NAND Flash的系統(tǒng)構(gòu)建資料下載

??達芬奇（Davinci）系列嵌入式處理器是TI公司的具有高速處理能力的新一代嵌入式設(shè)備［1］，它同時具備了DSP和精簡指令級計算機技術(shù)的優(yōu)點。它集成了一個高性能的DSP核心與一個ARM9內(nèi)核，被廣泛應(yīng)用于嵌入式圖片、視頻處理中［2］。在Davinci平臺下，通常以ARM核為基礎(chǔ)構(gòu)建，但是目前經(jīng)常采用一片NOR Flash加上一片NAND Flash作為外部存儲設(shè)備，并且通常都是256 B/頁或者512 B/頁的小頁面NAND Flash，本文旨在只以一片2 KB/頁的大頁面NAND Flash（Samsung K9K8G08U0A）作為外部存儲設(shè)備、Davinci TMS320DM6446作為處理器的硬件結(jié)構(gòu)下，闡述構(gòu)建穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)需要解決的問題。 ??1 問題概述 ??F是用來連接Flash、SRAM等多種存儲設(shè)備的外設(shè)端口。TMS320DM6446的EMIF端口支持每路32 MB總共4路可尋址的片選空間，支持8 bit以及16 bit的數(shù)據(jù)總線寬度，具有可編程的建立、選通以及保持時間，還具備NAND Flash ECC校驗數(shù)據(jù)生成功能等［5］，因此可以方便靈活地與外部NAND Flash芯片通信。在本文的硬件系統(tǒng)中，即采用TMS320DM6446的EMIF的CS2空間與Samsung K9K8G08U0A NAND Flash相連。 ??由于本系統(tǒng)只有一片NAND Flash作為外部的存儲設(shè)備，因此所有的引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及根文件系統(tǒng)均需要存儲在這上面，系統(tǒng)也就需要從NAND Flash啟動。TMS320DM6446具有多種啟動方式，具體由哪種方式啟動，由系統(tǒng)復(fù)位時引腳BTSEL［1：0］電平?jīng)Q定，當BTSEL［1:0］被置為“01”時，TMS320DM6446的ARM核從EMIFA的EM_CS2存儲空間開始執(zhí)行（地址為0x0200 0000），這種情況下EMIF連接的是具有線性地址的非易失存儲器，通常是NOR Flash。當BTSEL［1:0］不為“01”時，TMS320DM6446內(nèi)部的ROM BOOT LOADER（簡稱RBL）開始運行，RBL再根據(jù)BTSEL［1:0］的不同值決定從何處加載用戶的引導(dǎo)程序UBL（USER BOOT LOADER）。當BTSEL［1:0］為“00”時，RBL將從連接到EMIF的CS2空間的NAND Flash中加載UBL。由于RBL的加載過程是將UBL拷貝到ARM的內(nèi)部RAM中，因此對于UBL的大小限制在14 KB以內(nèi)，但是在嵌入式環(huán)境常用的U-BOOT、ViVi等的大小都遠超過這個限制，因此需要多級加載，一級引導(dǎo)程序主要做系統(tǒng)的初始化，然后將二級引導(dǎo)程序（在本系統(tǒng)中采用U-BOOT，本文后面提到的UBL均指一級引導(dǎo)程序）從NAND Flash中讀取到RAM中，然后啟動它，由U-BOOT負責(zé)操作系統(tǒng)的引導(dǎo)［4］。于是整個NAND Flash上系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵問題包括如何移植UBL，以使其能夠正常初始化系統(tǒng)，正常加載二級引導(dǎo)程序U-BOOT到RAM中，U-BOOT的移植使其滿足大頁面NAND Flash的讀寫要求以及裸機時引導(dǎo)程序的燒寫。 ??2 UBL移植 ??UBL為TI公司提供的對于Davinci系列處理器通過內(nèi)部的ROM BOOT LOADER啟動時的一級引導(dǎo)程序。