怎么看時(shí)序圖--nand flash的讀操作詳解

這篇文章不是介紹 nand flash的物理結(jié)構(gòu)和關(guān)于nand flash的一些基本知識(shí)的。你需要至少了解 你手上的 nand flash的物理結(jié)構(gòu)和一些諸如讀寫(xiě)命令

        操作的大概印象，你至少也需要看過(guò) s3c2440中關(guān)于nand flash控制寄存器的說(shuō)明。

        由于本人也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)學(xué)過(guò)這方面的知識(shí)，下面的介紹也是經(jīng)驗(yàn)之談。

        這里 我用的 K9F2G08-SCB0 這款nand flash 來(lái)介紹時(shí)序圖的閱讀。不同的芯片操作時(shí)序可能不同，讀的命令也會(huì)有一些差別。

        當(dāng)然其實(shí)有時(shí)候像nand flash這種 s3c2440內(nèi)部集成了他的控制器的外設(shè)。具體到讀寫(xiě)操作的細(xì)節(jié)時(shí)序(比如 CLE/ALE的建立時(shí)間，寫(xiě)脈沖的寬度。數(shù)據(jù)的建立和保持時(shí)間等)，不明白前期也沒(méi)有多大的問(wèn)題。

        因?yàn)閟3c2440內(nèi)部的nand flash控制器 做了大部分的工作，你需要做的基本就是設(shè)置 幾個(gè)時(shí)間參數(shù)而已。然后nand flash會(huì)自動(dòng)進(jìn)行這些細(xì)節(jié)操作。

        當(dāng)然如果處理器上沒(méi)有集成 nand flash的控制器 那么久必須要自己來(lái)寫(xiě)時(shí)序操作了。所以了解最底層的時(shí)序操作總是好的

        但是上層一點(diǎn)的，比如讀寫(xiě)操作的步驟時(shí)序（比如讀操作，你要片選使能，然后發(fā)命令，然后發(fā)地址，需要的話還需發(fā)一個(gè)命令，然后需要等待操作完成，然后再讀書(shū)數(shù)據(jù)）。

        是必須要明白的。這都不明白的話，怎么進(jìn)行器件的操作呢

        也就是說(shuō) s3c2440 可以說(shuō)在你設(shè)置很少的幾個(gè)時(shí)間參數(shù)后，將每一個(gè)步驟中 細(xì)微的操作都替你做好了。（比如寫(xiě)命令，你只要寫(xiě)個(gè)命令到相應(yīng)寄存器中，cpu內(nèi)部就會(huì)協(xié)各個(gè)引腳發(fā)出

        適應(yīng)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)寫(xiě)命令的操作）。

        而我們所需要做的 就是 把這些寫(xiě)命令，寫(xiě)地址，等待操作完成。等步驟組合起來(lái) 。從而完成一個(gè) 讀操作

        就像上面說(shuō)的，雖然我們不會(huì)需要去編寫(xiě)每個(gè) 步驟中的最細(xì)微的時(shí)序。 但是了解下。會(huì)讓你對(duì)每個(gè)操作步驟的底層細(xì)節(jié)更加明了

        先來(lái)看一個(gè)命令鎖存的時(shí)序。也就是上面說(shuō)的 讀 nand flash操作中不是有一個(gè) 寫(xiě)命令步驟嗎。那么這個(gè)步驟具體是怎么實(shí)現(xiàn)的。

        首先 我們肯定是要片選 nand flash。只有選中芯片才能讓他工作啊

        nand flash是通過(guò) ALE/CLE (高電平有效)來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)時(shí)命令（CLE有效），地址（ALE有效）還是數(shù)據(jù)（CLE/ALE都無(wú)效）。

