痞子衡嵌入式：关于i.MXRT中FlexSPI外设lookupTable里配置Normalread的一个小误区

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i.MXRT中FlexSPI外设lookupTable里配置Normal read的一个小误区。

　　关于串行四线NOR Flash，当其作为启动(XiP)设备时，我们最常配置的读模式应该是 Fast Read Quad I/O SDR (0xEB)，这种模式在数据传输时会用上全部四根I/O线（IO0-3），并且SCK可达最高频率（通常133MHz），这种读模式下Flash性能相当高。但有时候某些设计里为了保证通用性（比如我们想要一个兼容所有类型Flash型号的启动头），我们也会尝试配置最基础的读模式 Normal Read (0x03)，基础的读模式在数据传输时仅使用一根I/O线（IO1），并且SCK频率通常最高50MHz，这种模式其实更多是为了兼容SPI接口的EEPROM器件。

　　Normal Read是任何串行NOR Flash都支持的读模式，也是最简单的一种模式，但在i.MXRT的FlexSPI外设里配置这种模式会存在关于Dummy Cycle设置的一个小误区，且听痞子衡道来：

一、在FDCB里使能Normal Read

　　关于FDCB及lookupTable相关知识详见痞子衡旧文《从头开始认识i.MXRT启动头FDCB里的lookupTable》。现在我们尝试准备一个使能Normal read的FDCB头，Flash器件就以华邦W25Q64JWS-IQ为例，查看其数据手册，找到如下Normal read时序图：

　　从Normal read时序图里可以看出，其仅包含命令序列、地址序列、读数据序列、停止序列共四个子序列，与Fast Read Quad I/O SDR时序相比少了模式序列和Dummy序列，因此示例FDCB如下。经i.MXRT1050-EVKB板子实测，这个示例FDCB是可以正常用于启动的。

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = { .memConfig = { .tag = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG, .version = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION, // 低速情况下可以使用LoopbackInternally .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally, .csHoldTime = 3u, .csSetupTime = 3u, .controllerMiscOption = 0x10, .deviceType = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR, // 实际上这里不管设置1Pad/2Pads/4Pads，在iomuxc里都会配置IO0-3 .sflashPadType = kSerialFlash_1Pad, // 配置SCK频率不要超过50MHz .serialClkFreq = kFlexSpiSerialClk_50MHz, .sflashA1Size = 8u * 1024u * 1024u, .lookupTable = { // Normal Read LUTs // 包含四个子序列，且全是通过 FLEXSPI_1PAD 传输 [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x03, RADDR_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x18), [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x00), }, }, .pageSize = 256u, .sectorSize = 4u * 1024u, .blockSize = 64u * 1024u, .isUniformBlockSize = false, };

　　按照文章《实抓Flash信号波形来看i.MXRT的FlexSPI外设下AHB读访问情形（无缓存）》第二小节里的软硬件测试环境，我们测试无缓存下的 memcpy((void *)0x20200000, (void *)0x60002400, 8); 语句执行在Flash端时序如下（为便于捕捉Flash信号，实际测试时SCK频率降到了30MHz）：

二、关于Dummy Cycle的小误区是什么？

　　在配置Fast Read Quad I/O SDR时序的lookupTable里，我们常常会根据不同的Flash器件特性在Dummy子序列里填入不同的Cycle数值。现在我们配置的是Normal read时序，有人可能会保留Dummy子序列，但是将其参数值设0（如下代码所示），根据字面理解，这样似乎也没问题，但在FlexSPI外设里，这样是不行的，这就是关于Dummy Cycle的误区。

#include "fsl_flexspi.h"
#define NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL 0
uint32_t s_customLUT_wrong[4] = {
    /* Normal read mode -SDR */
    [4*NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_SDR,       kFLEXSPI_1PAD, 0x03, kFLEXSPI_Command_RADDR_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x18),
    // 保留kFLEXSPI_Command_DUMMY_SDR序列，但参数值填0
    [4*NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_DUMMY_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x00, kFLEXSPI_Command_READ_SDR,  kFLEXSPI_1PAD, 0x04),
    [4*NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_STOP,      kFLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
};

三、Dummy Cycle设0的误区带来什么后果？

　　使用第二小节里的 s_customLUT_wrong[] 去配置FlexSPI LUT到底会产生什么后果，我们继续在文章《实抓Flash信号波形来看i.MXRT的FlexSPI外设下AHB读访问情形（无缓存）》第二小节里的软硬件测试环境下抓一下时序图。可先借助SDK里flexspi驱动如下两个函数来更新LUT，因为是在XiP环境下执行的ramfunc代码，所以无需再从头初始化FlexSPI模块。

