串行Flash无法再次下载？检查下写保护设置

NXP管管

串行Flash无法再次下载？检查下写保护设置

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导致串行NOR Flash在i.MXRT下无法正常下载/启动的常见因素之Write Protection。


i.MXRT系列MCU发布已两年多了，基于i.MXRT的客户产品也越来越多，可以说是全面开花了。痞子衡作为i.MXRT产品线的系统应用工程师，早期的时候还可以尽情做参考设计，现在基本大量时间都被客户支持占据了。


因为i.MXRT系列都没有内置Flash（RT1064, RT1024等SIP型号除外），因此为其搭配一块串行NOR Flash去启动是客户项目的头等大事，而串行NOR Flash厂商非常多，客户选择余地很大，因此我们不得不与客户一起同茫茫Flash型号打交道，痞子衡也常常调侃自己已沦为Flash测试工程师。


痞子衡在支持客户解决串行NOR Flash下载启动问题过程中主要遇到几个常见因素，这几个因素可能会影响Flash在i.MXRT下无法正常使用，上两篇痞子衡分别讲了 《SFDP因素》 和 《QE bit因素》， 今天痞子衡重点跟大家聊聊Write Protection这个因素。


一、引入客户板子可以启动、无法再次下载问题
痞子衡最近遇到一个智能电表厂商客户，他们项目板卡选用的是主控i.MXRT1051 + 华邦W25Q64JVSSIQ，应用程序是MBED bootloader + User App二级加载设计，其中MBED bootloader是由Arm Pelion物联网小组主导设计的，User App是这个电表厂商自己的功能代码。


客户的问题是烧写了一个特定版本的MBED bootloader运行之后，板卡Flash无法再次做烧写了，但是板子是能够正常从Flash启动的。客户之后尝试使用了各种下载工具都不管用（J-Flash/IDE/NXP Tool等），其中下载工具包括痞子衡设计的一站式下载工具 MCUBootUtility ，于是问题就转到了痞子衡这里（好像有点躺枪的感觉）。工具后台报的错是擦除或者写入时会返回 kStatus_FlexSPINOR_CommandFailure，导致无法下载。

既然问题和特定版本的MBED bootloader有关，那看起来就是这个bootloader引入的问题，但是痞子衡拿不到客户MBED bootloader源码，无法做白盒分析。鉴于痞子衡这么多年和Flash打交道的经验，痞子衡盲猜是bootloader使能了Flash的软件写保护功能（Software Write Protection）导致的问题，于是痞子衡让客户寄来了一块板卡，实测来证实痞子衡的猜想。


二、修改SDK FlexSPI例程来读取Status Register
查看W25Q64JVSSIQ数据手册得知，软件写保护功能的配置集成在Flash器件内部非易失性Status Register中，这款Flash一共有3个8bit的Status Register（状态寄存器均支持易失性写入（即断电恢复）和非易失性写入（即断电保持），由前导的Write Enable命令类型0x06/0x50决定），并且每个Status Register都有不同的读写命令：

现在我们简单修改了下SDK里的如下flexspi nor例程（选择ram build），增加上述三个Status Register读取功能的支持，从而实测读取Status Register来做验证。

1. \SDK_2.9.1_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\driver_examples\flexspi\nor\polling_transfer

复制代码

首先是在 app.h 和 flexspi_nor_polling_transfer.c 中将Status Register的读取命令加入到LUT表中。原来工程里已经有Status Register 1的读取支持，所以我们仅需增加Status Register 2/3的支持即可。因为这新增的两条命令，需要将CUSTOM_LUT_LENGTH由60改到64（i.MXRT1051上最大64，即支持16条LUT Sequence）。

1. const uint32_t customLUT[CUSTOM_LUT_LENGTH] = {
   
2.     // ...
   
3. 
   
4.     /* 原有 Read status register 1 */
   
5.     [4 * NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG] =
   
6.         FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x05, kFLEXSPI_Command_READ_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x04),
   
7. 
   
8.     /* 新增 Read status register 2 */
   
9.     [4 * NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG2] =
   
10.         FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x35, kFLEXSPI_Command_READ_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x04),
    
11. 
    
12.     /* 新增 Read status register 3 */
    
13.     [4 * NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG3] =
    
14.         FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x15, kFLEXSPI_Command_READ_SDR, kFLEXSPI_1PAD, 0x04),
    
15. 
    
16.     // ...
    
17. };

复制代码

然后在 flexspi_nor_flash_ops.c 中新增如下 flexspi_nor_get_status_register() 函数，这个函数直接仿照 flexspi_nor_get_vendor_id() 函数流程写即可，Flash端时序是一样的。

1. status_t flexspi_nor_get_status_register(FLEXSPI_Type *base, uint8_t seqIndex, uint8_t *regValue)
   
2. {
   
3.     /* Wait status ready. */
   
4.     uint32_t readValue;
   
5.     flexspi_transfer_t flashXfer;
   
6. 
   
