SylixOS下基于NUC970的NAND驅(qū)動

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開發(fā)板：安米MDK972
軟件環(huán)境： RealEvo-IDE3.0
NAND Flash： S34ML02G100TF100
S34ML02G100TF100芯片參數(shù)

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控制器結(jié)構(gòu)

NUC970的NAND控制器包含在FMI中。FMI分為DMA單元和FMI單元。對于NAND，支持單一DMA通道和硬件ECC，如圖 2-1所示。

SylixOS下基于NUC970的NAND驅(qū)動

圖 2-1 NUC970 NAND控制器

技術(shù)實現(xiàn)

驅(qū)動框架
SylixOS中NAND Flsh的驅(qū)動框架如圖 3-1所示。NAND通用驅(qū)動主要在fs/mtd/nand/nand_base.c中，該文件包含了NAND的通用操作。驅(qū)動工程師需要在NAND通用驅(qū)動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)與硬件相關(guān)的驅(qū)動層的結(jié)構(gòu)體（nand_chip），該結(jié)構(gòu)體包含了對具體硬件相關(guān)的控制和操作函數(shù)，以及相關(guān)硬件參數(shù)和配置信息。MTD層與文件系統(tǒng)，SylixOS已經(jīng)完全實現(xiàn)，不需要驅(qū)動工程師實現(xiàn)。
圖 3-1 NAND驅(qū)動框架

框架實現(xiàn)

NAND驅(qū)動需要完成NAND控制器、ECC的配置以及NAND的相關(guān)操作函數(shù)及文件系統(tǒng)掛載，如果使用硬件ECC一般自己定義OOB布局。NUC970驅(qū)動實現(xiàn)的操作如程序清單 3-1所示。

程序清單 3-1 NAND實現(xiàn)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
控制器初始化主要實現(xiàn)了模塊時鐘使能、管腳復(fù)用、時序設(shè)置、片選、解除寫保護、頁大小、軟件復(fù)位等操作。
ECC配置
ECC配置主要設(shè)置冗余區(qū)大小，保護前3字節(jié)，自動寫校驗值到NAND，設(shè)置算法等級，ECC使能等操作。

函數(shù)cmd_ctrl

該函數(shù)主要實現(xiàn)對ALE/CLE/nCE的控制，同時用來寫命令和地址。

程序清單 3-2 命令控制函數(shù)

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);
    }
}

函數(shù)cmdfunc
該函數(shù)主要實現(xiàn)向芯片中寫命令的功能，在系統(tǒng)提供的默認(rèn)函數(shù)中通過調(diào)用cmd_ctrl函數(shù)來實現(xiàn)具體寫操作。由于NUC970的控制器需在最后一個地址周期手動設(shè)置EOA位，無法使用默認(rèn)函數(shù)，差異代碼如程序清單 3-3所示：
程序清單 3-3 命令功能函數(shù)差異代碼
```
writel((iColumn >> BUS_WIDTH) | NANDADDR_EOA, REG_NANDADDR);
```
函數(shù)dev_ready
該函數(shù)主要用來獲得設(shè)備ready/busy引腳狀態(tài)。如果該函數(shù)指針設(shè)置為NULL無法獲得ready/busy引腳狀態(tài)，則ready/busy信息需要通過讀取NAND芯片的狀態(tài)寄存器。代碼實現(xiàn)如程序清單 3-4所示。
程序清單 3-4 獲得NAND狀態(tài)
```
    return ((readl(REG_NANDINTSTS) & NANDINTSTS_RB0_Status) ? 1 : 0);
```
函數(shù)read_byte
該函數(shù)功能為從NAND芯片讀取一個字節(jié)，代碼如程序清單 3-5所示。
程序清單 3-5 從NAND讀一個字節(jié)
```
    return ((UCHAR)readl(REG_NANDDATA));
```
函數(shù)write_buf
該函數(shù)功能為從一個緩沖區(qū)寫數(shù)數(shù)據(jù)到NAND芯片。代碼實現(xiàn)如程序清單 3-6。
程序清單 3-6 寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)到NAND
```
    for (i = 0; i < iLen; i++) {
        writel(pucbuf[i], REG_NANDDATA);
    }
```
函數(shù)read_buf
該函數(shù)功能為從NAND芯片讀數(shù)據(jù)到一個緩沖區(qū)。代碼實現(xiàn)如程序清單 3-7所示。
程序清單 3-7 讀數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
```
    for (i = 0; i < iLen; i++) {
        writel(pucbuf[i], REG_NANDDATA);
    }
```
函數(shù)ecc.hwctl
該函數(shù)用于控制硬件ECC發(fā)生器，只有在使用硬件ECC時實現(xiàn)。本例的硬件校驗在傳輸中實現(xiàn)，因此該函數(shù)為空實現(xiàn)。
函數(shù)ecc.calculate
該函數(shù)用于ECC計算，或從ECC硬件中讀回。本例的硬件校驗在傳輸中實現(xiàn)，因此該函數(shù)為空實現(xiàn)。
函數(shù)ecc.correct
該函數(shù)用于ECC校正。本例的硬件校驗在傳輸中實現(xiàn)，因此該函數(shù)為空實現(xiàn)。