#include "fsl_flexspi.h"
/* Update LUT table. */
FLEXSPI_UpdateLUT(FLEXSPI, 0, s_customLUT_wrong, 4);
/* Do software reset. */
FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI);

　　现在我们在IAR下在线调试看看结果，当使用 s_customLUT_wrong 更新掉FlexSPI的LUT后，Flash的访问立刻出现了异常，memory窗口观察到的数值全部变成了0xFF，并且拷贝目的地内部RAM相应地址处也全是0xFF，说明从功能角度 memcpy 语句并没有产生预想效果（但此时 ramfunc 代码是能正常往下执行的）。

　　抓出Flash端波形，我们发现仅8字节数据的 memcpy 竟然产生了长达 33ms 的读时序（换算一下，即实际读取了约128KB的数据），放大最前面的时序，可以看到命令(0x03)、地址(0x002400)、初始读出数据（0x01、0x02、0x03...）都是正常的，并且确实没有Dummy Cycle子序列，对比应用程序binary文件后发现还真的按序读出了128KB有效Flash数据，所以Flash端本身的时序响应没有问题，但AHB总线与FlexSPI外设之间的配合出了问题，导致CPU无法拿到有效Flash数据，这也是开发环境memory窗口无法再看到真实Flash数据的原因。至于为何读到128KB数据才停下来，痞子衡也不得而知。如果代码里循环执行这句 memcpy 语句，Flash端就也相应循环出现 33ms 的读时序。

　　至此，i.MXRT中FlexSPI外设lookupTable里配置Normal read的一个小误区痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

附录、MIMXRT1050下完整FlexSPI初始化代码

　　如果上述异常Normal read时序测试不是在XiP环境下进行的，那么就需要完整地初始化FlexSPI外设，可以使用如下 flexspi_nor_flash_init() 函数：

#include "clock_config.h"
#include "fsl_flexspi.h"
flexspi_device_config_t s_deviceconfig = {
    .flexspiRootClk       = 30000000,
    .flashSize            = 0x2000,  /* 64Mb/KByte */
    .CSIntervalUnit       = kFLEXSPI_CsIntervalUnit1SckCycle,
    .CSInterval           = 2,
    .CSHoldTime           = 3,
    .CSSetupTime          = 3,
    .dataValidTime        = 0,
    .columnspace          = 0,
    .enableWordAddress    = 0,
    .AWRSeqIndex          = 0,
    .AWRSeqNumber         = 0,
    .ARDSeqIndex          = NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL,
    .ARDSeqNumber         = 1,
    .AHBWriteWaitUnit     = kFLEXSPI_AhbWriteWaitUnit2AhbCycle,
    .AHBWriteWaitInterval = 0,
};
static inline void flexspi_clock_init(void)
{
    const clock_usb_pll_config_t g_ccmConfigUsbPll = {.loopDivider = 0U};
    CLOCK_InitUsb1Pll(&g_ccmConfigUsbPll);
    CLOCK_InitUsb1Pfd(kCLOCK_Pfd0, 35);   /* Set PLL3 PFD0 clock 247MHZ. */
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_FlexspiMux, 0x3); /* Choose PLL3 PFD0 clock as flexspi source clock. */
    CLOCK_SetDiv(kCLOCK_FlexspiDiv, 7);   /* flexspi clock 30M. */
}
void flexspi_nor_flash_init(void)
{
    flexspi_clock_init();
    /* Get FLEXSPI default settings and configure the flexspi. */
    flexspi_config_t config;
    FLEXSPI_GetDefaultConfig(&config);
    /* Set AHB buffer size for reading data through AHB bus. */
    config.ahbConfig.enableAHBPrefetch    = false;
    config.ahbConfig.enableAHBBufferable  = true;
    config.ahbConfig.enableReadAddressOpt = true;
    config.ahbConfig.enableAHBCachable    = false;
    config.rxSampleClock                  = kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackInternally;
    FLEXSPI_Init(FLEXSPI, &config);
    /* Configure flash settings according to serial flash feature. */
    FLEXSPI_SetFlashConfig(FLEXSPI, &s_deviceconfig, kFLEXSPI_PortA1);
    /* Update LUT table. */
    FLEXSPI_UpdateLUT(FLEXSPI, 0, s_customLUT_wrong, 4);
    /* Do software reset. */
    FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI);
}