nor flash的一般操作与分析

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了nor flash的一般操作与分析前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术,彻底改变了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND Flash 结构,强调降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecute In Place),这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM。

这样我们知道程序能直接在norlash执行的原因在XIP

那:什么是XIP?工作原理又是怎么样的?

XIP eXecute In Place

  eXecute In Place,即芯片内执行,指应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。flash内执行是指nor flash 不需要初始化,可以直接在flash内执行代码。但往往只执行部分代码,比如初始化RAM.

(注:片内执行不是说程序在存储器内执行哦,cpu的基本功能就是取指、译码和执行。norflash能在芯片内执行,就是指cpu的取指模块能够直接从norflash中把指令取出来,供后面的译码和执行模块使用

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Nor Flash的连接线有地址线,数据线,片选信号读写信号等,Nor Flash的接口属于内存类接口,Nor Flash可以向内存一样读,但是不能像内存一样写,需要做一些特殊的操作才能进行写操作,读只需像内存一样读很简单。

Nor Flash原理图如图:

这里写图片描述

Flash介绍

常用的Flash类型有Nor Flash和NAND Flash两种。

Nor Flash由Intel公司在1988年发明,以替代当时在市场上占据主要地位的EPROM和E2PROM。NAND Flash由Toshiba公司在1989年发明。两者的主要差别如下表:

- Nor NAND
XIP(代码可以直接运行) Yes no
性能(擦除) 非常慢(5s) 快(3ms)
性能(写)
性能(读)
可靠性 较高,位反转的比例小于NAND Flash的10% 比较低,位反转比较常见,必须有校验措施,比如TNR必须有坏块管理措施
可擦除次数 10000 ~ 100000 100000 ~ 1000000
生命周期 低于NAND Flash的10% 是Nor Flash的10倍以上
接口 与RAM接口相同 I/O接口
易用性 容易 复杂
主要用途 常用于保存代码和关键数 用于保存数据
价格

Nor Flash支持XIP,即代码可以直接在Nor Flash上执行,无需复制到内存中。这是由于NorF lash的接口与RAM完全相同,可以随机访问任意地址的数据。Nor Flash进行读操作的效率非常高,但是擦除和写操作的效率很低,另外,Nor Flash的容量一般比较小。NAND Flash进行擦除和写操作的效率更高,并且容量更大。一般而言,Nor Flash用于存储程序,NAND Flash用于存储数据。基于NAND Flash的设备通常也要搭配Nor Flash以存储程字。

Flash存储器件由擦除单元(也称为块)组成,当要写某个块时,需要确保这个块己经
被擦除。Nor Flash的块大小范围为64kB、128kB:NAND Flash的块大小范围为8kB,64kB,擦/写一个Nor Flash块需4s,而擦/写一个NAND Flash块仅需2ms。Nor Flash的块太大,不仅增加了擦写时间,对于给定的写操作,Nor Flash也需要更多的擦除操作——特别是小文件,比如一个文件只有IkB,但是为了保存它却需要擦除人小为64kB—128kB的Nor Flash块。

Nor Flash的接口与RAM完全相同,可以随意访问任意地址的数据。而NAND Flash的
接口仅仅包含几个I/O引脚,需要串行地访问。NAND Flash一般以512字节为单位进行读写。这使得Nor Flash适合于运行程序,而NAND Flash更适合于存储数据。

容量相同的情况下,NAND Flash的体积更小,对于空间有严格要求的系统,NAND Flash可以节省更多空间。市场上Nor Flash的容量通常为IMB~4MB(也有32MB的Nor Flash),NAND Flash的容量为8MB~512MB。容量的差别也使得Nor Flash多用于存储程序,NAND Flash多用于存储数据。