        那么這里既然是寫(xiě)命令 那么就一定是 CLE有效（高電平） ALE無(wú)效（低電平）。

        同樣命令既然是寫(xiě)給nand flash的那么 肯定有一個(gè)寫(xiě)周期。我們需要注意的是，寫(xiě)是在上升沿有效還是下降沿有效。

        時(shí)序圖如下：

        1 這里是命令鎖存是時(shí)序，那么我們要注意的其實(shí)就只有 CLE 為高電平期間這段時(shí)序。（寫(xiě)命令啊，CLE有效時(shí)（高電平）指示現(xiàn)在的數(shù)據(jù)其實(shí)命令）ALE此時(shí)一定為低電平我們可以不關(guān)心他

        2 所以，CLE為 低電平的時(shí)期，其他大部分引腳上都是 灰色的陰影，這代表我們不需要關(guān)心這段時(shí)期這些引腳的電平

        3 那么 這個(gè)數(shù)據(jù)是什么時(shí)候被nand flash讀取到的呢， 注意到 nWE信號(hào) 在上升沿有一個(gè)貫穿所有其他引腳時(shí)序的豎線（這好像是叫生命線？我也不清楚）

               這就是說(shuō)明，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)（命令也是數(shù)據(jù)啊，只是可以通過(guò)CLE有效來(lái)區(qū)分）是在 WE的上升沿有效。

               也就是說(shuō)，雖然 WE是在低電平有效，但并不是說(shuō) WE一變成低電平，命令就被鎖存了（即真正獲得命令）而是在 WE 的上升沿，命令才真正被鎖存。

        知道了上面這三點(diǎn)，也就知道了一個(gè)大概，那么剩下的圖中也只剩那些 txx 的標(biāo)號(hào)。明顯它指的是時(shí)間，但是具體指什么時(shí)間呢。

        指的就是箭頭兩邊所指的兩條 豎線之間的時(shí)間。（在每個(gè)信號(hào)的跳變沿，都有小豎線）

        剩下的就是這些時(shí)間到底是代表什么了。這里沒(méi)什么難的，剛接觸的覺(jué)得看不懂。是因?yàn)橹�前從�?lái)沒(méi)接觸過(guò)。（就像單片機(jī)剛學(xué)的時(shí)候不也是各種不懂，原因就是我們從沒(méi)接觸過(guò)）。
這些時(shí)間標(biāo)號(hào)，在數(shù)據(jù)手冊(cè)的前面都有 說(shuō)明

        比如  tCLS   tCLH 從數(shù)據(jù)手冊(cè)中我們可以看到 分表代表的 CLE建立時(shí)間，和CLE信號(hào)保持時(shí)間。

        簡(jiǎn)單點(diǎn)你可以理解為，我讓 CLE引腳  變成高電平，總得給人間一點(diǎn)時(shí)間去變成高電平吧。總不能瞬間就變成高電平

        不過(guò)從 時(shí)序圖中我們能看到更多的端倪，之前不是說(shuō)過(guò) WE 的上升沿上不是有一個(gè)最長(zhǎng)貫穿其他信號(hào)線的 豎線嗎。我們說(shuō)他指示了，數(shù)據(jù)（命令也是數(shù)據(jù)）

        是在上升沿被鎖存的，在 WE 的上升沿，我寫(xiě)到數(shù)據(jù)線上的命令數(shù)據(jù)才真正被鎖存（接收），但是 我們注意到 CLE 信號(hào)在WE上升沿之前有就有效了。

        所以我們說(shuō)， 在命令數(shù)據(jù)真正被鎖存之前，CLE 有效的那段 tCLS 時(shí)間叫做 CLE信號(hào)建立時(shí)間。

               WE上升沿后。命令已經(jīng)被接受了，但這時(shí)候 CLE 其實(shí)可以變?yōu)闊o(wú)效了，因?yàn)橐呀?jīng)獲取到命令了

        但是他并沒(méi)有立刻結(jié)束，而是 Tclh時(shí)間之后才結(jié)束。那么我們 稱(chēng)這段 時(shí)間 tCLH 為 CLE 保持時(shí)間。

