痞子衡嵌入式:揭秘i.MXRT1170eFuse空间访问可靠性的保护策略(冗余与ECC)

编程

关于i.MXRT系列的eFuse/OTP,痞子衡之前在介绍Boot时写过两篇,分别是针对RT1050的《eFuse及其烧写方法》和针对RT600的《OTP及其烧写方法》,今天要介绍的i.MXRT1170 eFuse其实是这两者的融合,在空间组织上(尤其是Shadow Register)更像RT1050,但是在访问可靠性保护策略上又接近RT600。关于访问可靠性保护策略,痞子衡之前没有提及,今天咱们就展开聊一聊。

  大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MXRT1170的eFuse空间访问可靠性保护策略。

  关于i.MXRT系列的eFuse/OTP,痞子衡之前在介绍Boot时写过两篇,分别是针对RT1050的《eFuse及其烧写方法》 和针对RT600的《OTP及其烧写方法》,今天要介绍的i.MXRT1170 eFuse其实是这两者的融合,在空间组织上(尤其是Shadow Register)更像RT1050,但是在访问可靠性保护策略上又接近RT600。关于访问可靠性保护策略,痞子衡之前没有提及,今天咱们就展开聊一聊。

一、eFuse基本情况

  eFuse是i.MXRT1170内嵌的一块OTP(One Time Programmable) memory,仅可被烧写一次(这里指的是bit位从0到1不可逆),但可以被多次读取。eFuse memory的烧写情况根据可靠性保护策略不同而不同。如果被冗余方法保护,那么eFuse是按bit被烧写的;如果是被ECC方法保护的,那么eFuse是按word被烧写的

  i.MXRT1170的eFuse memory用户地址空间有8Kbit(地址范围为0x900 - 0x18F0,低4bit地址位无效),分为32个BANK,每个BANK含8个word(1word = 4bytes)。下图中0x00 - 0xFF是eFuse的用户bank word索引地址,其与eFuse空间地址对应关系是:

fuse_address = user_fuse_index * 0x10 + 0x900

  此外i.MXRT1170的eFuse memory还有额外的0.5Kbit地址空间(范围为0x800 - 0x8F0,低4bit地址位无效),用于存放厂商(NXP)配置以及一些敏感配置,其与eFuse空间地址对应关系是:

fuse_address = supp_fuse_index * 0x10

  不管是8Kbit用户空间还是额外的0.5Kbit敏感空间,我们都是可以访问的,其index其实是统一编址的,下面这个index才是真正用于blhost工具或者OCOTP API的地址参数:

fuse_address = fuse_index * 0x10 + 0x800

  关于i.MXRT1170的eFuse一般特性(比如Lock属性、OCOTP控制器、Shadow Register)可参考痞子衡在文章开头给出的两篇文章,这里不予赘述。

二、eFuse烧写方法

  有三种方法或工具可以帮助烧写eFuse,我们以烧写和回读eFuse地址0xA80(MAC1_ADDR)为例,将0x12345678烧写进MAC1_ADDR并回读。根据上面公式我们可以得出 fuse_index = (fuse_address - 0x800) / 0x10 = 0x28,这个fuse_index便是底下我们传给烧写工具的地址。

2.1 blhost工具

  blhost是个上位机命令行工具,其能正常工作的前提是预先加载一个特殊flashloader程序(SDK_x.x.x_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170ootloader_examplesflashloader)进MCU来实现eFuse烧写,flashloader中集成了OCOTP驱动。关于blhost使用方法,详见痞子衡Boot系列文章,这里仅列出两个命令:

NXP-MCUBootUtility	oolslhost2_3win> .lhost.exe -u -- efuse-program-once 0x28 12345678

NXP-MCUBootUtility oolslhost2_3win> .lhost.exe -u -- efuse-read-once 0x28

2.2 OCOTP驱动

  如果你觉得blhost工具这一套太复杂,可以直接借助SDK包里的ocotp例程(SDK_x.x.x_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170driver_examplesocotp),代码也是非常简单清晰:

#include "fsl_ocotp.h"

int main(void)

{

status_t status = kStatus_Success;

uint32_t fuseData = 0U;

/* 初始化OCOTP模块 */

OCOTP_Init(OCOTP, 0U);

/* 将word数据(0x12345678)写入fuse index为0x28的eFuse memory里 */

status = OCOTP_WriteFuseShadowRegister(OCOTP, 0x28, 0x12345678);

/* 从fuse index为0x28的eFuse memory处读出一个word*/

status = OCOTP_ReadFuseShadowRegisterExt(OCOTP, 0x28, &fuseData, 1);

}

2.3 MCUBootUtility工具

  如果你觉得blhost使用不友好,OCOTP驱动又需要改代码和下载运行,那么还有一个工具可以帮到你,那就是痞子衡开发的MCUBootUtility图形界面工具,小白都能轻松上手烧写eFuse:

三、访问可靠性保护策略

  eFuse的特性其实主要是OCOTP模块决定的,翻开i.MXRT1170参考手册的OCOTP章节的Features小节,可以看到其比RT1050 OCOTP多了如下这三行:

• Supports ECC mode programming and reading for MTR fuse words by SkyBlue IPS bus

• Supports ECC mode programming and reading for all the user fuse words

• Supports redundancy mode programming and reading for all the supplementary fuse words

  简单地说就是eFuse空间被分成了两类,一类受ECC保护,一类受redundancy(冗余)保护,这是本文要介绍的重点。

3.1 冗余保护

  redundancy(冗余)保护是比较简单的访问可靠性保护策略,这个策略基本设计思想就是冗余,将fuse word一分为二,低16bit是用户操作区,高16bit是系统冗余区。烧写时用户只需要管低16bit,高16bit则由系统自动完成复制烧写。回读时得到的结果则是低16bit与高16bit的或(OR)结果。这样的好处就是除非用户操作区(低16bit)和系统冗余区(高16bit)均发生错误才会导致访问不可靠。

  redundancy(冗余)保护虽然一定程度上提高了访问可靠性,但代价是牺牲了一半存储空间,所谓鱼和熊掌不可兼得,这个也是可以理解的。下面这些eFuse区域是受redundancy(冗余)保护的,从功能上看这些区域是按bit定义的,功能比较分散,所以存在多次烧写的需求,适用redundancy(冗余)保护。

3.2 ECC保护

  ECC保护是相对复杂的访问可靠性保护策略,ECC算法是采用经典的SEC-DED(纠正1bit,检查2bit),每个fuse word算出一个ECC校验值(7bit),这个校验值紧跟着存在efuse word后面(bit31:0是用户区,bit38:32是ECC区),ECC区无法被用户直接访问。如果在回读时发生ECC错误,可在HW_OCOTP_OUT_STATUS0寄存器(这是RT1170 OCOTP模块新增的寄存器)里如下bit找到信息。

  ECC保护极大地提高了访问可靠性,但综合eFuse特点其代价就是整个fuse word仅可被烧写一次(即使你一次只改一个bit)。下面这些eFuse区域是受ECC保护的,不过从功能上看这些区域功能比较单一,一般都是一次性烧写,所以也适用ECC保护。

  至此,恩智浦i.MXRT1170的eFuse空间访问可靠性保护策略痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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