如何为超级下载算法统一底层Flash驱动访问？

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如何为超级下载算法统一底层Flash驱动访问？

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超级下载算法开发笔记(3)之统一FlexSPI驱动访问。


文接上篇 《超级下载算法(RT-UFL)开发笔记（2） - 识别当前i.MXRT型号》，现在超级算法已经能够识别到当前i.MXRT型号了，下一步就是找到一套统一的底层Flash驱动函数来实现外接串行NOR Flash的基本擦写操作，这套统一的底层Flash驱动至少要在API层面做到与i.MXRT型号无关，并且调用方式统一，这样就相当方便后续的上层算法层面的逻辑设计了。


本篇是开发笔记第三篇，咱们就重点聊聊如何为超级下载算法设计一套统一的FlexSPI驱动接口及其访问方式。


一、找到统一的FlexSPI驱动
我们知道i.MXRT系列内部用于连接NOR Flash的外设名字叫FlexSPI，这个外设在不同i.MXRT型号上差异很小，这对于设计通用Flash驱动函数来说方便了很多，这也是痞子衡做i.MXRT超级算法的最初动机。


说到FlexSPI这个外设，其实就是Kinetis系列的QuadSPI外设的升级，在恩智浦MCUX SDK包里提供了一套标准的FlexSPI驱动，这个驱动写得还挺完善的，但是痞子衡并没有选择SDK标准驱动作为超级下载算法的底层Flash驱动。

1. \SDK_2.x.x\devices\MIMXRTxxxx\drivers\fsl_flexspi.c
   
2. \SDK_2.x.x\devices\MIMXRTxxxx\drivers\fsl_flexspi.h
   
3. \SDK_2.x.x\components\flash\nor\flexspi\fsl_flexspi_nor_flash.c
   
4. \SDK_2.x.x\components\flash\nor\flexspi\fsl_flexspi_nor_flash.h

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我们知道i.MXRT系列都是包含BootROM的，BootROM都支持从外部串行NOR Flash启动，这意味着BootROM中也是集成了FlexSPI驱动的（驱动源码也开源在SDK里了），BootROM里这套驱动与MCUX SDK里的驱动大体上差不多，但是细节上有差异，痞子衡最终选择了BootROM里的FlexSPI驱动作为超级算法的底层Flash驱动，原因下一节会讲。

1. \SDK_2.x.x\middleware\mcu-boot\src\drivers\flexspi\bl_flexspi.c
   
2. \SDK_2.x.x\middleware\mcu-boot\src\drivers\flexspi\bl_flexspi.h
   
3. \SDK_2.x.x\middleware\mcu-boot\src\drivers\flexspi_nor\flexspi_nor_flash.c
   
4. \SDK_2.x.x\middleware\mcu-boot\src\drivers\flexspi_nor\flexspi_nor_flash.h

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二、统一FlexSPI驱动访问方式
现在我们虽然找到了一套看似统一的FlexSPI驱动，但事情远不是这么简单。BootROM版本的FlexSPI驱动从API接口本身而言是几乎一致的，痞子衡之前也为此写过文章 《利用i.MXRT系列ROM提供的FlexSPI driver API可轻松IAP》，但是在不同i.MXRT型号上调用方式不统一（在开放API的i.MXRT型号上API函数地址不一，在不开放API的i.MXRT型号上需要手动移植mcu-boot里的源代码），因此我们需要对所有i.MXRT型号下的BootROM FlexSPI驱动调用方式做一个统一。


2.1 ROM API接口方式
首先讲开放ROM API的几款i.MXRT型号（RT500/RT600/RT1060/RT1064/RT1170），这里顺便先解释一下上一节的遗留问题，为何选择BootROM版本FlexSPI驱动而不是SDK标准驱动？当然是因为有这个ROM API的存在，毕竟超级下载算法最终可执行文件越小越好，能调用ROM API可以极大地减小超级下载算法的最终代码长度。


关于ROM API的细节，痞子衡不予赘述，我们按照如下格式准备好全部的g_bootloaderTree_imxrt宏待用（代码仅示例了i.MXRT1060）

1. #define RT106X_ROM_API_TREE_ADDR (0x0020001cu)
   
2. 
   
