[痞子衡]XECC为串行NOR Flash和SDRAM保驾护航

NXP管管

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是i.MXRT1170 XECC功能特点及其保护串行NOR Flash和SDRAM之道。


ECC 是 “Error Correcting Code” 的简写，ECC 能够实现错误检查和纠正，含有 ECC 功能的内存一般称为 ECC 内存，使用了 ECC 内存的系统在稳定性和可靠性上得到很大提升。相比前几代不带 ECC 的 i.MXRT10xx 型号，新一代 i.MXRT1170 在 ECC 上做了全面武装，从 eFuse到 FlexRAM，从 OCRAM 到外部存储空间全都加上了 ECC 功能。如下表所示，不同类型的存储由不同的 ECC 控制器来守护：

今天痞子衡给大家简单介绍一下 i.MXRT1170 上用于保护挂载在 FlexSPI 和 SEMC 接口上的外部存储器的 XECC 功能：


一、XECC功能简介
1.1 XECC特点
从用户角度来说，其实 XECC 的设计特别简单，当 XECC 使能后，任何对 ECC 保护区域的 AHB 访问（注意仅 AHB 方式才能激活 XECC，IPG 方式是不受 XECC 影响的）都会被 XECC 模块接管，WECC 组件负责根据用户写入的数据值产生 ECC 校验值一并存入目标地址，RECC 组件负责根据用户读取的地址获取相应 ECC 检验值并做检验处理后再返回数据值。WECC 和 RECC 组件可独立开关控制。

XECC 模块一共有三个，分别是 XECC_FLEXSPI1、XECC_FLEXSPI2、XECC_SEMC，每个模块均支持 4 个 ECC 区域的设置（区域最小单位 4KB，即 ECC_BASE/EDD_ADDRx 寄存器的低 12bits 总是 0）。

1.2 关于ECC设计细节
关于 ECC 基本概念，参看《简析i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC功能特点、开启步骤、性能影响》 的 1.2节，这里不予赘述。


1.2.1 ECC检验能力
XECC 中每 4bits 数据就会计算出一个 ECC 校验值（4bits），不同于 FlexRAM ECC 会有专门的独立存储空间用于存放 ECC 校验值，XECC 校验值是紧跟着放在源数据后面的，这意味着 XECC 校验值会占据目标存储器（Flash 或 SDRAM）里受 ECC 保护区域的一半空间。


为便于 master 通过 AHB 总线访问，实际 XECC 检验值是拓展到 32bits 来存储的，即 32bits 原始数据后面会紧跟着 32bits XECC 检验值，如此往复如下图所示。

比如 XECC 保护挂在 FlexSPI1 上的 Flash，设置的 Flash ECC 保护区域为 0x30000000 - 0x30000FFF，共 4KB 空间。那么从实际物理空间角度（IPG 方式去读）来说 0x30000000 处保存的是原始 4bytes 用户数据（D0），0x30000004 处保存的是 4bytes XECC 校验值（E0），0x30000008 处保存的又是原始 4bytes 用户数据（D1），0x3000000c 处保存的又是 4bytes XECC 校验值（E1）...


注意上述地址均表述的是实际物理地址，但 master 通过 AHB 总线直接读写 Flash 时，仅需访问 0x30000000 - 0x300007FF 空间里的 2KB 实际用户数据即可，完全不需在意另外 2KB 的 XECC 检验值的处理，SoC 系统里直接做了自动处理与地址转换，即 0x30000000 处对应校验后的 4bytes 用户数据（D0），0x30000004 处对应校验后的 4bytes 用户数据（D1）...


1.2.2 ECC错误触发处理
ECC 错误分两种，分别是 1-bit 错误和 2-bit 错误（针对 4bits 数据而言）。从软件层面来看，1-bit 错误可以不用管，XECC 模块会自动纠错。我们主要处理 2-bit 错误，由于 2-bit 错误仅能检错，无法纠错，所以发生了这个错误，就意味着读取的数据不可靠了。对于 1/2 bit错误，XECC 均提供了中断响应（XECC_xxModule_INT_IRQn / XECC_xxModule_FATAL_INT_IRQn）。


对于 32bits 数据而言，XECC 是可以纠正其中发生的 8bits 错误的，但前提是按序分割开的每 4bits 数据位仅能有 1bit 错误，如果这 4bits 数据位里有多 bit 错误，我们依然想校正的话，需要借助 Data Swap 功能，这里不再单独展开，可查看 RM 了解细节。

