使能串行NOR Flash基础读模式的一个小误区

NXP管管

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。

1. const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
   
2.     .memConfig =
   
3.         {
   
4.             .tag              = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
   
5.             .version          = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
   
6.             // 低速情况下可以使用LoopbackInternally
   
7.             .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally,
   
8.             .csHoldTime       = 3u,
   
9.             .csSetupTime      = 3u,
   
10.             .controllerMiscOption = 0x10,
    
11.             .deviceType       = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
    
12.             // 实际上这里不管设置1Pad/2Pads/4Pads，在iomuxc里都会配置IO0-3
    
13.             .sflashPadType    = kSerialFlash_1Pad,
    
14.             // 配置SCK频率不要超过50MHz
    
15.             .serialClkFreq    = kFlexSpiSerialClk_50MHz,
    
16.             .sflashA1Size     = 8u * 1024u * 1024u,
    
17.             .lookupTable =
    
18.                 {
    
19.                     // Normal Read LUTs
    
20.                     // 包含四个子序列，且全是通过 FLEXSPI_1PAD 传输
    
21.                     [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x03, RADDR_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x18),
    
22.                     [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR,  FLEXSPI_1PAD, 0x04, STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00),
    
23.                 },
    
24.         },
    
25.     .pageSize           = 256u,
    
26.     .sectorSize         = 4u * 1024u,
    
27.     .blockSize          = 64u * 1024u,
    
28.     .isUniformBlockSize = false,
    
29. };

复制代码

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。

1. #include "fsl_flexspi.h"
   
2. 
   
3. #define NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL 0
   
4. 
   
5. uint32_t s_customLUT_wrong[4] = {
   
6.     /* Normal read mode -SDR */
   
7.     [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),
   
8.     // 保留kFLEXSPI_Command_DUMMY_SDR序列，但参数值填0
   
9.     [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),
   
10.     [4*NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_STOP,      kFLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
    
11. };

复制代码

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。

1. #include "fsl_flexspi.h"
   
2. 
   
3. /* Update LUT table. */
   
4. FLEXSPI_UpdateLUT(FLEXSPI, 0, s_customLUT_wrong, 4);
   
5. 
   
6. /* Do software reset. */
   
7. FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI);

复制代码

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：

1. #include "clock_config.h"
   
2. #include "fsl_flexspi.h"
   
3. 
   
4. flexspi_device_config_t s_deviceconfig = {
   
5.     .flexspiRootClk       = 30000000,
   
6.     .flashSize            = 0x2000,  /* 64Mb/KByte */
   
7.     .CSIntervalUnit       = kFLEXSPI_CsIntervalUnit1SckCycle,
   
8.     .CSInterval           = 2,
   
9.     .CSHoldTime           = 3,
   
10.     .CSSetupTime          = 3,
    
11.     .dataValidTime        = 0,
    
12.     .columnspace          = 0,
    
13.     .enableWordAddress    = 0,
    
14.     .AWRSeqIndex          = 0,
    
15.     .AWRSeqNumber         = 0,
    
16.     .ARDSeqIndex          = NOR_CMD_LUT_SEQ_IDX_READ_NORMAL,
    
17.     .ARDSeqNumber         = 1,
    
18.     .AHBWriteWaitUnit     = kFLEXSPI_AhbWriteWaitUnit2AhbCycle,
    
19.     .AHBWriteWaitInterval = 0,
    
20. };
    
21. 
    
22. static inline void flexspi_clock_init(void)
    
23. {
    
24.     const clock_usb_pll_config_t g_ccmConfigUsbPll = {.loopDivider = 0U};
    
25. 
    
26.     CLOCK_InitUsb1Pll(&g_ccmConfigUsbPll);
    
27.     CLOCK_InitUsb1Pfd(kCLOCK_Pfd0, 35);   /* Set PLL3 PFD0 clock 247MHZ. */
    
28.     CLOCK_SetMux(kCLOCK_FlexspiMux, 0x3); /* Choose PLL3 PFD0 clock as flexspi source clock. */
    
29.     CLOCK_SetDiv(kCLOCK_FlexspiDiv, 7);   /* flexspi clock 30M. */
    
30. }
    
31. 
    
32. void flexspi_nor_flash_init(void)
    
33. {
    
34.     flexspi_clock_init();
    
35. 
    
36.     /* Get FLEXSPI default settings and configure the flexspi. */
    
37.     flexspi_config_t config;
    
38.     FLEXSPI_GetDefaultConfig(&config);
    
39. 
    
40.     /* Set AHB buffer size for reading data through AHB bus. */
    
41.     config.ahbConfig.enableAHBPrefetch    = false;
    
42.     config.ahbConfig.enableAHBBufferable  = true;
    
43.     config.ahbConfig.enableReadAddressOpt = true;
    
44.     config.ahbConfig.enableAHBCachable    = false;
    
45.     config.rxSampleClock                  = kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackInternally;
    
46.     FLEXSPI_Init(FLEXSPI, &config);
    
47. 
    
48.     /* Configure flash settings according to serial flash feature. */
    
49.     FLEXSPI_SetFlashConfig(FLEXSPI, &s_deviceconfig, kFLEXSPI_PortA1);
    
50. 
    
51.     /* Update LUT table. */
    
52.     FLEXSPI_UpdateLUT(FLEXSPI, 0, s_customLUT_wrong, 4);
    
53. 
    
54.     /* Do software reset. */
    
55.     FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI);
    
56. }
    

复制代码

阅读全文

linghz

感谢分享！！

eefocus_3709838

感谢分享

胤幻1988

文章讲的非诚好。在配置工具里面就有dummy时间的配置，默认的就是0。看了后面也不能完全用默认值了。