nand 裸机 Nand Flash操作原理及裸机程序分析——FLASH操作原理

发布时间 : 2025-05-04

作者 : 小编

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Nand Flash操作原理及裸机程序分析——FLASH操作原理

来源：韦东山嵌入式专栏_ARM裸机加强版维基教程

作者：韦东山

本文字数：1056，阅读时长：10分钟

NAND_FLASH操作原理

NAND FLASH原理图NAND FLASH是一个存储芯片那么: 这样的操作很合理”读地址A的数据，把数据B写到地址A”

问1. 原理图上NAND FLASH和S3C2440之间只有数据线，怎么传输地址？

答1. 在DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址当ALE为高电平时传输的是地址，

那么在数据线上是不是只传输数据和只传输地址呢？

我们参考NAND FLASH的芯片手册可以知道，对NAND FLASH的操作还需要发出命令，下面有个NAND FLASH的命令表格

问2. 从NAND FLASH芯片手册可知，要操作NAND FLASH需要先发出命令怎么传入命令？

答2. 在DATA0～DATA7上既传输数据，又传输地址，也传输命令：

当ALE为高电平时传输的是地址。当CLE为高电平时传输的是命令。当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据。

问3. 数据线既连接到NAND FLASH，也接到NOR FLASH，还接到SDRAM、DM9000等等那么怎么避免干扰？

答3. 这些设备，要访问时必须”选中”，没有选中的芯片不会工作，相当于没接一样。

问4. 假设烧写NAND FLASH，把命令、地址、数据发给它之后，NAND FLASH肯定不可能瞬间完成烧写的，怎么判断烧写完成？

答4. 通过状态引脚RnB来判断：它为高电平表示就绪，它为低电平表示正忙

问5. 怎么操作NAND FLASH呢？

答5. 根据NAND FLASH的芯片手册，一般的过程是：

发出命令

发出地址

发出数据/读数据

看上面的命令表格，不容易看，我们看一下读ID的时序图，

每个NAND FLASH都内嵌一些ID(譬如：厂家ID，设备ID)，时序图从左往右看，纵向放是一列一列的看。

对于我们s3c2440来说，内部集成了一个NAND FLASH控制器，2440和外设连接的简易图，如下图所示

NAND FLASH控制器，帮我们简化了对NAND FLASH的操作，下面来分析一下不使用NAND FLASH控制器和使用NAND FLASH控制器对外设NAND FLASH的操作。

发命令：

发地址：

发数据：

读数据：

用UBOOT来体验NAND FLASH的操作：

1.读ID

下图是读操作时序图

对于存储为256M的NAND FLASH，需要28条地址线，来表示这个地址值，根据原理图可以，只用8根地址线，所以需要4个周期的地址，为了兼容更大容量的NAND FLASH，要发出5个周期的地址：（如下图所示）

2.读数据

「新品首发」STM32MP157开发板火爆预售！首批仅300套

他居然试图教会我？开源了一款四层板设计的开发板

做了一个F1C200S屏幕开发板。

有了它，想DIY任何智能设备，都能用它驱动屏幕！实现DIY家具/手机/平板自由 ！

本文会对这个开发板的硬件设计、软件设计进行详细原理分析+步骤教学！

1.开源项目描述

这是一个基于全志F1C200S 的开源硬件项目。

可提供一个低成本、超迷你且适合Linux开发的平台 ，特别是针对屏幕接口的支持 。

2.参数与亮点

板载16M nor flash内置64M DRAM支持高清视频解码，包括H.264、H.263、MPEG 1/2/4等格式具备音频编解码器和I2S/PCM接口附带USB Host接口CH340串口转USB芯片用于开发调试使用USB type-c口