对于Flash存储器件的可靠性需要考虑3点:位反转、坏块和可擦除次数。所有Flash器件都遭遇位反转的问题:由于Flash固有的电器特性,在读写数据过程中,偶然会产生一位或几位数据错误(这种概率很低),而NAND Flash出现的概率远大于Nor Flash,当位反转发生在关键的代码、数据上时,有可能导致系统崩溃。当仅仅是报告位反转,重新读取即可:如果确实发生了位反转,则必须有相应的错误检测/恢复措施。在NAND Flash上发生位反转的概率史高,推荐使用EDC/ECC进行错误检测和恢复。NAND Flash上面会有坏块随机分布在使用前需要将坏块扫描出来,确保不再使用它们,否则会使产品含有严重的故障。NAND Flash每块的可擦除次数通常在100000次左右,是Nor Flash的10倍。另外,因为NAND Flash的块大小通常是NorF lash的1/8,所以NAND Flash的寿命远远超过Nor Flash。

嵌入式Linux对Nor、NAND Flash的软件支持都很成熟。在Nor Flash上常用jffs2文
件系统,而在NAND Flash常用yaffs文件系统。在更底层,有MTD驱动程序实现对它们的读、写、擦除操仵,它也实现了EDC/ECC校验。

Nor Flash的操作

下面我们使用u-boot来体验Nor Flash的操作(开发板设置Nor启动,进入u-boot)。

1).使用OpenJTAG烧写UBOOT到Nor Flash

那么我们怎么用u-boot来操作呢?

Nor Flash手册里会有一个命令的表格,如图:

这里写图片描述

下面简单的举一些例子:

复位(reset):往任何一个地址写入F0。

读ID(ReadSiliconID):很多的Nor Flash可以配置成位宽16bit(Word),位宽8bit(Byte)。对于我们使用的jz2440开发板使用是位宽16bit,怎样读ID呢?

根据前面得图可知,往Nor Flash的555地址写AA,再往2AA的地址写入55,再往555的地址写入90,然后就可以读ADI地址,就可以读到DDI数据了。

实例1

读数据:

在u-boot上执行:md.b0

结果(和我们烧进去的数据完全一样):

00000000:170000ea14f09fe514f09fe514f09fe5................ 00000010:14f09fe514f09fe514f09fe514f09fe5................ 00000020:6001f833c001f8332002f8337002f833`..3...3..3...3 00000030:e002f8330004f8332004f833efbeadde...3...3..3....
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可以得出结论:u-boot可以像读内存一样来读nor flash

实例2

读ID(参考Nor手册)

  • 往地址555H写入AAH(解锁)
  • 往地址2AAH写入55H(解锁)
  • 往地址555H写入90H(命令)
  • 读0地址得到厂家ID(C2H)
  • 读1地址得到设备ID(22DAH或225BH)
  • 退出读ID状态:给任意地址写F0H就可以了。

下图为2440和Nor Flash的简易连接图:

这里写图片描述

2440的A1接到Nor的A0所以2440发出的地址是,Nor Flash收到的地址左移一位。比如:2440发出(555H<<1)地址,Nor Flash才能收到555H这个地址。

下面对在Nor Flash的操作,2440的操作,U-BOOT上的操作进行比较,如下表:

Nor Flash的操作 2440的操作 U-BOOT上的操作
往地址555H写入AAH(解锁) 往地址AAAH写入AAH(解锁) mw.waaaaa
往地址2AAH写入55H(解锁) 往地址554H写入55H(解锁) mw.w 554 55
往地址555H写入90H(命令) 往地址AAAH写入90H(命令) mw.w aaa 90
读0地址得到厂家ID(C2H) 读0地址得到厂家ID(C2H) md.w 0 1 (1:表示都一次)
读1地址得到设备ID(22DAH或225BH) 读2地址得到设备ID(22DAH或225BH) md.w 2 1 (1:表示都一次)
退出读ID状态:给任意地址写F0H就可以了 退出读ID状态:给任意地址写F0H就可以了 mw.w 0 f0

1).当执行过
md.w 0 1
结果(输出厂家ID):
00000000:00c2..(00c2就是厂家ID)

2).当执行过
md.w 2 1

结果(输出设备ID):
00000002:2249I”(2249就是设备ID)

3).当执行
mw.w 0 f0
退出读ID的状态,

执行:
md.b0
结果:
00000000:17.(读到的就是Nor Flash地址·0的数据)

