环球视点!S3C2440与NAND FLASH(K9F1208)的接线怎么分析?

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一、SDRAM(HY57V561620F)连线分析

1、S3C2440有27根地址线ADDR[26:0],8根片选信号ngcs0-ngcs7,对应bank0-bank7,当访问bankx的地址空间,ngcsx引脚为低电平,选中外设。


(相关资料图)

2^27=128MByte, 8*128Mbyte = 1Gbyte,所以S3C2440总的寻址空间是1Gbyte。但市面上很少有32位宽度的单片SDRAM,一般选择2片16位SDRAM扩展得到32位SDRAM.

2、这里选择的SDARM是HY57V561620F,4Mbit * 4bank *16I/O,共32Mbyte。

首先了解下SDRAM的寻址原理。SDRAM内部是一个存储阵列,可以把它想象成一个表

格。和表格的检索原理一样,先指定行,再指定列,就可以准确找到所需要的存储单元。这个表格称为逻辑BANK。目前的SDRAM基本都是4个BANK。寻址的流程就是先指定BANK地址,再

指定行地址,最后指定列地址。这就是SDRAM的寻址原理。存储阵列示意图如下:

查看HY57V561620F的资料,可知这个SDRAM有13根行地址线RA0-RA12, 9根列地址线CA0-CA8,2根BANK选择线BA0-BA1。

SDRAM的地址引脚是复用的,在读写SDRAM存储单元时,操作过程是将读写的地址分两次输入到芯片中,每一次都由同一组地址线输入。两次送到芯片上去的地址分别称为行地址和列地址。它们被锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器。

/RAS是行地址锁存信号,该信号将行地址锁存在芯片内部的行地址锁存器中;

/CAS是列地址锁存信号,该信号将列地址锁存在芯片内部的列地址锁存器中。

地址连线如下图:

问题1:SDRAM:的A0接S3C2440的ADDR2,A0 为什么不接ADDR0?

要理解这种接法,首先要清楚在CPU的寻址空间中,字节(8位)是表示存储容量的唯一单位。用2片HY57V561620F扩展成32位SDRAM,可以认为每个存储单元是4个字节。因此当它的地址线A1:A0=01时,处理器上对应的地址线应为ADDR3:ADDR2=01(因为CPU的寻址空间是以Byte为单位的)。所以SDRAM的A0引脚接到了S3C2440的ADDR2地址线上。同理,如果用1片HY57V561620F,数据线是16位,因为一个存储单元是2个字节,这时SDRAM的A0要接到S3C2440的ADDR1上。

就是说SDRAM的A0接S3C2440的哪一根地址线是根据整个SDRAM的数据位宽来决定的。

问题2:上图接线中,BA0,BA1接ADDR24,ADDR25,为什么用这两根地址线呢?

BA0~BA1代表了SDRAM的最高地址位。因为CPU的寻址空间是以字节(Byte)为单位的,本系统SDRAM容量为64MByte,那就需要A25~A0(64M=2^26)地址线来寻址,所以BA1~BA0地址线应该接到S3C2440的ADDR25~ADDR24引脚上。

13根行地址线+ 9根列地址线= 22根地址线。另外HY57V561620F一个存储单元是2个字节(16I/O),相当于有了23根地址线。BA0,BA1是最高地址位,所以应该接在ADDR24,ADDR25上。

就是说SDRAM的BA0,BA1接S3C2440的哪几根地址线是根据整个SDRAM的容量来决定的。二、NOR FLASH(AM29LV160DB)的接线分析

NOR FLASH的地址线和数据线是分开的。AM29LV160DB是一个2Mbyte的NOR FLASH,分区结构是:

1个16Kbyte扇区,2个8Kbyte扇区,1个32Kbyte扇区,31个64Kbyte扇区(字节模式);

1个8Kbyte扇区,2个4Kbyte扇区,1个16Kbyte扇区,31个32Kbyte扇区(半字模式);

共35个扇区。引脚如下:

设计原理图如下:

说明:

AM29LV160DB第47脚是BYTE#脚,BYTE#接高电平时,器件数据位是16位,接低电平时,数据位是8位。

上图BYTE#接VCC,D0-D15做为数据输入输出口。A0-A19是地址线,在半字模式下,D0-D15做为数据输入输出口。因为数据位是16位,A0-A19可以选择2^20 = 1M *2BYTE = 2Mbyte。正好是AM29LV160DB的容量。

S3C2440的ADDR1要接AM29LV160DB的A0。上图中AM29LV160DB的A20,A21是空脚,分别接的是LADDR21,LADDR22。这应该是为了以后方便扩展NOR FLASH的容量。LADDR21,LADDR22对AM29LV160DB是没用的。

当BYTE#接低电平时,D0-D7做为8位数据输入输出口,D15做为地址线A-1。相当于有了A-1,A0-A19共21根地址线。这个时候S3C2440的ADDR0应该接在D15(A-1)………,ADDR20接A19。21根地址线的寻址空间是2^21 = 2Mbyte。正好是AM29LV160DB的容量。