函數(shù)ecc.write_page

該函數(shù)主要實現(xiàn)帶ECC的寫一頁數(shù)據(jù)到NAND芯片。在傳輸?shù)倪^程中，ECC電路會自動計算ECC校驗值，并存儲到控制器分配的寄存器組中。完成傳輸后寄存器組中的OOB數(shù)據(jù)會根據(jù)設(shè)置自動寫進NAND芯片。實現(xiàn)流程如程序清單 3-8所示。

程序清單 3-8 帶硬件ECC的寫頁

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;
}

函數(shù)ecc.read_page

該函數(shù)主要實現(xiàn)帶ECC校驗的從NAND芯片讀出一頁數(shù)據(jù)。本例為硬件ECC，需要先讀出OOB區(qū)數(shù)據(jù)到控制器分配的寄存器組中。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，ECC電路會計算ECC校驗值，并與寄存器組中的值比較，檢查是否產(chǎn)生錯誤，以及定位和計算校錯值。若產(chǎn)生錯誤，程序需要根據(jù)錯誤位置和錯誤值進行校錯。具體流程如程序清單 3-9所示：

程序清單 3-9 帶ECC的讀頁

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;
}

函數(shù)ecc.read_oob

該函數(shù)主要實現(xiàn)從芯片中讀取OOB數(shù)據(jù)。實現(xiàn)流程如程序清單 3-10所示。

程序清單 3-10 帶硬件ECC的讀OOB區(qū)數(shù)據(jù)

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為ECC布局控制結(jié)構(gòu)體。通過該結(jié)構(gòu)體配置OOB區(qū)中ECC的位數(shù)和位置，可用位數(shù)和空閑位數(shù)。本例通過調(diào)用程序清單 3-11代碼實現(xiàn)OOB區(qū)的布局控制。

程序清單 3-11 OOB區(qū)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 ;
}

文件系統(tǒng)掛載

在SylixOS下NAND Flash通常掛載YAFFS文件系統(tǒng)，并分為n0和n1分區(qū)，其中n0分區(qū)用作啟動分區(qū)，n1作為應(yīng)用分區(qū)。掛載流程如程序清單 3-12所示。

程序清單 3-12 文件系統(tǒng)掛掛載

    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);

參考資料

無。

分享題目：SylixOS下基于NUC970的NAND驅(qū)動
網(wǎng)頁URL：http://jinyejixie.com/article42/pspjhc.html

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驅(qū)動框架

框架實現(xiàn)

控制器初始化

ECC配置

函數(shù)cmd_ctrl

函數(shù)cmdfunc

函數(shù)dev_ready

函數(shù)read_byte

函數(shù)write_buf

函數(shù)read_buf

函數(shù)ecc.hwctl

函數(shù)ecc.calculate

函數(shù)ecc.correct

函數(shù)ecc.write_page

函數(shù)ecc.read_page

函數(shù)ecc.read_oob

ecc.layout

文件系統(tǒng)掛載

參考資料