Nor Flash的两种规范

通常内核里面要识别一个 Nor Flash 有两种方法

一种是 jedec 探测,就是在内核里面事先定义一个数组,该数组里面放有不同厂家各个芯片的一些参数,探测的时候将 flash 的 ID 和数组里面的 ID 一一比较,如果发现相同的,就使用该数组的参数。
jedec 探测的优点就是简单,缺点是如果内核要支持的 flash 种类很多,这个数组就会很庞大。内核里面用 jedec 探测一个芯片时,是先通过发命令来获取 flash 的 ID,然后和数组比较,但是 flash.c 中连 ID 都是自己通过宏配置的。

一种是 CFI(common flash interface)探测,就是直接发各种命令来读取芯片的信息,比如 ID、容量等,芯片本身就包含了电压有多大,容量有有多少等信息。

下面对在Nor Flash上操作,2440上操作,U-BOOT上操作cfi 探测(读取芯片信息)进行比较参考芯片手册。

Nor Flash上操作cfi 2440上操作cfi U-BOOT上操作cfi
往55H地址写入98H 往AAH地址写入98H mw.w aa 98
读地址10H得到0051 读地址20H得到0051 md.w 20 1
读地址11H得到0052 读地址22H得到0052 md.w 22 1
读地址12H得到0059 读地址24H得到0059 md.w 24 1
读地址27H得到容量 读地址4EH得到容量 md.w 4e 1

@L_301_3@Nor Flash写数据

我们在Nor Flash的10000的地址读数据,
md.w 100000 1
结果:
00100000:ffff..
在Nor flash的10000的地址写数据下0x1234,
mw.w 100000 1234
然后在这个地址读数据,
md.w 100000 1
结果:
00100000:ffff(这个地址上的数据没有被修改,写操作无效)。

怎样把数据写进Nor Flash进去呢?

写数据之前必须保证,要写的地址是擦除的。

下面是Nor Flash的写操作,如下表:

Nor Flash上操作写操作 2440上操作写操作 U-BOOT上操作写操作
往地址555H写AAH(解锁) 往地址AAAH写AAH(解锁) mw.w aaa aa
往地址2AAH写55H(解锁) 往地址554H写55H(解锁) mw.w 554 55
往地址555H写A0H 往地址AAAH写A0H mw.w aaa a0
往地址PA写PD 往地址0x100000写1234h mw.w 100000 1234

1).U-BOOT执行完上述指令后,0x1234,就被写到0x100000地址处,

执行:
md.w1000001
结果(1234被写进去):
00100000:1234 4
从这里可以看出来U-BOOT的操作不是很复杂。

2).我们再次往0x100000地址处,写入0x5678,执行如下命令:
mw.w aaa aa
mw.w 554 55
mw.w aaa a0
mw.w 100000 5678
查看0x100000地址处的数据
md.w 100000 1
结果:
00100000:12300.
0x100000地址处的数据不是0x5678,写操作失败,失败的原因是,原来的数据已经是0x1234不是全0xffff,再次写操作失败,(Nor Flash只有先擦出,才能烧写)。

先擦除(参考Nor Flash芯片手册)
Nor Flash操作 u-boot操作
555H AAH mw.w aaa aa
2AAH 55H mw.w 554 55
555H 80H mw.w aaa 80
555H AAH mw.w aaa aa
2AAH 55H mw.w 554 55
SA 30H //往扇区地址写入30 mw.w 100000 30

执行完上述指令后测试

执行:
md.w 100000 1
结果:
00100000:ffff..
已被擦除,这个时候再次烧写就不会有问题了。

再烧写
mw.w aaa aa
mw.w 554 55
mw.w aaa a0
mw.w 100000 5678

测试烧写结果
执行:
md.w 100000 1
结果:
00100000:5678 xV
数据被烧写进去,烧写成功。

总结:我们烧写时,如果上面的数据,不是0ffff,没有被擦除过,我们就要先擦出,擦除完后,才可以烧写,擦除烧写的命令可以从芯片手册里面获得。

= 第002节Nor Flash编程识别 =
本节实例的目的目的:识别nor flash
发送命令函数
nor_cmd函数代码如下,往NOR Flash某个地址发送指令,