三、与NAND FLASH(K9F1208)的接线分析

1、K9F1208结构如下图

K9F1208位宽是8位(I/O0~I/O7)。

一页:1Page = 512byte + 16byte最后16byte是用于存储校验码和其他信息用的,不能存放实际的数据。

一块有32 page:1block = 32* (512byte + 16byte) =(16k+512)byte

K9F1208有4096个块:

1 device = 4096 *32* (512byte + 16byte) = (64M+2M)byte,总共有64Mbyte可操作的芯片容量

NAND FLASH以页为单位读写数据,以块为单位擦除数据。

其引脚如下:

S3C24440和K9F1208的接线图如下:

当选定一个NAND FLASH的型号后,要根据选定的NAND FLASH来确定S3C2440的NCON,GPG13,GPG14,GPG15的状态。

下图是S3C2440中4个脚位状态的定义

K9F1208的一页是512byte,所以NCON接低电平,GPG13接高电平。

K9F1208需要4个寻址命令,所以GPG14接高电平

K9F1208的位宽是8,所以GPG15接低电平。

NAND FLASH寻址:

对K9F1208来说,地址和命令只能在I/O[7:0]上传递,数据宽度是8位。地址传递分为4步,如下图:

说明:

第1步发送列地址,既选中一页512BYTE中的一个字节。512byte需要9bit来选择,这里只用了A0 -A7,原因是把一页分成了2部分,每部分256字节。通过发送的读命令字来确定是读的前256字节还是后256字节。

当要读取的起始地址(Column Address)在0~255内时我们用00h命令,

当读取的起始地址是在256~511时,则使用01h命令。

一个块有32页,用A9-A13共5位来选择一个块中的某个页。

总共有4096个块,用A14-A25共12位来选择一个块。

K9F1208总共有64Mbyte,需要A0-A25共26个地址位。

例如:要读NAND FLASH的第5000字节开始的内容。

把5000分解成列地址和行地址。

Column_address = 5000%512 = 392

因为column_address>255,所以用01h命令读

Page_address = (5000>>9) = 9

发送命令和参数的顺序是:

NFCMMD = 0x01;从后256字节开始读

NFADDR = column_address & 0xff;取column_address的低8位送到数据线

NFADDR = page_address & 0xff;发送A9-A16

NFADDR = (page_address >>8) & 0xff;发送A17-A24

NFADDR = (page_address >> 16) & 0xff;发送A25

上面的NFCMMD,NFADDR.是S3C2440的NAND FLASH控制寄存器。读取的数据会放在NFDATA中。

四、S3C2440开发板中SDRAM \NOR \ NAND地址分配

(1)SDRAM地址分配

这是S3C2440的存储器地址分配图,SDARM只能接在BANK6或BANK7。

从分析SDRAM接线图可以看到,SDRAM接的是ngcs6,也就是接在BANK6,因为选择的SDRAM是2片32Mbyte,总容量是64Mbyte,所以SDRAM的地址范围是0x3000 0000 --- 0x33ff ffff。

(2)NORFLASH地址分配

S3C2440启动方式如下:

上文讲述的NORFLASH是16bit数据位宽,选择从NOR FLASH启动,所以

OM0接VDD,OM1接VSS。

从分析NOR FLASH接线的接线图可看到,NOR FLASH接的ngcs0,也就是接在BANK0。因为选择NORFLASH是2Mbyte,所以NOR FLASH的地址范围是0x0000 0000 --- 0x001f ffff。

上电时,程序会从Norflash中启动,ARM直接取Norflash中的指令运行。

(3)NANDFLASH地址分配

最后来看NANDFLASH,NANDFLASH以页为单位读写,要先命令,再给地

址,才能读到NAND的数据。NANDFLASH是接在NANDFLASH控制器上而不是系统总线上,所以没有在8个BANK中分配地址。如果S3C2440被配置成从Nand Flash启动, S3C2440的Nand Flash控制器有一个特殊的功能,在S3C2440上电后,Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到4K内部SRAM中,系统会从起始地址是0x0000 0000的内部SRAM启动。

程序员需要完成的工作,是把最核心的启动程序放在Nand Flash的前4K中,也就是说,你需要编写一个长度小于4K的引导程序,作用是将主程序拷贝到SDRAM中运行。由于NandFlash控制器从NandFlash中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以在启动代码的前4K里,我们必须完成S3C2440的核心配置以及把启动代码(U-BOOT)剩余部分搬到RAM中运行。

至于将2440当做单片机玩裸跑程序的时候,就不要做这样的事情,当代码小于4K的时候,只要下到nand flash中就会被搬运到内部RAM中执行了。

不管是从NOR FLASH启动还是从NANDFLASH启动,ARM都是从0x0000 0000地址开始执行的。