        
那么再根據(jù)手冊(cè)中的說(shuō)明  tCS 表示 片選信號(hào)建立時(shí)間，tCH表示片選信號(hào)保持時(shí)間

               tDS表示數(shù)據(jù)建立時(shí)間，tDH表示數(shù)據(jù)保持時(shí)間

        這里我們看到一個(gè)小規(guī)律，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中 以 S 結(jié)尾的時(shí)間通常指的是建立時(shí)間， 以 H 結(jié)尾的時(shí)間指的是保持時(shí)間

        這里命令鎖存的時(shí)序就分析完了。我們?cè)賮?lái)看看  地址鎖存時(shí)序圖，這個(gè)圖有點(diǎn)復(fù)雜，

        因?yàn)閚and flash的 特性是 地址周期通常需要好幾個(gè)，就是一個(gè)地址是分幾次發(fā)送的

        再給出數(shù)據(jù)手冊(cè)中對(duì)應(yīng)時(shí)間標(biāo)號(hào)的說(shuō)明

        
同樣我們按照上面分析的步驟

        1 這里是地址鎖存是時(shí)序，那么我們要注意的其實(shí)就只有 ALE 為高電平期間這段時(shí)序。（寫(xiě)命令啊，ALE有效時(shí)（高電平）指示現(xiàn)在的數(shù)據(jù)其實(shí)是地址）CLE此時(shí)一定為低電平，可以不用管

        
2 所以，ALE 為低電平的時(shí)期，其他大部分引腳上都是 灰色的陰影，這代表我們不需要關(guān)心這段時(shí)期這些引腳的電平

        
3 同樣 WE 的上升沿有一個(gè)貫穿其他信號(hào)線的長(zhǎng)豎線，這也是代表數(shù)據(jù)（這里其實(shí)是地址）在上升沿被鎖存

        那么剩下的也好理解

        tCLS 這個(gè)我們不需要關(guān)心，因?yàn)?CLE 壓根就是無(wú)效的。

        tCS 就像之前分析的，它是指 CE片選信號(hào)在 WE上升沿也就是鎖存地址之前的有效時(shí)間，也就是 CE 建立時(shí)間

        tWC 呢? 不知道？ 不知道 看手冊(cè)啊，前面也說(shuō)過(guò)這些時(shí)間標(biāo)號(hào)在手冊(cè)中都會(huì)給出。

               從上面手冊(cè)的解釋我們看到，它指的是一個(gè)寫(xiě)周期的時(shí)間

        tWP 寫(xiě)脈沖寬度（也就是 WE是低電平有限，twp指低電平持續(xù)時(shí)間，就是有效時(shí)間）

        tWH 好理解了，就是高電平時(shí)間

        ALS    這不就是 地址信號(hào)  ALE 建立時(shí)間嘛

        ALH   ALE信號(hào)有效保持時(shí)間啊

        TDS TDH 數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間

        就像上面對(duì) 命令時(shí)序的分析，這里 信號(hào)的 建立 和 保持時(shí)間都是以 數(shù)據(jù)被 鎖存分界點(diǎn)(WE上升沿)

        看到這里相信仔細(xì)看的人，應(yīng)該大致該如何看一個(gè)時(shí)序圖了，但是這里 我們牽涉到的 無(wú)非都是一些 上面 建立/保持時(shí)間。

        復(fù)雜點(diǎn)的呢。

        下面就來(lái)看一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的時(shí)序圖，其實(shí)也不復(fù)雜，主要是說(shuō)明如何在不看手冊(cè)就能知道 txx指的是什么時(shí)間

        這個(gè)時(shí)序其實(shí)并不復(fù)雜，只是他不是像上面分析的那樣都是一些 建立時(shí)間和保持時(shí)間。這里牽涉到跟多的時(shí)間標(biāo)號(hào)

        不過(guò)就像前面說(shuō)的. 看手冊(cè)！ 手冊(cè)里對(duì)每個(gè)時(shí)間參數(shù)都有說(shuō)明。不過(guò)初學(xué)者通常即使看手冊(cè)，對(duì)這些時(shí)間參數(shù)也是不知道是什么意思。