3.开发板硬件介绍

开发板2D预览图

下面将开发板的硬件电路拆分为10部分 ，详细解说一下电路原理 。

1.关于F1C200S主控芯片

全志F1C200s是一款高度集成、低功耗的移动应用处理器，适用于多媒体音视频设备 。

基于ARM 9架构，它集成了SiP的DDR，使其外围电路非常简单。该部分原理图如下图所示：

F1C200S主控原理图

SVREF用于给DRAM提供参考电压，该部分所需电压为VCC_DRAM/2VCC_DRAM为DRAM供电，电压为2.5VVCC_IO为GPIO供电，电压为3.3VVCC_CORE为核心供电，电压为1.2VAVCC为模拟供电，该部分非常重要，不接会导致USB Host无法枚举设备，同时需要注意该引脚供电范围为2.5V-3.1V，不可以使用3.3V供电，会导致内部电路损坏。X1为24M晶振 ，为芯片提供时钟信号，采用22pF负载电容。

2.SDMMC接口

SDMMC接口用于接入Micro SD卡 ，系统启动时，可以从SD卡中加载U-Boot ，内核，RootFS ，实现Linux启动 。

SDMMC接口原理图

如上图所示，相关线路说明如下所示：

CLK: SDMMC时钟，每个时钟周期传输一个命令或数据位。频率可在0至25MHz之间变化。SD卡总线管理器可以自由产生0至25MHz的频率，没有任何限制CMD: 命令传输线，命令通过该CMD线串行传输D0～D3: 数据通过这些数据线传输 按照SDMMC规范，SDMMC线路还需要增加10K上拉电阻 ，如果没有可以会影响数据传输，本原理图中R7-R11即上拉电阻。同时，为了保证电源质量，增加了C22滤波电容SHELL引脚为SDMMC连接器固定引脚，此处接地处理 ，CD引脚用于探测SD卡是否插入 ，这一块悬空未使用

3.CH340串口转USB

此电路用于用户连接系统调试中断 使用，其功能为将TTL串口转换为USB接口，使得用户可以在电脑中连接该串口进行调试。

需要注意的是，由于F1C200S的UART0接口(PE0/PE1引脚)被触摸的I2C接口占用，所以本开发板将CH340的串口连接到了F1C200S的UART1(PA2/PA3引脚)上，后续编译U-Boot和内核时我们需要相应的修改代码 。

该部分原理图如下所示：

CH340串口转USB原理图

如上图所示，该部分除了串口转USB外，还兼顾了系统的供电。

用户通过Type-C线缆连接该调试口后，将同时为开发板供电板上的5.1K电阻用于双头Type-C线缆识别从机 ，为其供电如果R12,R13不焊接会导致使用双头Type-C线时板子没有供电D2为TVS瞬态抑制二极管用于保护PCB板上元件 ，防止静电击穿原件

4.三路DC-DC接口

该部分主要为主控芯片提供供电 ，采用SY8089A1AAC，单路最大输出电流2A 。

该部分原理图如下所示：

三路DC-DC接口原理图

C24/C25/C27/C28/C30/C31为DCDC输入/输出滤波电容 L2/L3/L4为相应的电感 R16/R17/R18/R19/R20/R21为DC-DC反馈电阻用于调节芯片输出电压EN引脚为芯片使能脚，高电平有效由于F1C200S对上电时序没有要求，故本开发板直接连接到电源输入 ，这样上电之后，芯片会直接开始运行，输出电压

在该模块中，我们使用了2520电感 ，与普通的电感相比，体积更小，但是2520电感在DCR（即直流电阻）参数上，会比普通的电感大一点，电感值的计算公式可以参考下方：

DCDC电流电感值计算公式

L为计算出的电感容量Vout为降压芯片输出电压L为计算出的电感容量Vin为降压芯片输入电压Fsw为芯片开关频率，SY8089取1.5Mhz，也就是1500000HzIout,max为最大输出电流

如下图所示，本开发板电感值直接参考SY8089数据手册文档，折中后取1.5Uh ：

图2.7 SY8089典型应用以及电容电感选型表

芯片的反馈电阻控制着芯片的输出电压，可以参考下方公式计算：

SY8089芯片反馈电阻计算公式

其中：

Rh为上端分压电阻阻值Rl为下端分压电阻阻值0.6V指的是芯片的Vfb，也就是反馈电阻Vout即最终的电压输出值在这里，我们需要确定Rl和Vout，然后将其代入公式，计算出Rh。为了最大限度地减少轻负载下的功耗，最好为 RH 和 RL 选择较大的电阻值。强烈建议 RL 使用 10k 到 200k 之间的值。