其工作流程如圖1所示。 ?? ??UBL的移植主要針對本系統(tǒng)中硬件板的結(jié)構(gòu)修改系統(tǒng)初始化過程以及增加對Samsung K9K8G08U0A NAND Flash的支持，以下分別闡述。 ??2.1 系統(tǒng)初始化 ??2.1.1 設(shè)置CPU、DDR工作頻率 ??TMS320DM6446具有兩路PLL，其中PLL1通過分頻供系統(tǒng)的主時鐘及大部分外設(shè)的時鐘，PLL2供DDR2使用。DSP時鐘頻率為SYSCLK1=27 MHz×（PLL1_PLLM+1），使用固定一分頻，本系統(tǒng)中DSP工作在正常頻率594 MHz，因此需設(shè)置PLL1_PLLM=21，即設(shè)置寄存器0x1C4 0910為21。 ??本系統(tǒng)使用兩片K4T1G164QQ-HCE6 DDR2 SDRAM作為系統(tǒng)內(nèi)存，該芯片為DDR2 667芯片，時鐘頻率為333 MHz。TMS320DM6446中DDR2使用PLL2的PLLDIV2分頻作為時鐘頻率，計算公式為（27 MHz×（PLL2_PLLM+1））/（PLL2_PLLDIV2→RATIO+1）。因此設(shè)置PLL2_PLLM=23，PLL2_PLLDIV2→RATIO=1，PLL2_PLLDIV2的第15位為分頻允許位，應(yīng)置為1，所以PLL2_PLLDIV2為0x8001，即寄存器0x1C4 0D10=23，0x1C4 0D1C=0x8001。 ??2.1.2 配置EMIF接口 ??根據(jù)Samsung K9K8G08U0A NAND Flash的讀、寫時序要求，TMS320DM6446的EMIF用于與NAND Flash連接時，配置寄存器各字段值需滿足如下要求： ??RSETUP≥tCLR（m）/tCYC-1=0 ??RSTORBE≥max（（tREA（m）+tSU）/tCYC，tRP（m）/tcyc）-1=1.5 ??R_SETUP+R_STROBE≥（tCEA（m）+tSU）/tcyc-1=2 ??R_HOLD≥（tH-tCHZ（m））/tcyc-1=-4 ??R_SETUP+R_STROBE+R_HOLD≥tRC（m）/tcyc-3=-0.5 ??TA≥max（（tCHZ（m））/tcyc，（tRHZ（m）-（R_HOLD+1）tcyc）/（tcyc））-1≥2 ??W_SETUP≥max（tCLS（m）/tcyc，tALS（m）/tcyc，（tCS（m）/tcyc）-1=1 ??W_STROBE≥tWP（m）/tcyc-1=0.2 ??W_SETUP+W_STROBE≥tDS（m）/tcyc-1=0.2 ??W_HOLD≥max（（tCLH（m））/（tcyc），（tALH（m））/tcyc，（tCH（m））/（tcyc），（tDH（m））/（tcyc））-1=-0.5 ??W_SETUP+W_STROBE+W_HOLD≥tWC（m）/（tcyc）-3=-0.5 ??其中tSU是EMIF數(shù)據(jù)建立時間，取值5 ns，tH數(shù)據(jù)保持時間取0，EMFI時鐘為系統(tǒng)6分頻，所以tcyc=1/（27×（21+1）/6）≈10 ns，根據(jù)EMIF連接NAND的取值要求，設(shè)置EMIF CS2的配置寄存器值為0x842429c。 ??2.2 支持Samsung K9K8G08U0A NAND Flash ??UBL通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct _NAND_DEV_STRUCT_來表示一個型號的NAND Flash，具有devID、numBlocks、pagesPerBlock、bytesPerPage幾個字段。通過struct _NAND_ ??DEV_STRUCT_類型的數(shù)組gNandDevInfo［］來記錄所有支持的NAND Flash。