        這里我們看手冊(cè)前，先來(lái)自己分析下。方法會(huì)了，手冊(cè)就成了驗(yàn)證你對(duì)不對(duì)的東西了，而不是你尋找答案的東西。

        TRC 這個(gè)參數(shù)有點(diǎn)簡(jiǎn)單�？此�的范圍 是 一個(gè) RE周期 的時(shí)間，那么就跟前面的 tWC 應(yīng)該是一樣的。那它應(yīng)該代表的就是 RE信號(hào)的一個(gè)周期時(shí)間（讀信號(hào)的一個(gè)周期）

        TREA 呢？ 看標(biāo)號(hào)看不出所以然，那么我們就看他的起始和結(jié)束時(shí)間 從時(shí)序圖能看到，這個(gè)指的是從 RE有效（變低） 到數(shù)據(jù)出現(xiàn)之間的時(shí)間。

        那么tREA 可想而知就應(yīng)該是 讀信號(hào)有效到數(shù)據(jù)被讀之間的時(shí)間

        后面的都是這個(gè)同樣的分析方法

        比如最后的那個(gè) tRHZ 是從 RE 無(wú)效（高電平）到數(shù)據(jù)線變成高阻態(tài) 之間的時(shí)間（數(shù)據(jù)線畫(huà)在中間表示的是高阻態(tài)）

        看下手冊(cè)中的解釋 也基本就是這個(gè)意思

        到這里 對(duì)于時(shí)序圖怎么看，相信大家都應(yīng)該能理解了。甚至可能連手冊(cè)都不用看，就知道他是什么意思了。因?yàn)槲覀兡軓?時(shí)間的起始地址來(lái)推測(cè)時(shí)間標(biāo)號(hào)的意思

        上面這些分析，都是很底層的操作，如果我們使用 s3c2440 這種高級(jí)的處理器 這些時(shí)序操作我們根本不需要去實(shí)現(xiàn)，頂多也就往幾個(gè)寄存器中

        設(shè)置一下上面說(shuō)的一些時(shí)間 然后，CPU 中的 nand flash控制器會(huì)自動(dòng)完成上面所的所有操作。但是還需要了解的原因是，如果你碰到一個(gè)沒(méi)有

        nand flash 控制器的處理器 怎么辦，那你只能親自實(shí)現(xiàn)這些 具體的 寫(xiě)命令，寫(xiě)地址。等等 單元操作。

        然后才能將這些單元操作組合成 讀數(shù)據(jù)，寫(xiě)數(shù)據(jù)等操作（上面說(shuō)過(guò) 比如讀操作 他并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的命令而是一系列操作，你要片選使能，然后發(fā)命令(讀命令)，

        然后發(fā)地址（要讀的數(shù)據(jù)的地址），需要的話還需發(fā)一個(gè)命令，然后需要等待操作完成，然后讀書(shū)數(shù)據(jù)）

        說(shuō)完了 這些具體的單元操作，那么我們?cè)賮?lái)看看一個(gè) 讀操作 具體需要哪些步驟。也就是我們需要真正必須掌握的時(shí)序操作

        對(duì)于我這款 nand flash 讀操作時(shí)序如下

        我們要注意的主要是 最下面一行 即 I/Ox 信號(hào)線的狀態(tài)，他指示了 讀操作需要哪些，單元步驟。

        1 首先 我們看到 有一個(gè) 0x00 是什么？數(shù)據(jù)？地址？命令？ 看 ALE/CLE線啊，這兩根線不是決定了現(xiàn)在的數(shù)據(jù)的類(lèi)型嘛

        順著往上看，我們知道0x00是在 CLE有效期間的數(shù)據(jù)那么它就是一個(gè)命令

        2 然后是 address(5Cycle) 即五個(gè)地址序列(這款nand flash 指定讀數(shù)據(jù)的地址時(shí)要發(fā)送五個(gè)地址序列)，往上看，是在ALE有效期間的數(shù)據(jù)，那么應(yīng)該就是地址了