3. typedef struct _bootloader_tree_imxrt106x
   
4. {
   
5.     const uint32_t version;
   
6.     const char *copyright;
   
7.     void (*runBootloader)(void *arg);
   
8.     const uint32_t reserved0;
   
9.     const flexspi_nor_flash_driver_imxrt106x_t *flexspiNorDriver;
   
10. } bootloader_tree_imxrt106x_t;
    
11. 
    
12. #define g_bootloaderTree_imxrt106x (*(bootloader_tree_imxrt106x_t **)(RT106X_ROM_API_TREE_ADDR))

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2.2 源代码(库)接口方式
对于没有开放ROM API的几款i.MXRT型号（RT1010/1015/1020/1024/1050），咱们就必须一一移植mcu-boot里的FlexSPI相关代码了，需移植的代码包含两部分：FlexSPI外设本身驱动，FlexSPI BSP驱动。前者移植起来倒是比较简单（直接找一个最完善的版本即可），但是后者涉及到了clock和pinmux配置，因i.MXRT型号而异，这部分代码差异较大，移植起来比较麻烦。


FlexSPI外设本身驱动就是最终提供如下几个通用的函数即可，这部分是共用的源代码：

1. status_t flexspi_nor_drv_flash_init(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config);
   
2. status_t flexspi_nor_drv_flash_page_program(uint32_t instance,
   
3.                                         flexspi_nor_config_t *config,
   
4.                                         uint32_t dstAddr,
   
5.                                         const uint32_t *src);
   
6. status_t flexspi_nor_drv_flash_erase_all(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config);
   
7. status_t flexspi_nor_drv_flash_erase(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config, uint32_t start, uint32_t length);
   
8. status_t flexspi_nor_drv_flash_read(
   
9.     uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config, uint32_t *dst, uint32_t start, uint32_t bytes);
   
10. status_t flexspi_nor_drv_get_config(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config, serial_nor_config_option_t *option);

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在移植FlexSPI BSP驱动过程中遇到了一个最头疼的事情，就是clock和pinmux代码需使用SDK里的基础驱动，而SDK驱动依赖i.MXRT芯片头文件，但是最终超级下载算法只有一个工程，这个工程几乎无法同时包含多个i.MXRT头文件。如果不用i.MXRT头文件，clock和pinmux代码全部改为裸写寄存器地址，工作量又太大，也不利于后期维护，最终想到的解决方案就是为每个i.MXRT型号的FlexSPI BSP驱动制作一个库工程，在库工程里各自使用自己的头文件，然后生成一个库文件作为超级下载算法工程的源文件。


下面是示例的i.MXRT1050库文件里需提供的BSP函数列表，这也是综合多个型号SDK包里mcu-boot代码后提炼出来的：

1. void flexspi_iomux_config_rt1050(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config);
   
2. void flexspi_update_padsetting_rt1050(flexspi_mem_config_t *config, uint32_t driveStrength);
   
3. void flexspi_clock_config_rt1050(uint32_t instance, uint32_t freq, uint32_t sampleClkMode);
   
4. status_t flexspi_set_failsafe_setting_rt1050(flexspi_mem_config_t *config);
   
5. status_t flexspi_get_max_supported_freq_rt1050(uint32_t instance, uint32_t *freq, uint32_t clkMode);
   
6. uint32_t CLOCK_GetCPUFreq_RT1050(void);
   
7. status_t flexspi_get_clock_rt1050(uint32_t instance, flexspi_clock_type_t type, uint32_t *freq);
   
8. void flexspi_clock_gate_enable_rt1050(uint32_t instance);
   
9. void flexspi_clock_gate_disable_rt1050(uint32_t instance);
   
10. status_t flexspi_nor_write_persistent_rt1050(const uint32_t data);
    
11. status_t flexspi_nor_read_persistent_rt1050(uint32_t *data);

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2.3 两种不同方式的驱动统一
现在无论是ROM API接口方式，还是源代码(库)接口方式，所有的i.MXRT型号下基础FlexSPI驱动已经准备完毕了，到了最关键的统一阶段了，我们首先可以定义一个如下ufl_target_desc_t结构体及其全局变量g_uflTargetDesc，这个结构体由FlexSPI擦写API函数指针（flexspi_nor_flash_driver_t）以及BSP函数指针（flexspi_bsp_driver_t）组成：

1. typedef struct _target_desc
   
2. {
   
3.     uint32_t imxrtChipId;
   
4.     flexspi_nor_flash_driver_t flashDriver;
   
5.     flexspi_bsp_driver_t flexspiBsp;
   
6. } ufl_target_desc_t;
   
7. 
   