16 17 /* offset是基于NOR的角度看到 */ 18 void nor_cmd(unsigned int offset,unsigned int cmd) 19 { 20 nor_write_word(NOR_FLASH_BASE,offset,cmd); 21 }
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读取函数

nor_read_word函数是从NOR Flash 读取两个字节(本开发板位宽16bit),读取数据的地址,是基于2440,所以读取NOR Flash某个地址上的数据时,需要把NOR Flash对应的地址左移一位(地址乘以2)。

23 unsigned int nor_read_word(unsigned int base,unsigned int offset) 24 { 25 volatile unsigned short *p = (volatile unsigned short *)(base + (offset << 1)); 26 return *p; 27 }
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读取地址中的数据

向nor_dat函数中写入NOR Flash某个地址,返回该NOR Flash地址上的数据。

29 unsigned int nor_dat(unsigned int offset) 30 { 31 return nor_read_word(NOR_FLASH_BASE,offset); 32 }
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进入NOR FLASH的CFI模式,读取各类信息

do_scan_nor_flash函数代码如下,该函数功能:进入CFI模式读取NOR Flash中的厂家ID,设备ID,容量等信息。

50/* 进入NOR FLASH的CFI模式 51 * 读取各类信息 52 */ 53 void do_scan_nor_flash(void) 54 { 55 char str[4]; 56 unsigned int size; 57 int regions,i; 58 int region_info_base; 59 int block_addr,blocks,block_size,j; 60 int cnt; 61 62 int vendor,device; 63 64 /* 打印厂家ID、设备ID */ 65 nor_cmd(0x555,0xaa); /* 解锁 */ 66 nor_cmd(0x2aa,0x55); 67 nor_cmd(0x555,0x90); /* read id */ 68 vendor = nor_dat(0); 69 device = nor_dat(1); 70 nor_cmd(0,0xf0); /* reset */ 71 72 nor_cmd(0x55,0x98); /* 进入cfi模式 */ 073 74 str[0] = nor_dat(0x10); 75 str[1] = nor_dat(0x11); 76 str[2] = nor_dat(0x12); 77 str[3] = ‘\0‘; 78 printf("str = %s",str); 79 80 /* 打印容量 */ 81 size = 1<<(nor_dat(0x27)); 82 printf("v=0x%x,d=0x%x,s=0x%x,%dM",vendor,device,size,size/(1024*1024)); 83 84 /* 打印各个扇区的起始地址 */ 85 /* 名词解释: 86 * erase block region : 里面含有1个或多个block,它们的大小一样 87 * 一个nor flash含有1个或多个region 88 * 一个region含有1个或多个block(扇区) 89 90 * Erase block region information: 91 * 前2字节+1 : 表示该region有多少个block 92 * 后2字节*256 : 表示block的大小 93 */ 94 95 regions = nor_dat(0x2c); 96 region_info_base = 0x2d; 97 block_addr = 0; 98 printf("Block/Sector start Address:"); 99 cnt = 0; 100 for (i = 0; i < regions; i++) 101 { 102 blocks = 1 + nor_dat(region_info_base) + (nor_dat(region_info_base+1)<<8); 103 block_size=256*(nor_dat(region_info_base+2)+(nor_dat(region_info_base+3)<<8)); 104 region_info_base += 4; 105 106 //printf("…………"); 107 108 for (j = 0; j < blocks; j++) 109 { 110 /* 打印每个block的起始地址 */ 111 //printf("0x%08x ",block_addr); 112 printHex(block_addr); 113 putchar(‘ ‘); 114 cnt++; 115 block_addr += block_size; 116 if (cnt % 5 == 0) 117 printf("\n\r"); 118 } 119 } 120 printf("\n\r"); 121 /* 退出CFI模式 */ 122 nor_cmd(0,0xf0); 123 }
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第65,66行 这两步是解锁,解锁之后就进入读ID状态,就可以读取厂家和设备ID了。

第68行 是把读取到的厂家ID的值,复制给vendor变量。

第69行 是把读取到的设备ID的值,复制给device变量。

第70行 退出读ID状态: 给任意地址写F0H。

第72行,往地址0x55地址写入数据0x98,是进入cfi模式。

第74,75,76行是读取NOR Flash地址0x10,0x11,x012中的字符,赋值给字符串str。

第81行,根据芯片手册可知道,读取NOR Flash地址0x27处的数据,得到的是NOR Flash容量大小2的幂数,所以把1左移读取到的数据,就可得到NOR Flash的容量。