7.     flashXfer.deviceAddress = 0;
   
8.     flashXfer.port          = kFLEXSPI_PortA1;
   
9.     flashXfer.cmdType       = kFLEXSPI_Read;
   
10.     flashXfer.SeqNumber     = 1;
    
11.     flashXfer.seqIndex      = seqIndex;
    
12.     flashXfer.data          = &readValue;
    
13.     flashXfer.dataSize      = 1;
    
14. 
    
15.     status_t status = FLEXSPI_TransferBlocking(base, &flashXfer);
    
16.     *regValue = readValue;
    
17. 
    
18.     status = flexspi_nor_wait_bus_busy(base);
    
19. 
    
20.     /* Do software reset. */
    
21.     FLEXSPI_SoftwareReset(base);
    
22. 
    
23.     return status;
    
24. }

复制代码

最后就是在 flexspi_nor_polling_transfer.c 中的 main() 函数里增加 flexspi_nor_get_status_register() 函数调用语句，将Status Register 1/2/3的值全部读取出来。

1. static uint8_t s_regValue1 = 0;
   
2. static uint8_t s_regValue2 = 0;
   
3. static uint8_t s_regValue3 = 0;
   
4. 
   
5. int main(void)
   
6. {
   
7.     status_t status;
   
8.     BOARD_ConfigMPU();
   
9.     BOARD_InitPins();
   
10.     BOARD_BootClockRUN();
    
11.     BOARD_InitDebugConsole();
    
12. 
    
13.     flexspi_nor_flash_init(EXAMPLE_FLEXSPI);
    
14. 
    
15.     /* Get status register 1-3. */
    
16.     status = flexspi_nor_get_status_register(EXAMPLE_FLEXSPI, NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG, &s_regValue1);
    
17.     status = flexspi_nor_get_status_register(EXAMPLE_FLEXSPI, NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG2, &s_regValue2);
    
18.     status = flexspi_nor_get_status_register(EXAMPLE_FLEXSPI, NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUSREG3, &s_regValue3);
    
19. 
    
20.     // ...
    
21. }

复制代码

三、W25Q64JVSSIQ的Write Protection特性
将上一节修改后的 flexspi nor 例程下载进RAM调试运行，可以读出Status Register 1/2/3的值分别为0x40、0x42、0x60，看起来Status Register确实被MBED bootloader修改过。痞子衡标出了W25Q64JVSSIQ内部状态寄存器中所有与写保护相关的bit位如下，我们需要对照Flash数据手册具体查看读出来的值对应了什么样的写保护设置：

首先Status Register1[SRP]，Status Register2[SRL]以及外部WP#引脚共同决定Status Register设置条件，本例中SRL和SRP均为0，则WP#引脚控制不生效，Status Register可以直接被设置。

Status Register中其他写保护相关的bit位解释如下，其中WPS是核心设置，它决定了写保护是用单独的Block lock命令来控制（见Flash命令集）还是直接由Status Register1/2中的CMP,TB,SEC,BPx位来决定。

1. Status Register3[WPS]：决定写保护策略是独立的Block锁定命令控制（WPS=1，默认设置）还是由Status Register1/2控制（WPS=0）
   
2. 
   
3. Status Register1[BPx]：指定Flash Memory保护区域块范围
   
4. Status Register1[SEC]：指定Flash Memory保护区域块单位是4KB Sector（SEC=1）还是64KB Block（SEC=0）
   
5. Status Register1[TB]：指定Flash Memory保护区域是从Top（TB=0）/Bottom（TB=1）开始
   
6. Status Register2[CMP]：决定由BPx,SEC,TB决定的Flash Memory保护区域是否生效(否的话，则区域外是受保护的)

复制代码

综合上面分析，最后我们发现MBED bootloader将全部的8MB Flash空间都保护起来了，所以各种下载工具都无法正常烧写这款Flash了，要想重新使能烧写，需要一个单独的嵌入式小工程（可参考第2节里读SR功能修改步骤）将Status Register1/2/3值再改回到默认状态（WPS=1, CMP=0），这里就不再展开了。

这里仅以华邦Flash为例介绍Write Protection，其他厂商Flash对于这个Write Protection特性设计也许有所不同，需要查看数据手册具体分析。此外鉴于Flash这种种因素会导致在i.MXRT无法下载或正常启动，痞子衡之前计划做的全新上位机工具MCUTestSuite，会考虑将串行NOR Flash状态信息查询功能（SFDP/QE bit/Write Protection等）也放进去，敬请关注这个新项目：

1. MCUTestSuite工具项目：https://github.com/JayHeng/NXP-MCUTestSuite

复制代码

至此，导致串行NOR Flash在i.MXRT下无法正常下载/启动的常见因素之Write Protection痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

阅读全文

ghost110

好东西，都是干货

eefocus_3709838

秘密麻麻都是数据和参数有点看不懂呀

joshuaa

学习学习

zeng

学习了

烟雨梦

学习下

morphlings2014

666,开发过程中经常会碰到的问题