Raw NAND 驱动库学习

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author: xiexun

tags: Raw NAND, ONFI, SEMC, BootROM, OOB, ECC

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Raw NAND 驱动库学习

代码学习：NXP i.MX RT BootROM 风格的并行 NAND 驱动库ONFD(GitHub - JayHeng/RT-RNAND: An ONFI-compliant Raw NAND flash universal driver | 一款基于ONFI标准的并行NAND Flash通用驱动，适配多款MCU硬件接口，目前主要适配i.MXRT的SEMC接口 · GitHub)

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核心概念

Raw NAND ：主机直接面对 Page/Block 命令接口；ECC、坏块、地址映射由主机侧完成。

Managed NAND（eMMC/UFS 等）：主机多使用 LBA；ECC/坏块/磨损由片内 FTL 完成，OOB 对主机不可见。

ONFI（Open NAND Flash Interface）：并行 Raw NAND 规范集合，覆盖命令集、时序、Parameter Page、存储组织等，不仅是软件协议名。

Device → Plane/LUN → Block → Page → Main + Spare(OOB)

单位	含义
Page	Read / Program 粒度
Block	Erase 粒度
Plane/LUN	并行/多逻辑单元组织

Main / Spare(OOB)：同一 Page 内主数据区与冗余区。Spare 存放：

内容	作用
ECC	校验/纠正 Main（或 ECC chunk）bit 错误
坏块标记	标识 Block 是否禁用（位置以 datasheet 为准，常见在特定 Page 的 Spare）
元数据	逻辑页号、有效标志等管理信息（是否使用取决于软件）

寻址：

视图	含义
线性字节地址	mem_read/write(addr) 的入参；软件抽象
pageIndex + column	Flash 层单位；addr/pageSize、addr%pageSize
Column (CA) / Row (RA)	器件周期；由 SA = pageIndex × pageSize 按 COL 位宽拆分

操作约束：

1. 擦后为 0xFF；Program 将目标 bit 置 0，不可按 RAM 原地改写

2. 阵列操作后必须等 Ready（R/B# 或 Status 0x70）

3. 必须处理 ECC 与坏块

   薄地址抽象对比FTL： memory 层做线性换算、页缓存、DBBT 整块跳过；无磨损均衡/GC/精细 LPN 映射。

上层：RT BootROM、Flashloader下载工具；并非通用文件系统块层。

【控制器 IP 行为】

SEMC（fsl_semc）职责：把软件意图变成命令/地址/数据周期，硬件自动翻译成 ONFI 8080 总线时序波形，并完成与 NAND 芯片的硬件交互、等待响应、数据收发闭环。

1. 命令编码 ：get_nand_code 打包 NAND 命令字节与地址/命令模式（CMD+ADDR、HOLD、READ/WRITE），硬件行为输出时序：CLE 拉高、ALE 拉低、WE# 脉冲，将命令字节锁存进 NAND
2. 地址拆分 ：软件提供字节地址 SA；IP 按 columnAddressWidth 生成 CA/RA（x8/x16 规则不同）。Spare 访问时 COL 可能多扩 1 bit（convert_nand_address） ，硬件行为输出时序：ALE 拉高、CLE 拉低、WE# 连续脉冲，逐周期发送地址。
3. 数据通路：命令完成后经 IP Bus 或 AXI 搬 Main；Ready 走 R/B# 或 Status。

【软件驱动逻辑】

BootROM / Flashloader
  → semc_nand_memory    # 线性地址、页缓存、DBBT、FCB/DBBT
    → semc_nand_flash   # ONFI 页/块、Parameter、ECC
      → fsl_semc        # IP 事务
        → NAND

层	对外接口	职责
fsl_semc	IP 命令事务	地址转换、发令、搬数
semc_nand_flash	pageIndex / blockIndex	命令序列、ECC
semc_nand_memory	字节 address	换算、缓存、跳坏块、Boot 控制块

Boot 相关数据 ：FCB（含 nandConfig、固件副本表、DBBT 搜索区）；DBBT（坏块列表）。mem_init：默认配置拉起 → 搜 FCB → 按 FCB 重 init → 搜 DBBT。

生命周期：片内 BootROM 极简路径加载下一级后交权；完整驱动在 Flashloader/应用侧接力，一般不同时占用同一套 SEMC+NAND 软件栈。本 archive 即 Boot/下载链路风格实现。

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关键代码片段

配置字段（semc_nand_flash.h）：

uint32_t bytesInPageDataArea;   /* Main */
uint32_t bytesInPageSpareArea;  /* Spare/OOB */
uint32_t pagesInBlock;
uint32_t blocksInPlane;
uint32_t planesInDevice;

页读：页号 → SA → SEMC → issue （semc_nand_flash_read_page）：

ipgCmdAddr = pageIndex * config->bytesInPageDataArea; /* 字节 SA */
ipgCmdAddr = semc_ipg_command_convert_nand_address(&config->memConfig, ipgCmdAddr);
status = semc_nand_issue_read_page(config, ipgCmdAddr); /* 0x00/0x30 + wait */
/* 再 IP/AXI 搬 Main，并按配置做 Device/Software ECC */

Spare 路径地址整形 （semc_ipg_command_convert_nand_address）：

/* 输入始终为 byte address；Main 路径通常直接使用 SA */
if (columnAddressOption == SpareAreaAccess) {
    converted = (sa >> col) << (col + 1);
    converted |= sa & ((1u << col) - 1u);
}

线性读 （semc_nand_mem_read）：

pageIndex = address / pageSize;
pageColumnAddress = address % pageSize;
semc_nand_skip_bad_blocks(&pageIndex); /* DBBT：逻辑连续，物理可跳块 */
/* cache miss → flash_read_page；再按 column 切片拷出 */

调用链：

mem_read → pageIndex/column + skip BB → flash_read_page
        → convert_nand_address + issue_read_page + 搬数/ECC

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