc8
300000c4:	e3500000 	cmp	r0,#0
300000c8:	1b000005 	blne	300000e4 <cpu_init_crit>

如果是从jtag仿真器启动那么 _start 被放在0x30000000 位置处r0与0不等，跳转到cpu_init_crit执行。

如果是被烧写到nandflash中并被2440加载到前4K 那么得到的r0寄存器值也就是0。接下来就执行memsetup 和 copy2ram 。

注意前面在仿真器加载的时候首先load并运行了一个初始化ram的bin文件，这里从 nandflash 启动需要先把ram初始化然后才能拷贝flash中数据进来。

然后就是copy2ram ：
int copy2ram(unsigned long start_addr,unsigned char *buf,int size)
从左到右第一个参数是 start_addr ：
对应着 mov r0,#0x0 也就是从 nandflash 偏移为0出开始读，当然也包括开始的那4K
第二个参数 buf 对应着 ldr r1,=TEST_RAM 前面宏定义 #define TEST_RAM 0x30000000 把nandflash数据拷贝到这个位置。
第三个参数 size 对应着 mov r2,#0x100000 也就是拷贝1M 大小的数据，这个对于我们的小项目来说已经够了。

整个 nandflash 拷贝操作代码是从 u-boot 里面拷贝出来的，直接上代码没必要讲解。值得注意一点就是函数 nand_read_ll 有一个如下的循环：

	for(i=start_addr; i < (start_addr + size);) {
		/* ·¢³öREAD0ÃüÁî */
		write_cmd(0);

		/* Write Address */
		write_addr_lp(i);
		write_cmd(0x30);
		wait_idle();

		for(j=0; j < NAND_SECTOR_SIZE_LP; j++,i++) {
			*buf = read_data();
			buf++;
		}
	}

如果程序用最高优化等级编译，那么编译器会把上面循环优化的，像 write_cmd read_data 之类的都会拿到循环外面来，这是肯定不对的。
所以对于这种函数要禁止编译器优化需要在函数前面加个声明：
void __attribute__((optimize("O0"))) nand_read_ll(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size)
还有其它一些函数也需要禁止优化。

关于优化的可见下面文章：

http://forum.andestech.com/viewtopic.PHP?f=16&t=225

最后就是跳转到主程序开始执行了，注意这里要是绝对跳转指令才行（因为这条跳转指令有可能在前4K中，也有可能在0x30000000 以后的某个地址处）！

	ldr	pc,__main
__main:	.word main
	@bl	main			@ call main
	b 	.

反汇编形式如下：

30000104:	e51ff004 	ldr	pc,[pc,#-4]	; 30000108 <__main>
30000108 <__main>:
30000108:	300005c4 	andcc	r0,r0,r4,asr #11
3000010c:	eafffffe 	b	3000010c <__main+0x4>

看到了正好跳转到 0x300005c4 ，也就是main函数起始地址。

前面的函数 copy2ram 把前4K的内容也拷贝到了 0x30000000 位置处，这里的跳转跳转到了 0x300005c4 。

这里还有一些约束条件那就是拷贝 nandflash 的c 文件要被连接器链接进前 4K 里面，这个可以在 ucos.lds 里面指定。在跳转到main函数之前的代码可能在
两个地址执行（0x00，0x30000000）所以需要是位置无关的，关于位置无关代码可见如下链接：

blog.csdn.net/ustc_dylan/article/details/6965330

示例代码中在Task0 里面有个函数关于nandflash验证的代码如下：

void nand_test()
{
	UINT8	buff[2048];
	int	i;

	for(i = 0;i < 2048;i ++)
		buff[i]	= i & 0xff;

	nand_init_ll();

	printf("erase result is %x\r\n",nand_eraseblock(8));

	printf("write result is %x\r\n",nand_writepage(515,buff,2048));

	for(i = 0;i < 2048;i ++)
		buff[i]	= 0x0;
	printf("read result is %x\r\n",nand_read_3(515 * 2048,2048));
	
	for(i = 0;i < 4;i ++){
		printf("%2x ",buff[i]);
	}

	nand_ramdom_write(514,2048 - 33,0xf4);
	printf("result is :%x \r\n",nand_ramdom_read(514,2048 - 33));

	nand_readID(buff);
		
	printf("nand ID is :");
	for(i = 0;i < 5;i ++)
		printf("%x ",buff[i]);		
	printf("\r\n");
}

上面功能依次是

擦除一块nandflash

向擦除的flash 某个页写一页数据，读出来刚才写的数据；

nand随机写然后再随机读刚才写的数值

读出nandflash的ID

另外还有一个大小端的问题，arm架构支持大小端模式切换，但默认的是小端模式； nandflash 是8位的，字访问，半字访问，字节访问读出来字节序列不一样的！！为了加快速度，一般都选择字访问！当 nand_readpage 调用函数接口是 nand_read_page

当按照字节读的时候：
for(j=0; (j < NAND_SECTOR_SIZE_LP) && (j < size); j++ ) {
*buf = read_data8();
buf++;
}
打印结果如下：
erase result is 66
write result is 66
read result is 66
0 1 2 3

当按照字读取的时候：
for(j=0; (j < NAND_SECTOR_SIZE_LP) && (j < size); j+=4 ) {
*(UINT32 *)buf = read_data();
buf+=4;
}
erase result is 66
write result is 66
read result is 66
0 1 2 3
可见是小端模式访问！

nandflash操作很多控制细节都是是参考 zhaocj 的讲解来的，这里就不多废话了。参考链接：

blog.csdn.net/zhaocj/article/details/5803699
blog.csdn.net/zhaocj/article/details/5795254

可以去我的github clone 完整的代码。

gnu ucos 加入nandflash 操作并支持nand启动

相关文章