5.AVCC 3V LDO

该部分用于AVCC 3V供电，使用XC6206 3V LDO，位号为U10，由于较为简单，此处不在详细说明。

6.SPI Nor Flash

Nor Flash为F1C200S芯片提供了第二种启动方式。

上电后，F1C200S首先从内部BROM (芯片内置，无法擦除)启动首先检查 SD0 有没有插卡 , 如果有插卡就读卡 8k偏移数据，是否是合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步第二步：检测SPI0 NOR FLASH是否存在 , 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步第三步：检测SPI0 NAND FLASH 是否存在 , 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步最后，因为找不到任何可以引导的介质，系统会进入usb fel模式，此时可以使用USB烧录

此处SPI Nor Flash可以同时兼容Nand Flash ，不过目前裸机资料基本上都是以SPI Nor Flash为基础，所以此处焊接了W25Q128JVEIQ 128Mbit(16Mbyte)SPI Nor Flash。

该部分原理图如下所示：

W25Q128JVEIQ原理图

其中：

R4为上拉电阻(F1C200S内部也存在上拉电阻，可以不焊)，防止未供电时芯片错误写入数据C16为滤波电容SW2为FEL模式开关，将SPI_MISO短路到地后，F1C200S将无法检测到SPI Nor Flash，从而进入USB Fel模式，此时可以松开按键，烧录内容至SPI Nor Flash/WP为SPI Nor Flash保护引脚，低电平有效，有效时无法写入数据/HOLDor/RESET为SPI Nor Flash保持或者复位输入引脚。最后，因为找不到任何可以引导的介质，系统会进入usb fel模式，此时可以使用USB烧录 最后，因为找不到任何可以引导的介质，系统会进入usb fel模式，此时可以使用USB烧录

7.外部IO接口

此处引出了未使用的IO，用户可连接其他设备，C35为滤波电容，用于保证电源质量，该部分引脚功能可以参考下图（来源：芯片数据手册14/15页）：

外部IO接口引脚功能

8. USB OTG/USB TYPE-C

该部分连接到了芯片的DP/DM引脚，为芯片的USB接口。

USB Type-C用于USB Fel模式烧录系统 ，无供电输入/输出能力。

USB OTG处可用于连接其他USB设备 ，带5V输出，当然也可以接双头USB Type-A线缆用于USB Fel模式。

该模块原理图如下所示：

USB OTG/USB Type-C原理图

需要注意的是，开发板中没有连接ID线（ID线用于识别USB模式），所以在编写设备树时，我们需要强制指定USB模式为主机或从机 。

9.背光驱动

该部分用于驱动RGB屏幕背光 。

标准40Pin RGB屏幕基本采用串联背光，由于本身开发板供电只有5V，所以我们需要使用背光驱动芯片升压到合适的电压，来驱动屏幕背光。

同时，背光驱动芯片采用恒流控制 ，可以避免电流过大导致背光LED烧毁，该部分原理图如下所示：

背光驱动原理图

其中：

C19 C20为滤波电容 ，C19电容的耐压 需要特别考虑，一般的RGB屏背光电压基本在18V以上 (白光LED压降3V*6串)，过低的电容耐压会导致电容损坏BL_CTR为芯片背光控制引脚 ，此处直接接入了上拉，再开发时可以将BL_CTR引脚接入F1C200S的PWM引脚上，这样可以灵活控制屏幕亮度，同时，有恒流驱动的存在，控制亮度时，背光也不存在明显的频闪L1 为升压电路的电感 ，按照要求一般取10uh或22uh即可，不需要使用公式详细计算，但是需要注意电流不能超过电感额定电流

R5为芯片的反馈电阻，用于调节输出的电流，计算公式可参考下方：