1. Form factor

2. Diagram与pin group

3. CH/CE/LUN的连接关系

4. 用GPIO驱动pin

5. 理解Command cycle，address cycle以及timing diagram

6. 基本NAND操作说明和演示：

1. Reset

2. Read status/Read status enhanced

3. Read ID

4. Read UID

5. Set IO timming mode

6. Scan bad block

7. Erase/program/read，以及理解page map

8. 切换SLC、TLC模式

7. 理解ECC

8. NAND的性能与功耗参数

• Form factor

目前常见的NAND颗粒有132Ball和272Ball的BGA；长宽尺寸分别为12mm*18mm 和14*18mm; ball pitch 1mm; 典型高度为1.2mm（ODP及以上stack为1.35mm）

下图分别是BGA的剖面示意图，以及BGA132的ball assignment;

BGA132有两组IO ball(ONFI SPEC称每组为八位数据总线), 标记为DQx_0和DQx_1 (x=0…7); BGA272有4组IO Ball;

某个rNAND其package signal与ball的准确对应关系可参照datasheet.

• Diagram与pin group

下图是NAND的框图, 以及标注的动作过程；

Pin可大致分为三类：power pin(Vcc/Vss, Vccq/Vssq, Vpp ), IO pin(DQ0-DQ7), control pin(CE、ALE、CLE、WE、RE、DQS等等的其他pin)

Control Pin的电平组合决定了NAND的工作模式，如下表所示：

不同的Interface设置下，pin name对应关系可参照下表

CH、CE、lun（die）的连接

见下图示例；此NAND颗粒有两个Channel, 4个CE（channel 0下有CE#0_0 和CE #1_0， Channel 1下有CE#0_1和CE#1_1），每个CE下只有一个lun(die)

共享Channel的多个CE#，在同一时刻只允许其中一个CE#有效

不同Channel之间是完全独立的，可以并行操作多个Channel

high level 视角如下图

• GPIO驱动NAND

GPIO是“外设”的一种，是“通用输入输出“，由用户软件控制的引脚，既能设置成输入也能设置成输出。

硬件连接图参考AVR32136: AVR32 UC3 NAND flash GPIO driver (microchip.com)

软件部分参考JimmyB.Goode的源码softNAND, 部分代码示例：

……

#define CLE (1<<0)

#define ALE (1<<1)

#define WE (1<<2)

#define RE_T (1<<3)

#define RE_C (1<<4)

#define DQS_T (1<<5)

#define DQS_C (1<<6)

……

static XGpio cmd_gpios[NR_CHANNELS];

static XGpio data_gpios[NR_CHANNELS];

……

static int ce_pins[]={30,27,37,43,31,21,38,53,67,64,60,66,56,59,55,75};

……

static void init_gpio(void)

{

……

for(init i=0;i<NR_CHANNELS;i++) {

XGpio* cmd_gpio=&cmd_gpios[i];

XGpio* data_gpio=&data_gpios[i];

……

If (XGpio_Initialized(cmd_gpio, cmd_gpio_ids[i]) != XST_SUCCESS) {

xil_printf("Cmd GPIO for channel %d init failed\n\r", i);

return;

}

If (XGpio_Initialized(data_gpio, data_gpio_ids[i]) != XST_SUCCESS) {

xil_printf("Data GPIO for channel %d init failed\n\r", i);

return;

}

……

}

……

static void write_command(XGpio* cmd_gpio, XGpio* data_gpio, int channel, u8 command)

{

XGpio_SetDataDirection(data_gpio, channel, 0x00); //set NAND IO pin connected GPIO as output mode

/* A command is written from DQ[7:0] to flash command register on the rising edge of WE# when CE# is LOW, ALE is LOW, CLE is HIGH, and RE# is HIGH */

XGpio_DiscreteWrite(cmd_gpio, channel, DQS_T | RE_T | CLE ); // NAND control pin connected GPIO output, DQS high, RE# high, CLE high