二、开启XECC的步骤
2.1 激活XECC特性
芯片出厂，默认是没有激活 XECC 特性的，如果需要开启 XECC，需要烧写 efuse，fusemap 中 0x840[3] 对应的是 XECC_ENABLE bit，我们需要将这个 bit 烧写成 1，才能激活 XECC 特性。

2.2 初始化存储器接口外设

在初始化 XECC 模块之前一般先初始化存储器接口外设，这里我们先初始化 FlexSPI1，因为测试板卡 MIMXRT1170-EVK 上默认是 FlexSPI1 连接的串行 NOR Flash。

1. void init_flexspi_flash(void)
   
2. {
   
3.     flexspi_nor_flash_init(FLEXSPI1);
   
4. 
   
5.     // 尽量等待 FlexSPI 总线空闲再退出
   
6.     if ((FLEXSPI1->MCR0 & FLEXSPI_MCR0_MDIS_MASK) != FLEXSPI_MCR0_MDIS_MASK)
   
7.     {
   
8.         while (!FLEXSPI_GetBusIdleStatus(FLEXSPI1));
   
9.     }
   
10. 
    
11.     FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI1);
    
12. }

复制代码

2.3 SDK驱动初始化XECC
然后可以直接利用 SDK 里的 fsl_xecc 驱动对 XECC 模块进行初始化，代码非常简单，如下示例代码就是初始化 XECC_FLEXSPI1，使能 0x30000000 - 0x30000FFF 区域的读写 ECC 功能：

1. #include "fsl_xecc.h"
   
2. 
   
3. void init_flexspi_xecc(void)
   
4. {
   
5.     xecc_config_t config;
   
6.     XECC_GetDefaultConfig(&config);
   
7. 
   
8.     // 同时使能读写 XECC
   
9.     config.enableXECC     = true;
   
10.     config.enableWriteECC = true;
    
11.     config.enableReadECC  = true;
    
12. 
    
13.     // 设置 ECC 区域（0x30000000 - 0x30000FFF）
    
14.     config.Region0BaseAddress = FlexSPI1_AMBA_BASE;
    
15.     config.Region0EndAddress  = FlexSPI1_AMBA_BASE + 0x1000;
    
16. 
    
17.     // 初始化 XECC 模块
    
18.     XECC_Init(XECC_FLEXSPI1, config);
    
19. }

复制代码

2.4 AHB方式读写ECC目标区域
最后就是利用 《其实i.MXRT下改造FlexSPI driver同样支持AHB方式去写入NOR Flash》 一文 3.3 节里的 flexspi_nor_flash_program() 函数来对 Flash 做 AHB 方式的写入，以激活 XECC 工作。为了验证 XECC 是否工作正常，可以分别用 IPG 和 AHB 方式读回写入的区域看最终结果。

1. SDK_ALIGN(static uint8_t s_nor_program_buffer[256], 4);
   
2. static uint8_t s_nor_ipg_read_buffer[256];
   
3. static uint8_t s_nor_ahb_read_buffer[256];
   
4. 
   
5. void test_flash_ecc_rw(void)
   
6. {
   
7.     // 擦除 Flash 0x30000000 开始的 4KB 区域（1个Sector）
   
8.     flexspi_nor_flash_erase_sector(FLEXSPI1, 0x0);
   
9. 
   
10.     for (uint32_t i = 0; i < 0xFFU; i++)
    
11.     {
    
12.         s_nor_program_buffer[i] = i;
    
13.     }
    
14.     // AHB 方式写 256 字节数据进 Flash 0x30000000 开始的地址
    
15.     flexspi_nor_flash_program(FLEXSPI1, 0x30000000, s_nor_program_buffer, 256);
    
16. 
    
17.     DCACHE_CleanInvalidateByRange(0x30000000, 0x1000);
    
18. 
    
19.     // IPG 方式从 Flash 0x30000000 开始的地址读出 256 字节数据
    
20.     flexspi_nor_flash_read(FLEXSPI1, 0x0, (void *)s_nor_ipg_read_buffer, 256);
    
21. 
    
22.     // AHB 方式从 Flash 0x30000000 开始的地址读出 256 字节数据
    
23.     memcpy((void *)s_nor_ahb_read_buffer, (void *)0x30000000, 256);
    
24. }

复制代码

至此，简析i.MXRT1170 XECC功能特点及其保护串行NOR Flash和SDRAM之道痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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