痞子衡嵌入式：i.MXRT中FlexSPI外设对AHBBurstRead特性的支持

Z时代
2024-01-10
分类：综合

　　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FlexSPI外设对AHB Burst Read特性的支持。

　　痞子衡之前写过一篇关于FlexSPI LUT的文章《从头开始认识i.MXRT启动头FDCB里的lookupTable》，这个LUT机制是i.MXRT上能够实现对串行NOR Flash进行AHB读访问的原因（也是程序能够XiP原地执行的基础）。那篇文章的最后留了一个小伏笔，即FlexSPI的Prefetch不使能，SEQ_CTL工作一次获取的数据由AHB Burst Read策略决定，那么这个Burst Read策略到底是什么？今天痞子衡来跟大家好好聊一聊：

一、什么是Burst Read？

　　说起Burst Read概念，其实也没啥玄机，中文直译就叫突发读取（其实有个更接地气的翻译：连续读取），这个概念要跟Single Read（或者Random Read）对比来看。

　　对于一个NOR Flash器件而言，主设备（这里指i.MXRT）如果要读取它的内容，必须按照手册规定的读时序，这个读时序中肯定有我们要提供地址信息，这样Flash器件才能知道该把哪个地方的数据送出来。在一次读时序中（一个CS拉低期间，发送一次地址信息），Single Read就是读取固定大小的数据（比如4bytes），而Burst Read可以灵活调整读取数据的长度（一般来说用于一次读取更长的数据）。

二、AMBA AHB支持哪些Burst Type？

　　前面讲了，Burst Read可以灵活调整读取数据的长度，即当前读时序内，地址信息发送完后，主设备想读多少byte数据相应输出所需的SCK时钟数即可（地址根据上次访问按序自增），那么主设备是不是可以任意输出SCK时钟呢？一般情况下是的，这种就是典型的线性递增类型（简称INCR）。

　　除了INCR类型外，还有另一种环绕类型（简称WRAP），这种类型下，主设备输出SCK时钟并不总是得到线性地址递增的数据，而是在一个指定长度数据块里不断循环，这种类型应用场景更多在RAM型器件（比如用于栈）。

　　下表是ARM官方 AMBA Specification 第 3.6 Burst operation 小节里关于Burst Type全部定义与解释。我们主要关注INCR类：INCR4/8/16一次访问长度是4/8/16 * data block （具体data block大小由HSIZE[2:0]决定），INCR即不定长度。

　　在 AMBA Specification 里找到关于HSIZE[2:0]定义如下，这个HSIZE是由AHB master根据访问自动设置的。

　　下图是典型的INCR型不定长Burst访问时序图，图中共有两次INCR型Burst：第一次INCR Burst共读取4bytes，Burst开始于HADDR = 0x20处，共发起了HSIZE = Halfword的两次传输；第二次INCR Burst共读取12bytes，Burst开始于HADDR = 0x5c处，共发起了HSIZE = Word的三次传输。

Note: HTRANS共有四种传输类型：IDLE、BUSY、NONSEQ、SEQ，前两种顾名思义，NONSEQ代表一次Burst的首次传输，SEQ代表一次Burst的后续传输。

三、FlexSPI对AHB Burst Read的支持

　　现在我们回到FlexSPI的LUT机制，在它的指令集关于读写序列的解释里，特别提到了当访问类型是AHB的时候，一次访问的数据长度取决于Burst Size和Burst Type。

　　Burst type一共有如下8种（其实对应了AMBA AHB Burst Type），Burst size也有8/16/32/64bits四种（即data block，未完全实现HSIZE[2:0]里定义的所有值），FlexSPI模块会自动响应AHB master访问请求来调度Burst type和Burst size去完成对应Flash的访问。

　　下表具体解释了FlexSPI模块对于AHB读访问的响应，表中 hbeat_start_address 就是上一小节里Burst访问时序里的HADDR[31:0]值，即AHB master当前节拍下（beat）要读的地址；hburst_start_address 是当前Burst类型下访问总长度区域的首地址，hburst_end_address 就是当前Burst类型下访问总长度区域的末地址加1。表中特别强调了当Prefetch被关掉后，INCR型Burst下每个节拍访问均会被当做SINGLE Burst来处理。

　　现在我们终于理解，FlexSPI的SEQ_CTL工作一次获取的数据其实是受AHB master控制的。当Prefetch不使能的时候，FlexSPI就是个身不由己的数据传送器，AHB master怎么要求，FlexSPI就怎么做。只有开了Prefetch功能，FlexSPI才会有灵魂，它会利用自己1KB大小的AHB RX Buffer干一些取巧的事。

　　至此，FlexSPI外设对AHB Burst Read特性的支持痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~