UBL在從NAND Flash讀取數(shù)據(jù)之前，首先通過讀取設(shè)備號命令0x90得到NAND Flash的設(shè)備號，然后從數(shù)組gNandDevInfo［］中查找具有相同設(shè)備號的記錄，從而得到NAND Flash的詳細信息，以確定NAND Flash的讀方式。 ??因此，需要UBL支持特定的NAND Flash，只需要將其信息添加到數(shù)組gNandDevInfo［］中即可。本系統(tǒng)中用到的Samsung K9K8G08U0A NAND Flash設(shè)備號為0xD3，具有8 192個存儲塊，每個塊具有64個頁面，每頁具有2 048 B數(shù)據(jù)存儲區(qū)域以及64 B的Spare區(qū)域，在數(shù)組gNandDevInfo［］中添加{0xD3，8192，64，2048+64}即可。 ??3 U-BOOT移植 ??本系統(tǒng)中使用的U-BOOT引導(dǎo)程序由TI公司提供的支持Davinci平臺以及NAND Flash啟動的U-BOOT1.1.3移植而來。 ??3.1 NAND Flash讀寫時序 ??U-BOOT1.1.3不支持2 KB/page的大頁面Flash，因此移植過程主要是增加NAND Flash的讀寫、擦除。2 KB頁面NAND Flash與普通讀寫擦除最主要的區(qū)別在于地址構(gòu)成不同，本系統(tǒng)中用到的Samsung K9K8G08U0A NAND Flash總共存儲空間1 GB=230，每頁大小為2 KB=211，因此總的地址長度30 bit，從A0～A29，頁地址長度為11 bit，從A0～A10，本系統(tǒng)采用8 bit的地址數(shù)據(jù)寬度連接NAND Flash，頁地址和塊地址需要分不同的地址周期，因此NAND的地址需要5個周期送出，前兩個周期為頁地址，依次為地址的A0～A7、A8～A10，后三個周期為塊地址，依次為地址的A11～A18、A19～A26、A27～A29，頁地址和塊地址的最后一個周期不足8位，不足的高位均為0。 ??Samsung K9K8G08U0A的讀過程如下：寫0x00命令、分5個周期寫地址、寫0x30命令、讀數(shù)據(jù)、根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)生成ECC校驗數(shù)據(jù)、生成的ECC數(shù)據(jù)與讀出的ECC數(shù)據(jù)比對以確定數(shù)據(jù)是否有誤以及能否校正。 ??寫過程如下：寫0x80命令、分5個地址周期寫地址、送出數(shù)據(jù)（包括ECC校驗數(shù)據(jù)）、寫0x10命令、讀取狀態(tài)直到busy信號無效、檢查是否出現(xiàn)寫錯誤。 ??擦除過程如下：寫0x60命令、分三個地址周期寫塊地址、寫0xD0命令、讀取狀態(tài)直到busy信號無效、檢查是否出現(xiàn)擦除錯誤。 ??3.2 YAFFS2文件系統(tǒng)燒寫 ??YAFFS2鏡像燒寫與U-BOOT下普通寫NAND Flash區(qū)別在于spare區(qū)域的數(shù)據(jù)不需要程序根據(jù)數(shù)據(jù)存儲區(qū)的數(shù)據(jù)生成，spare區(qū)域的數(shù)據(jù)在制作YAFFS2鏡像時，已經(jīng)由鏡像制作工具生成并寫入了鏡像文件。因此在nand命令的write中增加.yaffs2選項，當使用nand write.yaffs2命令時，直接從指定地址中讀出2 048 B/頁數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)后緊跟的64 B的spare區(qū)域數(shù)據(jù)，并將其寫入NAND Flash中。 ??U-BOOT在Flash的讀寫過程中需要檢查壞塊情況，在開始讀寫每個塊的時候首先檢查該塊第一頁以及第二頁的spare區(qū)域的第一個數(shù)據(jù)是否為0xFF，如果不為0xFF則當前塊為壞塊，需要跳過它。