第95行读取NOR Flash地址0x2c地址中的数据,可以得到NOR Flash中有多少region。

第102行根据Erase block region information:的信息可以知道读取[2E,2D]这两个字节的地址+1,可以得到一个region有多少block(参考芯片手册)。代码中的region_info_base变量的值是0x2d,0x2d是前两个字节中的低字节,0x2e是前两个字节中的高字节,所以需要左移8位,然后加上1就得到了一个region有多少block.。

第103行参考芯片手册,读取[30,2F]这两个字节地址,然后乘上256就可以得到一个块的大小。

第104行,地址加4,读取下一个region有多少block和每个block的大小。

第112,115行,由于NOR Flash的基地址是0,所以第一个block的首地址是0,下一个block的首地址,就是上一个block的首地址加上block的大小。

第112行往0地址写入0xf0,退出CFI模式。

Nor Flash的测试

nor_flash_test函数通过switch语句,分别处理识别NOR Flash,擦除NOR Flash某个扇区,编写某个地址,读某个地址。代码如下:

232 void nor_flash_test(void) 233 { 234 char c; 235 236 while (1) 237 { 238 /* 打印菜单,供我们选择测试内容 */ 239 printf("[s] Scan nor flash\n\r"); 240 printf("[e] Erase nor flash\n\r"); 241 printf("[w] Write nor flash\n\r"); 242 printf("[r] Read nor flash\n\r"); 243 printf("[q] quit\n\r"); 244 printf("Enter selection: "); 245 246 c = getchar(); 247 printf("%c",c); 248 249 /* 测试内容: 250 * 1. 识别nor flash 251 * 2. 擦除nor flash某个扇区 252 * 3. 编写某个地址 253 * 4. 读某个地址 254 */ 255 switch (c) 256 { 257 case ‘q‘: 258 case ‘Q‘: 259 return; 260 break; 261 262 case ‘s‘: 263 case ‘S‘: 264 do_scan_nor_flash(); 265 break; 266 267 case ‘e‘: 268 case ‘E‘: 269 do_erase_nor_flash(); 270 break; 271 272 case ‘w‘: 273 case ‘W‘: 274 do_write_nor_flash(); 275 break; 276 277 case ‘r‘: 278 case ‘R‘: 279 do_read_nor_flash(); 280 break; 281 default: 282 break; 283 } 284 } 285 }
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函数

main函数代码如下所示。把timer中断去掉,否则: 测试NOR Flash时进入CFI等模式时,如果发生了中断,cpu必定读NOR Flash,那么读不到正确的指令,导致程序崩溃。

12  int main(void) 13 { 14 led_init(); 15 //interrupt_init(); /* 初始化中断控制器 */ 16 key_eint_init(); /* 初始化按键,设为中断源 */ 17 //timer_init(); 18 19 puts("\n\rg_A = "); 20 printHex(g_A); 21 puts("\n\r"); 22 23 nor_flash_test(); 24 25 return 0; 26 }
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第003节Nor Flash编程擦写读

本实例的目的目的:擦除nor flash某个扇区,编写某个地址,读某个地址。

等待烧写

等待烧写完成 : 读数据,Q6无变化时表示结束 (参考芯片手册),

35 void wait_ready(unsigned int addr) 36 { 37 unsigned int val; 38 unsigned int pre; 39 40 pre = nor_dat(addr>>1); 41 val = nor_dat(addr>>1); 42 while ((val & (1<<6)) != (pre & (1<<6))) 43 { 44 pre = val; 45 val = nor_dat(addr>>1); 46 } 47}
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擦除NOR Flash 某个扇区

do_erase_nor_flash函数代码如下。参考芯片手册,就可以知道擦除某个扇区,还是相对比较简单的。

125 void do_erase_nor_flash(void) 126 { 127 unsigned int addr; 128 129 /* 获得地址 */ 130 printf("Enter the address of sector to erase: "); 131 addr = get_uint(); 132 133 printf("erasing ..."); 134 nor_cmd(0x555,0xaa); /* 解锁 */ 135 nor_cmd(0x2aa,0x55); 136 nor_cmd(0x555,0x80); /* erase sector */ 137 138 nor_cmd(0x555,0xaa); /* 解锁 */ 139 nor_cmd(0x2aa,0x55); 140 nor_cmd(addr>>1,0x30); /* 发出扇区地址 */ 141 wait_ready(addr); 142 }
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第131行,get_uint函数用于获取输入的地址。