               （對(duì)于這五個(gè)地址，前面兩個(gè)是列地址，后面三個(gè)是行地址。在nand flash的物理結(jié)構(gòu)中 行地址對(duì)應(yīng)的某一頁(yè)，列地址就對(duì)應(yīng)這一頁(yè)中的某一列）

        3 接著又是 0x30，此時(shí) CLE有效，那么就是命令了（也就是說(shuō)這款nand flash的讀操作需要兩個(gè)命令）。

               但是之后數(shù)據(jù)并未立刻出來(lái)，我們看到在到 DATA Output即數(shù)據(jù)輸出之前還有一段時(shí)間，為什么有這段時(shí)間？

               往上看 R/nB 這個(gè)數(shù)據(jù)線上說(shuō)明了原因，這段時(shí)間內(nèi)它是低電平 即指示現(xiàn)在 處于 忙碌狀態(tài)，還未準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)輸出。為什么會(huì)這樣？

               因?yàn)槟?寫(xiě)了 一個(gè)命令，寫(xiě)了要讀數(shù)據(jù)的地址，又寫(xiě)了一個(gè)命令。 你總要給 cpu一些時(shí)間去處理這些命令吧，

               R/nB為低電平這段時(shí)間就是 在處理這些命令（實(shí)際上是根據(jù)命令將你定位的那一頁(yè)數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部寄存器中），

        等 R/nB變成高電平了，就指示命令處理完畢，現(xiàn)在數(shù)據(jù)也就可以讀出來(lái)了。

        綜上我們從手冊(cè)中我們就知道了讀操作的具體步驟，

        1 首先nand flash 也是一個(gè)外設(shè)，要訪問(wèn)他就需要片選它，所以在執(zhí)行時(shí)序圖上的步驟之前需要片選nand flash.

        2 看后面就是安裝時(shí)序圖來(lái)了，看時(shí)序圖! 第一步先是發(fā)送一個(gè)命令 0x00.

        3 看時(shí)序圖！ 然后發(fā)送五個(gè)地址序列（先發(fā)送兩個(gè)列地址，在發(fā)送三個(gè)行地址（即頁(yè)地址））

        4 看時(shí)序圖！ 接著再是一個(gè)命令 0x30.

        5 看時(shí)序圖！  R/nB 引腳為低表示現(xiàn)在正忙，正在處理這些命令，那就要等待 R/nB 引腳變?yōu)楦唠娖?/font>

        6 看時(shí)序圖！ 這個(gè)時(shí)候就可以讀數(shù)據(jù)了

        7 一次讀操作結(jié)束了 nand flash 暫時(shí)是不需要使用了，那么別忘了應(yīng)該 取消片選信號(hào)。

        至于這每一個(gè)步驟中具體的時(shí)序，cpu中的nand flash控制器會(huì)幫我們完成。我們要做就是設(shè)置幾個(gè)時(shí)間參數(shù)

        這里我們反復(fù)強(qiáng)調(diào)了要看時(shí)序圖。其實(shí)學(xué)嵌入式前期對(duì)數(shù)據(jù)手冊(cè)一定要多看，看多了你就回知道，什么東西的你重點(diǎn)要看的，什么是和你的編程操作無(wú)關(guān)的你不需要關(guān)心。這樣后面你才能，拿到一個(gè)外設(shè) 就能寫(xiě)出他的操作。而不用跟著書(shū)背步驟。只要手冊(cè)在就行了。

        上面的步驟，是一個(gè)具體的讀操作的步驟，不過(guò)在使用一個(gè)器件之前我們需要初始化一下它。至于初始化也就是設(shè)置我們上面多次提到的

        我們說(shuō)過(guò) s3c2440已經(jīng)幫我做了很多底層的單元操作，我們只需設(shè)置幾個(gè)時(shí)間參數(shù) 片內(nèi)的 nand flash就會(huì)自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)操作的時(shí)序操作

        那么到底設(shè)置那幾個(gè)時(shí)間呢。

        s3c2440 手冊(cè)上給出了 需要我們?cè)O(shè)置的幾個(gè)參數(shù)。