平台介紹
OS:Linux 2.6.21
SOC:S3C2416 (ARM9 400MHZ)
Nand Flash規格簡介
原本Nand Flash 型號是三星的K9F1G08U0D，更換成Zentel的A5U1GA31ATS-BC。
這兩個Nand Flash都是同樣規格。規格列示如下：
1. SLC (Single Level Cell)
2. 資料容量: 128MByte
3. Page大小：(2K+64) Byte (2K屬於Large Page的Flash，64Byte是spare area的大小)
4. 每個Block有128個Page。
5. Block大小：(128K+4K) Byte (同理4K是spare area的大小==>64*128=4K)
6. 1 bit HW ECC , HW ECC
7. 8 bit I/O (進行資料/命令/位址的傳輸)
Nand Flash硬體特性
1. SLC / MLC
Nand Flash按照內部儲存資料單元的單個記憶體單元中，是儲存1位元資料，還是多位元資料，可以分為SLC和MLC。
項目
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（SLC）
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（MLC）
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名稱
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Single Level Cell
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Multi Level Cell
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儲存單元位元數
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一位元
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二位元(4 Level Cell;2的2次方)
四位元(16 Level Cell;2的4次方)
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使用壽命(erase和program的次數)
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1萬或五千次
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10萬次
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寫入速度
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較快
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讀的速度接近SLC，但是寫的速度大概是SLC的四分之一
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單位價格
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較高
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較低
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ECC
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1Bit ECC(修正1bit，檢測2bit)
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2或4Bit ECC
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雖從上表中，可以看到SLC的寫入速度和使用壽命明顯優於MLC，然而由於MLC成本較低，且儲存容量較大，體積較小，因此今後的發展方向還是以MLC為主。且目前已經有許多的方式可以解決MLC的讀寫次數的壽命問題，例如，有些SOC已經有提供wear leveling技術，平均分散每次寫資料的區域，避免某個單一區域過多的寫資料，提高MLC的壽命問題。而2bit 或是4bit的ECC，可以解決資料正確性問題，如此可以解決MLC的缺點。
2. ECC (Error Correction Code)
2. ECC (Error Correction Code)
Nand Flash由於物理特性，Nand Flash中cell的電荷會慢慢漏電，導致資料不正確；抹除和寫資料次數越多，漏電的情形會更嚴重。為了確保資料的正確性，Nand Flash需要ECC功能來偵測糾正Nand Flash內部的隨機位元錯誤。通常Nand Flash本身並不提供ECC功能，而是由SOC的Nand Flash Controller來提供。
3. Spare Area
Flash的每一個頁，除了main area存放資料之外，還有另一個區域，稱為spare area。此在Linux系統中，稱此為OOB（Out Of Band），會有這個區域的原因，最初是因為Nand Flash資料在讀寫時候容易出錯，為了確保資料的正確性，此區域，用於放置ECC。除此之外，也會放置如下資訊：
1. 標記目前此頁所在的block是否是bad block。
2.儲存一些檔案系統相關的資料。
4. Flash名稱的由來
Flash的erase操作是以block為單位的， 在每次進行program operation時，Flash會先進行erase operation，會抹除整個block，全部抹除為1，即block的資料全部都是0xFF了，由於瞬間抹除，可以用一閃(flash)而過來比擬，所以叫做Flash Memory。
5. 讀寫單位
讀取/寫入的最小單位 ： page
擦除(Erase)操作的最小單位 ： block
6. Nand Flash 組織圖 (此圖來至三星K9K8G08U0A Datasheet)
從上圖可以知道，一塊Nand Flash被分為若干Block,每個Block又被分為若干Page.
K9F1G08U0D共有128M Bytes，每個Page2K Byte，一個Block有64個Page，因此一個Block共有128K Bytes的容量，因此一個Nand Flash 共有1024個Block (128M Bytes / 128K Bytes = 1024)。
Nand Flash Read/Write Protocol
Nand Flash Read/Write Protocol
//to do
Nand Flash 控制器
由於與Flash Chip通訊需要遵守時序問題，且又為了簡化與Flash溝通，並藉由Nand Flash提供ECC機制，因此現今的SOC大都有Nand Flash Controller。
1.重要暫存器簡介(以下只討論SLC的Nand Flash)：
NFCONF： 為 Configuration register，用來設定Nand Flash Controller與目標Nand Flash Chip的通訊相關設定。設定的項目有ECCType設定(1 bit ecc)，時序相關設定(時序相關議題會在後面描述)，PageSize設定(2K Byte)，AddrCycle設定(4 address cycle)。NFCONF需在Nand Flash driver的nand_probe裡面設定完成，以便初始化Nand Flash Driver的設定。
NFCONT： 為 Control register，在Nand Flash driver中，最主要用來控制Nand Flash Controller ECC模組的運作。由於Nand Flash的讀跟寫與ECC模組的運作密切相關，因此藉由此Register的介紹並搭配driver在此的運作流程。
執行Write Operation分為兩個step
執行Write Operation分為兩個step
1.先執行main area的寫入
2.再執行spare area(linux driver 稱為 oob)的寫入。
上述兩步驟，運作方式大致都相同，差別只在於資料不同而已(Main area / spare area)。在執行Write Operation之前，先Init Main Area ECC module(將NFCONT[5]設為1)，再將Main Area ECC module unlock(將NFCONT[7]設為0)，之後開始執行Write Operation便會在NFMECC0這個Register產生ECC碼(供下次讀取資料時，可以做資料驗證用途)，在讀取ECC碼之前，必須將Main Area ECC module lock(將NFCONT[7]設為1)，以防止已經產生好的ECC碼會因為其它操作而改變。於是Driver便會將NFMECC0這個Register產生的ECC碼，寫到oob buffer的main area ecc區域(第40個byte到第55個byte)。 (註: spare area的寫入也會產生ecc碼，稱為secc==>spare area ecc，這個ecc碼會寫入oob buffer的第60個byte到第63byte。另外比較奇怪的一點是，NFCONT有提供main area ecc和spare area ecc 兩個不同的module，然而driver中，有讀寫spare area，但在寫spare area的過程中，僅使用main ecc module產生的ecc碼，而非spare ecc module，這點倒是挺奇怪的)。
執行Read Operation分為兩個step
1.先執行spare area的讀取。
2.再執行main area的讀取。
執行Read Operation在採用ECC Module的方式與Write Operation相同，先Init Main Area ECC module(將NFCONT[5]設為1)，再將Main Area ECC module unlock(將NFCONT[7]設為0)， 由於所讀取的資料是當初寫進去的，在當初寫進去的過程中，都會將當時產生的ecc碼寫入oob的第40~55 bytes(main area ecc)和60~63(spare area ecc)，因此在讀取過程中，會再將之前寫入時所產生的ecc碼拿出來作驗證，並填入NFMECCD0和NFMECCD1這兩個Register作驗證，此時驗證的結果會產生於NFECCERR0。此Register會將驗證結果呈現出來，例如NFECCERR0[1:0]會指明如下錯誤:
00 = No Error
01 = 1-bit error(correctable)
10 = Uncorrectable
11 = ECC area error
然而由於SLC採用的是1 bit ecc，即假設有一個bit錯誤時，可以更正，但是當有兩個以上的bit錯誤，便無法更正了。
00 = No Error
01 = 1-bit error(correctable)
10 = Uncorrectable
11 = ECC area error
然而由於SLC採用的是1 bit ecc，即假設有一個bit錯誤時，可以更正，但是當有兩個以上的bit錯誤，便無法更正了。