第134,135这两行是解锁。

第136行是erase sector。

第138,139行是再次解锁。

第140行是对发出的扇区地址。

第 141行等待擦除完成。

写NOR Flash

do_write_nor_flash的代码如下所示,开发板上的NOR Flash的位宽是16bit,所以可以把要写的数据构造出16bit然后在写进NOR Flash中。

144 void do_write_nor_flash(void) 145 { 146 unsigned int addr; 147 unsigned char str[100]; 148 int i,j; 149 unsigned int val; 150 151 /* 获得地址 */ 152 printf("Enter the address of sector to write: "); 153 addr = get_uint(); 154 155 printf("Enter the string to write: "); 156 gets(str); 157 158 printf("writing ...\n\r"); 159 160 /* str[0],str[1]==>16bit 161 * str[2],str[3]==>16bit 162 */ 163 i = 0; 164 j = 1; 165 while (str[i] && str[j]) 166 { 167 val = str[i] + (str[j]<<8); 168 169 /* 烧写 */ 170 nor_cmd(0x555,0xaa); /* 解锁 */ 171 nor_cmd(0x2aa,0x55); 172 nor_cmd(0x555,0xa0); /* program */ 173 nor_cmd(addr>>1,val); 174 /* 等待烧写完成 : 读数据,Q6无变化时表示结束 */ 175 wait_ready(addr); 176 177 i += 2; 178 j += 2; 179 addr += 2; 180 } 181 182 val = str[i]; 183 /* 烧写 */ 184 nor_cmd(0x555,0xaa); /* 解锁 */ 185 nor_cmd(0x2aa,0x55); 186 nor_cmd(0x555,0xa0); /* program */ 187 nor_cmd(addr>>1,val); 188 /* 等待烧写完成 : 读数据,Q6无变化时表示结束 */ 189 wait_ready(addr); 190 }
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第153行把通过get_uint获得的地址赋值给addr变量,

第156行通过gets函数获得输入的字符串。

第168行两个8位的数据,组合成一个16位的数据赋值给变量val。

读NOR Flash

do_read_nor_flash函数代码如下,由于NOR Flash是内存类接口,可以像内存一样读取。

191 void do_read_nor_flash(void) 192 { 193 unsigned int addr; 194 volatile unsigned char *p; 195 int i,j; 196 unsigned char c; 197 unsigned char str[16]; 198 199 /* 获得地址 */ 200 printf("Enter the address to read: "); 201 addr = get_uint(); 202 203 p = (volatile unsigned char *)addr; 204 205 printf("Data : \n\r"); 206 /* 长度固定为64 */ 207 for (i = 0; i < 4; i++) 208 { 209 /* 每行打印16个数据 */ 210 for (j = 0; j < 16; j++) 211 { 212 /* 先打印数值 */ 213 c = *p++; 214 str[j] = c; 215 printf("%02x ",c); 216 } 217 218 printf(" ; "); 219 220 for (j = 0; j < 16; j++) 221 { 222 /* 后打印字符 */ 223 if (str[j] < 0x20 || str[j] > 0x7e) /* 不可视字符 */ 224 putchar(‘.‘); 225 else 226 putchar(str[j]); 227 } 228 printf("\n\r"); 229 }
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第201行中的get_uint函数,从串口中获得输入的地址。
第203行,强制类型转化。
第207行~216行是对NOR Flash内容的读取,输出内容为16进制的数据,由于NOR Flash是内存类接口,可以像内存一样读取。
第220行~227输出NOR Flash的内容为字符型数据,其中的第223行用来判断,输出的字符是否为不可视字符,要是为不可视字符输出点’.’,要是可视字符输出字符。

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