Nand Flash验证模块

适用于STM32和FPGA时序验证的通用NandFlash模块

题目分析

Nand的不同厂家不同品牌不同工艺，其内部存储器的堆叠形式大相径庭，传统硬件开发需要先完成方案设计工作，但Nand的多样性会给后续项目的软件编写产生困难，为了验证时序或存储方式，存储结构是否适合本项目，于是乎本设计完成了一个方案验证板，用于测试不同厂家的Nand，并以常用的三星、冷门的意法半导体的Nand为例，简要地说明时序以及程序编写中遇到的一些问题，为嵌入式工程师之后的设计提供一种可行的解决方案。

图1 ST NAND的结构

不同的Nand容量和块数量不相同，对每一个NAND都需要查看它的结构，进行编程

原理图设计说明

验证板的电路图比较简单，主要将芯片的功能引脚引出。

图2 方案验证版的原理图

  在验证板中U1为TSSOP-48封装的Nand，用该封装的Nand功能引脚都相同，所以验证版上的各个Nand可以相互替换，在含Nand的开发板中，为了保证存储功能的稳定，还使用的更多的滤波电容和上下拉电阻，本验证版为了考虑与STM32和FPGA板子的兼容性，减少了上下拉电阻，如需要可在STM32GPIO中配置。右侧为2x10PIN 2.54mm的插座，用于将功能引脚引出，D1为电源指示灯。电路中VCC的典型值根据芯片选择，常用的有3.3V，低电压的Nand芯片采用1.6V供电。

图3 立创商城买的ST Nand

这个Nand属于冷门Nand，比较难购买，本次购买的型号是ST NAND02GW3B2DN6E,该芯片拥有2G bit的存储空间，当然了也可以用其他厂家的NAND进行替换，如镁光、三星等，1G-8G bit满足日常项目的存储需求。再大一点的存储需求可以考虑SD卡，或者速度更快的EMMC，容量小的存储需求可考虑NOR Flash，如W25Q128、W25Q256等，数据更可靠。两者之间的区别不再赘述。

PCB设计说明

图4 PCB打样的图片

图5 立创EDA画的板子

不得不说EDA软件十分好用，对于布线，器件选型特别友好，新手可以提供友好的界面和简单的设计流程，对于我们这些老工程师来说，减少了找器件封装所需要的时间，极大的提升了设计的效率，原理图到PCB和备件，一站式配齐，缩短了产品迭代时间。

板子的话没什么好说的，双面板，铺地铜，电源线30mil

软件说明

图6 STM32CubeMX的FMC控制器

采用ST官方的FMC控制器使得编程简单了许多，控制NAND不需要接触底层的NAND时序，只需要编写存储结构和逻辑即可。按照CUBE上进行接线测试nand功能即可，完整代码贴附件了，
代码块：

        if(Trans_flag==0)                    //Ä£ÄâÕýÏÒ²¨²úÉú
        {
        Sine();
//            for(i=0;i<2048;i++)
//            RxBuffer[i]=0XAA;
            Trans_flag=1;
        }
        else if(Trans_flag==1)   //¿ªÊ¼¶ÔNand½øÐÐдÈë
        {
            HAL_NAND_Write_Page_8b(&hnand1,&WriteReadAddr,RxBuffer,1);//дÈëÒ³
            if(WriteReadAddr.Block%100==0)
            {
            block_temp[0]=WriteReadAddr.Block/1000%10+48;
            block_temp[1]=WriteReadAddr.Block/100%10+48;
            block_temp[2]=WriteReadAddr.Block/10%10+48;
            block_temp[3]=WriteReadAddr.Block%10+48;
            HAL_UART_Transmit(&huart1,block_temp,4,500);
            }
            Trans_flag=0;
            if(++WriteReadAddr.Page>63)                //дÈëÒ³×Ô¼Ó
            {
                WriteReadAddr.Page=0;
                WriteReadAddr.Block=WriteReadAddr.Block+1;
                if(WriteReadAddr.Block>1020)
                {
                    Trans_flag=5;
                    HAL_UART_Transmit(&huart1,text1,12,500);  //дÈëÍ£Ö¹
                }
            }
        }
        else if(Trans_flag==2)    //¿ªÊ¼¶ÔNand¶ÁÈ¡
        {
            if(First_data==0)            //»Ö¸´³õʼµØÖ·
            {
                First_data=1;
                WriteReadAddr.Block=0;
                WriteReadAddr.Page=0;
                WriteReadAddr.Plane=1;
            }

        HAL_NAND_Read_Page_8b(&hnand1,&WriteReadAddr,RxBuffer_u8,1);  //¶Ánand
//                    HAL_UART_Transmit(&huart1,text7,12,500);
//            page_temp[0]=WriteReadAddr.Page/10+48;
//            page_temp[1]=WriteReadAddr.Page%10+48;
//                    HAL_UART_Transmit(&huart1,page_temp,2,500);
//                    HAL_UART_Transmit(&huart1,text3,13,500);

            if(WriteReadAddr.Block%30==0&&WriteReadAddr.Page==0)
            {
            block_temp[0]=WriteReadAddr.Block/100%10+48;
            block_temp[1]=WriteReadAddr.Block/10%10+48;
            block_temp[2]=WriteReadAddr.Block%10+48;
                    HAL_UART_Transmit(&huart1,block_temp,3,500);                
            }

        USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,RxBuffer_u8,2048);        //USB·¢ËÍ
//                    HAL_UART_Transmit(&huart1,RxBuffer_u8,2048,500);
                        if(++WriteReadAddr.Page>64)            //µØÖ·×Ô¼Ó
            {
                WriteReadAddr.Page=0;
                WriteReadAddr.Block=WriteReadAddr.Block+1;
                    if(WriteReadAddr.Block>1020)
                    {
                        Trans_flag=5;
                        HAL_UART_Transmit(&huart1,text1,12,500);
                    }
            }

        }
        else if(Trans_flag==3)   //²Á³ýNand FlashËùÓпé
        {
        HAL_UART_Transmit(&huart1,text4,13,500);
            for(j=0;j<1020;j++)
            {
        WriteReadAddr.Block=j;
        HAL_NAND_Erase_Block(&hnand1,&WriteReadAddr);
            }
            Trans_flag=5;
        HAL_UART_Transmit(&huart1,text4,13,500);
                                    WriteReadAddr.Block=0;
                        WriteReadAddr.Page=0;
                        WriteReadAddr.Plane=1;

        }

在各个部分分别实现对Nand的擦除，写入和读取的功能

实物展示说明

1206的贴片电阻，电容和电源指示灯

Nand Flash验证板与正点原子的STM32F103核心板相连接（焊接的灯白色没加限流电阻太亮了）