8. ufl_target_desc_t g_uflTargetDesc;

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然后我们定义一个ufl_fill_flash_api()函数，该函数的功能就是根据识别出来的i.MXRT型号来具体填充ufl_target_desc_t型全局结构体变量里的成员值。如果是源代码接口方式，则填入对应函数名；如果是ROM API接口方式，则根据g_bootloaderTree_imxrt宏找到对应函数地址，最终我们在g_uflTargetDesc全局变量里统一了FlexSPI驱动访问方式（下述代码仅示例了RT1050和RT1060）。

1. static void ufl_fill_flash_api(void)
   
2. {
   
3.     rt_chip_id_t chipId = (rt_chip_id_t)g_uflTargetDesc.imxrtChipId;
   
4.     ufl_target_desc_t *uflTargetDesc = (ufl_target_desc_t *)&g_uflTargetDesc;
   
5.     switch (chipId)
   
6.     {
   
7.         case kChipId_RT105x:
   
8.             uflTargetDesc->flashDriver.init             = flexspi_nor_drv_flash_init;
   
9.             uflTargetDesc->flashDriver.page_program     = flexspi_nor_drv_flash_page_program;
   
10.             uflTargetDesc->flashDriver.erase_all        = flexspi_nor_drv_flash_erase_all;
    
11.             uflTargetDesc->flashDriver.erase            = flexspi_nor_drv_flash_erase;
    
12.             uflTargetDesc->flashDriver.read             = flexspi_nor_drv_flash_read;
    
13.             uflTargetDesc->flashDriver.set_clock_source = NULL;
    
14.             uflTargetDesc->flashDriver.get_config       = flexspi_nor_drv_get_config;
    
15. 
    
16.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_iomux_config         = flexspi_iomux_config_rt1050;
    
17.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_update_padsetting    = flexspi_update_padsetting_rt1050;
    
18.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_clock_config         = flexspi_clock_config_rt1050;
    
19.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_set_failsafe_setting = flexspi_set_failsafe_setting_rt1050;
    
20.             uflTargetDesc->flexspiBsp.CLOCK_GetCPUFreq             = CLOCK_GetCPUFreq_RT1050;
    
21.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_get_max_supported_freq = flexspi_get_max_supported_freq_rt1050;
    
22.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_clock_gate_enable    = flexspi_clock_gate_enable_rt1050;
    
23.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_clock_gate_disable   = flexspi_clock_gate_disable_rt1050;
    
24.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_nor_write_persistent = flexspi_nor_write_persistent_rt1050;
    
25.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_get_clock            = flexspi_get_clock_rt1050;
    
26.             uflTargetDesc->flexspiBsp.flexspi_nor_read_persistent  = flexspi_nor_read_persistent_rt1050;
    
27.             break;
    
28. 
    
29.         case kChipId_RT106x:
    
30.             uflTargetDesc->flashDriver.init             = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->init;
    
31.             uflTargetDesc->flashDriver.page_program     = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->program;
    
32.             uflTargetDesc->flashDriver.erase_all        = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->erase_all;
    
33.             uflTargetDesc->flashDriver.erase            = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->erase;
    
34.             uflTargetDesc->flashDriver.read             = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->read;
    
35.             uflTargetDesc->flashDriver.set_clock_source = NULL;
    
36.             uflTargetDesc->flashDriver.get_config       = g_bootloaderTree_imxrt106x->flexspiNorDriver->get_config;
    
37.             break;
    
38. 
    
39.         case kChipId_Invalid:
    
40.         default:
    
41.             break;
    
42.     }
    
43. }

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有了g_uflTargetDesc全局变量，此时再包一层API驱动给最终下载算法上层逻辑调用就非常简单了。

1. status_t flexspi_nor_flash_init(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config)
   
2. {
   
3.     return g_uflTargetDesc.flashDriver.init(instance, config);
   
4. }
   
5. 
   
6. void flexspi_iomux_config(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config)
   
7. {
   
8.     g_uflTargetDesc.flexspiBsp.flexspi_iomux_config(instance, config);
   
9. }

复制代码

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Splore.Liu

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