XGpio_DiscreteWrite(data_gpio, channel, command); // NAND IO pin connected GPIO output

XGpio_DiscreteWrite(cmd_gpio, channel, DQS_T | RE_T | WE | CLE ); // NAND control pin connected GPIO output , WE trigger rising edge

}

……

使用GPIO来驱动NAND比较灵活，可用于新NAND的调试；实际产品上追求效率，会把NAND控制模块固化成hardware IP, 提升速度，简化软件层面的操作。

iliefu/NandFlashController: AXI Interface Nand Flash Controller (Sync mode) (github.com)

• Command cycle, Address cycle, Timing diagram

下图是command cycle和address cycle的时序图；此外，还有data-in和data-out的cycle;

根据CLE/ALE的不同电平状态， DQ上的电平在WE#的上升沿被锁存到命令寄存器或地址寄存器；

因为NAND的容量原因及地址译码逻辑原因，NAND的address需要多个address cycle(单个cycle传输8bit address), 对page level的操作而言常见的有5各或6各address cycle；

目前的NAND基本上都是1个page为16K byte，对应2个column address cycle; page/block/plane/lun这些合成为row address cycle;

• 基本NAND操作说明和演示:

1. Reset, Reset LUN, hard reset

i. 用在初次上电后复位NAND，或NAND出现异常（不是single block program/erase fail这类异常，而是寄存器紊乱一类的异常）时

ii. 对CE下发reset 0xFF命令，该CE下的所有LUN都同步reset;

iii. 代码参考： fcmd_reset函数

2. Read status/Read status enhanced

i. 用于读取NAND操作状态，或者用于切换LUN

ii. 对CE下发read status 0x70命令，将返回上一次操作的LUN的状态;

iii. 代码参考： read_status函数

3. Read ID, Read UID

i. 用在读取NAND的manufacturing ID, device ID, 或者UID(lot/wafer/die XYcoordinate)

ii. 代码参考：fcmd_read_id函数

4. Set IO timming mode

i. 通过NAND set feathur来设置IO interface和timming mode

ii. 代码参考：fcmd_activate_nvddr2函数

5. Erase/program/read，one-pass program, 以及理解page map

i. 代码参考：fcmd_program_page_sync函数

ii. One-pass program参考datasheet, TLC one pass program sequence 是 CMD 80h ->LP address cycle --> LP data-in cycle -->CMD 1Ah --> CMD 80h ->MP address cycle --> MP data-in cycle -->CMD 1Ah --> CMD 80h ->UP address cycle --> UP data-in cycle -->CMD 10h

iii. Page-map参考DAS， page-map是逻辑page到物理位置（WL，TSG）的转换关系表

6. Scan bad block

i. 用在开卡时创建BB table; factory BB的第一页和最后一页的首个byte为0x00, （vs 0xFF from good block）

ii. ONFI 参考代码

7. 切换SLC、TLC模式

i. 参考NAND datasheet. YMTC NAND使用命令DAh命令使能SLC模式，DFh命令退出SLC模式

• 理解ECC

AN0271V1-NAND Error Correction Codes Introduction-0217.pdf (macronix.com)

FMS2017_PreConfH_FlashManagement_Haratsch_080717 (flashmemorysummit.com)

• NAND的性能与功耗参数（部分）

tProg; 页数据从page buffer写入到NAND array所需的时间，直观的与program pulse count正相关，本质上是array的特性和trim设定所决定的。

tR：页数据从Nand array读出到page buffer所需的时间；

Icc_stdby(ISB): Vcc current @ standby, ONFI规定max 100uA

Icc1/2/3: Vcc current @read/program/erase, ONFI规定max 100mA

• YMTC rNAND UID 16 bytes解析：

○ byte0~4: ASCII表示的internal part number;

○ byte5: revision number;

○ byte12: wafer ID;

○ byte13: DieX, byte14： DieY;

○ byte15/byte6-11： ASCII表示的lot number;