痞子衡嵌入式：在i.MXRT启动头FDCB里使能串行NORFlash的Continuousread模式

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

　　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在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式。

　　前面关于串行Flash传输时序的文章 《Fast Read Quad I/O SDR模式》 与 《Fast Read Quad I/O DTR模式》， 痞子衡介绍的其实都属于经典SPI工作模式大类下的Non-Continuous read传输模式，即任何独立的Fast Read Quad I/O读数据时序（一次CS低有效期间），都必须由Command子序列（命令码0xEB/0xEC/0xED/0xEE）先行，且不管是SDR还是DTR模式，命令码都是要在8个SCK周期内由IO0信号进行传输（别小看这8个SCLK周期，对于小数据块读取时序，它在总传输时间里占比是不可忽视的）。

　　我们知道在XIP情况下CPU从Flash里取指令数据往往是非常随机且零碎无序的，这时候虽然有L1 Cache和和FlexSPI Prefetch Buffer加速，但如果还想再进一步提升访问性能，就只能从Flash底层传输序列里想办法了。Flash读时序里有五大子序列CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ，其中除了CMD和DUMMY子序列是固定的，其他子序列参数值都可能会变，会变的就不能被优化，所以只能想办法在CMD和DUMMY子序列里做文章。今天痞子衡要介绍的Continuous read模式就是拿CMD子序列开刀：

一、什么是Continuous read模式？

　　Continuous read顾名思义就是连续读。在串行Flash世界里，连续读的意思是读传输时序里除了第一次CS有效期必须传输Command子序列，其后的读传输时序里均省去Command子序列。下面痞子衡结合i.MXRT的FlexSPI外设来对比介绍Non-Continuous read与Continuous read模式的区别：

1.1 FlexSPI的XIP Enhanced Mode

　　我们知道NOR Flash因为支持主设备随机读取其任意地址处的数据，因此从原理上可以用作XIP设备。但因为是串行接口，所以不能直接XIP（没有独立并行地址线，CPU无法直接寻址），需要FlexSPI外设在底层完成AHB总线读访问的实时响应工作，这个实时响应工作就是FlexSPI的XIP特性。

　　FlexSPI的XIP特性可以支持任意串行NOR Flash，对Flash厂商设计没要求。为了提升XIP代码执行效率，FlexSPI中也集成了XIP Enhanced Mode特性（其实就是Continuous read模式），见下图，CS1是包含CMD子序列的读时序（即第一次CS），CS2/3（包括后续所有CS）相比CS1少了CMD子序列，这就是Continuous read访问时序。

　　FlexSPI的XIP Enhanced Mode特性并不能够用于任意串行NOR Flash，这对Flash厂商设计有要求，必须Flash本身支持Continuous read模式才行。

1.2 Fast Read Quad I/O Continuous read时序

　　了解了XIP Enhanced Mode，我们再来看LUT里Quad I/O Read SDR Continuous read传输序列，它由CMD_SDR + RADDR_SDR + MODE8_SDR + DUMMY_SDR + READ_SDR + JMP_ON_CS + STOP七个子序列组成，如下表所示。

　　这个Continuous read传输序列相比Non-Continuous read传输时序主要有两处区别：

1. 原MODE8_SDR子序列里参数值不同：这个参数值用于通知Flash器件当前传输类型（Non-Continuous read/Continuous read），具体数值由Flash厂商定义。下图是以Cypress S25FS-S系列Flash为例的，0xA0表明Flash需进入/保持Continuous read模式。
2. 新增了JMP_ON_CS子序列：该子序列是FlexSPI外设实现Continuous read的核心，第一次CS有效传输时序里CMD_SDR子序列命令码会被自动存在该子序列参数值里，这样后续传输FlexSPI就不用再发命令码了。

　　LUT中Quad I/O Read DDR Continuous read传输序列如下，差异与前面SDR下的分析一致，这里不予赘述。

二、不同Flash厂商关于Continuous read特性设计

　　现在跟着痞子衡去看几家主流Flash厂商关于Continuous read特性的设计（如果你想快速确认某一款型号Flash是否支持这个特性，找到其数据手册搜索"Continuous read"看有没有如下时序图）：

2.1 赛普拉斯S25FS-S系列

　　MODE子序列里参数值M[7:4]通过包含/不包含Command子序列来控制下一次读传输时序的长度，M[7:4] = 0xA则进入/保持Continuous Read模式，否则不进入/退出。

2.2 Adesto AT25SL系列

　　MODE子序列里参数值M[7:4] = 0xA则进入/保持Continuous Read模式，否则不进入/退出。

2.3 芯成IS25WP系列

　　MODE子序列里参数值M[7:4] = 0xA则进入/保持AX Read模式（就是Continuous Read），否则不进入/退出。

2.4 华邦W25QxxJV-DTR系列

　　MODE子序列里参数值M[5:4] = 2"b10则进入/保持Continuous Read模式（有的型号上也叫Read Command Bypass Mode，比如W25QxxJW-DTR），否则不进入/退出。 如果要退出Continuous Read模式，Flash数据手册里特别推荐下一次时序里命令码临时设为0xFF，以保证M4=1使得Flash彻底回到Non-Continuous Read模式。

Note: 华邦Flash型号丝印后缀为IQ，则不支持Continuous Read模式；为IM则支持。

2.5 兆易创新GD25Q系列

　　MODE子序列里参数值M[5:4] = 2"b10则进入/保持Continuous Read模式，否则不进入/退出。

三、在i.MXRT1170-EVK上实战（IS25WP128）

　　了解了上面关于Continuous read模式知识后，我们在恩智浦i.MXRT1170-EVK板子上实践一下。默认连接的Flash是IS25WP128，这款Flash是支持Continuous read模式的，我们随便在SDK包里找一个XIP例程，修改工程里 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里的 FDCB 启动头如下（主要就是改LUT表），改完下载程序进Flash运行，代码执行效率应该会有所提升（等下一篇QPI模式文章写完，痞子衡会设计一个用例一起来实测下性能）。

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config_100mhz_sdr_cont = {
    .memConfig =
        {
            .tag              = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
            .version          = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
            .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackFromDqsPad,
            .csHoldTime       = 3u,
            .csSetupTime      = 3u,
            // Enable Safe configuration
            .controllerMiscOption = 0x10,
            .deviceType           = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
            .sflashPadType        = kSerialFlash_4Pads,
            .serialClkFreq        = kFlexSpiSerialClk_100MHz,
            .sflashA1Size         = 16u * 1024u * 1024u,
            .lookupTable =
                {
                    // Fast Read Quad I/O LUTs
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                                                                   // MODE8_SDR里参数值填入0xA0
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0xA0, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
                                                                                                  // 增加JMP_ON_CS子序列
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR,  FLEXSPI_4PAD, 0x04, JMP_ON_CS, FLEXSPI_1PAD, 0x01),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 3] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
                },
        },
    .pageSize           = 256u,
    .sectorSize         = 4u * 1024u,
    .blockSize          = 256u * 1024u,
    .isUniformBlockSize = false,
};

　　至此，在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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