深圳雷龙SD NAND的存储应用方案

前言:

        很感谢深圳雷龙发展有限公司为博主提供的两片SD NAND的存储芯片，在这里博主记录一下自己的使用过程以及部分设计。

深入了解该产品：

        拿到这个产品之后，我大致了解了下两款芯片的性能。CSNP4GCR01-AMW是一种基于NAND闪存和SD控制器的4Gb密度嵌入式存储；而CSNP32GCR01-AOW是一种基于NAND闪存和SD控制器的32Gb密度嵌入式存储。与原始NAND相比其具有嵌入式坏块管理和更强的嵌入式ECC。即使在异常断电，它仍然可以安全地保存数据。作为一个存储芯片，它确实做到了小巧，LGA-8的封装对比我之前用到过的TF卡，只占到了其面积的三分之一，这样对于一些嵌入式的设计就方便了很多。

         雷龙官方还很贴心的提供了样品的测试板，在这款测试板上，我焊接了4GB的CSNP4GCR01-AMW上去，并且跑了一下分，对于一款小的存储芯片而言，实在难得。

        （上图为测试板焊接图） 

       博主日前在设计基于H616与NB-IOT的嵌入式智能储物柜的时候考虑过存储方面的问题，当时在SD NAND和EMMC与TF卡中徘徊，以下是几个存储类型的对比。

         经过多方对比，本着不需要频繁更换的原则，同时也为了更好的防水和成本考虑，最终决定使用雷龙公司的SD NAND 作为设计样品的存储部分。

        此外，SD NAND还具有不用写驱动程序自带坏块管理的NAND FLASH（贴片式TF卡），不标准的SDIO接口，也同时兼容SPI/SD接口，10万次的SLC晶圆擦写寿命，通过一万次的随机掉电测试耐高低温，经过跑分测得，速度级别Class10。标准的SD2.0协议，普通的SD卡可以直接驱动，支持TF卡启动的SOC都可以用SD NAND，而且雷龙官方还贴心的提供了STM32参考例程和原厂技术支持，这对于刚上手的小白而言，十分友好。

设计理念：

        使用H616作为主控CPU并搭配NB-IOT来向申请下来的云端传输数据，当WIFI正常时，储物数据每搁两小时向云端传输一次，当有人取出物品时再次向云端发送一次数据（不保留在SD NAND中）；一旦系统检测到WIFI出现问题，储物数据转而存储到SD NAND中，取物时输入的物品ID和取出时间一并放入SD NAND中（我也是看中了SD NAND与原始NAND相比其具有嵌入式坏块管理和更强的嵌入式ECC。即使在异常断电，它仍然可以安全地保存数据这一点）。

部分SD NAND的参考设计

        根据官方数据手册提供的SD NAND参考设计，只占用8个GPIO，对于H616来说，确实很友好

         这里为了不泄露他人的劳动成果，我也就不粘PCB设计了。

 采用H616驱动SD NAND的示例代码

        下面是关于H616驱动SD NAND的示例代码，这里记录一下自己当初的学习过程（注：这个代码不能直接拿过来就用，而是要根据自己的需求修改）

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "h616_sdio.h"

// 定义SDIO引脚
#define SDIO_CMD_PIN    0
#define SDIO_CLK_PIN    1
#define SDIO_D0_PIN     2
#define SDIO_D1_PIN     3
#define SDIO_D2_PIN     4
#define SDIO_D3_PIN     5

// 定义NAND芯片命令
#define CMD_READ        0x00
#define CMD_WRITE       0x80
#define CMD_ERASE       0x60
#define CMD_STATUS      0x70
#define CMD_RESET       0xff

// 定义NAND芯片状态
#define STATUS_READY    0x40
#define STATUS_ERROR    0x01

// 初始化SDIO控制器
void sdio_init()
{
    // 设置SDIO引脚模式和速率
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_CMD_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_CLK_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D0_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D1_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D2_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D3_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);
    h616_sdio_set_clock(H616_SDIO_CLOCK_FREQ_25MHZ);

    // 初始化SDIO控制器
    h616_sdio_init();
}

// 发送NAND芯片命令
void nand_send_cmd(uint8_t cmd)
{
    // 设置SDIO控制器传输模式和命令码
    h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);
    h616_sdio_set_command_code(cmd);

    // 发送命令
    h616_sdio_send_command();
}

// 发送NAND芯片地址
void nand_send_addr(uint32_t addr)
{
    // 设置SDIO控制器传输模式和地址
    h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);
    h616_sdio_set_address(addr);

    // 发送地址
    h616_sdio_send_address();
}

// 读取NAND芯片数据
void nand_read_data(uint8_t *data, uint32_t size)
{
    // 设置SDIO控制器传输模式
    h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_READ);

    // 读取数据
    h616_sdio_read_data(data, size);
}

// 写入NAND芯片数据
void nand_write_data(const uint8_t *data, uint32_t size)
{
    // 设置SDIO控制器传输模式
    h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);

    // 写入数据
    h616_sdio_write_data(data, size);
}

// 读取NAND芯片状态
uint8_t nand_read_status()
{
    uint8_t status;

    // 发送读取状态命令
    nand_send_cmd(CMD_STATUS);

    // 读取状态
    nand_read_data(&status, 1);

    return status;
}

// 等待NAND芯片准备就绪
void nand_wait_ready()
{
    uint8_t status;

    // 循环读取状态，直到NAND芯片准备就绪
    do {
        status = nand_read_status();
    } while ((status & STATUS_READY) == 0);
}

// 读取NAND芯片数据
void nand_read(uint32_t page, uint32_t column, uint8_t *data, uint32_t size)
{
    // 发送读取命令和地址
    nand_send_cmd(CMD_READ);
    nand_send_addr(column | (page << 8));

    // 等待NAND芯片准备就绪
    nand_wait_ready();

    // 读取数据
    nand_read_data(data, size);
}

// 写入NAND芯片数据
void nand_write(uint32_t page, uint32_t column, const uint8_t *data, uint32_t size)
{
    // 发送写入命令和地址
    nand_send_cmd(CMD_WRITE);
    nand_send_addr(column | (page << 8));

    // 写入数据
    nand_write_data(data, size);

    // 等待NAND芯片准备就绪
    nand_wait_ready();
}

// 擦除NAND芯片块
void nand_erase(uint32_t block)
{
    // 发送擦除命令和地址
    nand_send_cmd(CMD_ERASE);
    nand_send_addr(block << 8);

    // 等待NAND芯片准备就绪
    nand_wait_ready();
}

// 复位NAND芯片
void nand_reset()
{
    // 发送复位命令
    nand_send_cmd(CMD_RESET);

    // 等待NAND芯片准备就绪
    nand_wait_ready();
}

// 示例程序入口
int main()
{
    uint8_t data[2048];
    memset(data, 0x5a, sizeof(data));

    // 初始化SDIO控制器
    sdio_init();

    // 复位NAND芯片
    nand_reset();

    // 擦除第0块
    nand_erase(0);

    // 写入第0页
    nand_write(0, 0, data, sizeof(data));

    // 读取第0页
    nand_read(0, 0, data, sizeof(data));

    return 0;
}