【 RT1050学习笔记】-FlexSPI简介

NXP管管

1 前言
接下来我们学习一下RT1050一个最重要的外部存储器接口FlexSPI，因为其对于RT的启动，XIP以及外部存储器的拓展都息息相关，实打实的核心。


2 扩展SPI
相信大家对于传统SPI并不陌生，四个信号线，四种工作模式，同步全双工通讯，在这里我就不多做介绍了，接下来让我们了解一下SPI的扩展协议（Dual/Quad/Octal SPI）。下表列出了这四种SPI之间的对比。


除了以上的区别，扩展SPI还增加了SDR（Single Data Rate）和DDR（Double Data Rate）两种模式。在标准SPI 协议的SDR 模式下，只在SCK 的单边沿进行数据传输，即一个SCK 时钟只传输一位数据；而在DDR 模式下，会在SCK 的上升沿和下降沿都进行数据传输，即一个SCK 时钟能传输两位数据，传输速率提高一倍，这个就跟SDRAM的DDR原理是差不多的。

3 FlexSPI
RT1050的FlexSPI就是针对SPI协议设计的一个超级灵活SPI外设，下面是它的一些特性：


Single/Dual/Quad/Octal 模式的传输（即1/2/4/8 根数据线的传输）。
支持SDR/DDR通讯模式，在SDR模式下，它仅支持SPI 中的模式0（CPOL=0， CPHA=0)，即SCK 空闲时为低电平，采样时刻为奇数边沿的模式。
支持控制SPI接口的串行NOR/NAND Flash 设备、HyperBus 协议设备以及FPGA 设备。 支持读写单个串行FLASH以及读写多个并联的串行FLASH 的模式（Individual Mode 及Parallel Mode）。
支持IP操作，支持把存储器地址映射至通过AHB总线读写。 支持使用DMA进行访问，从而减少CPU 的介入。
支持以下多种模式以适配不同的功耗状态：模块关闭模式（Module Disable mode）、打盹儿模式（Dozemode）、停止模式（Stop mode）以及正常模式 （Normal mode）。
最多支持4个存储设备，每个存储设备最大容量为4GB，不过要注意如果同时使用FlexSPI外接多个存储设备，那么这些存储设备容量的总和也不能超过4GB。
下图为FlexSPI的结构图：

3.1 IO_CTL
FlexSPI 外设包含有A/B 两组SPI 通讯接口，即图 22-5 中第①部分IO_CTL（IO 控制逻辑）引出的“SPI Bus FA port”和“SPI Bus FB port”。每组接口最多可外接2 个设备，即A1、A2、B1 和B2，下面列出第一组接口定义（两组一样）：

当工作在Octal 模式下，也就是八数据线模式下，它会以SIOB[3:0]数据信号线作为高4位的数据线，此时仅A 组可以工作，B 组不能使用。如下图所示：

3.2 SEQ_CTL
这一部分为序列控制模块，主要负责具体命令时序的组合，其中有一个非常重要的部分叫做LUT表（Look Up Table），它是一个寄存器组，我们可以在这组寄存器中存储命令序列，之后我们可以通过调用索引来直接调用LUT中存储的命令序列，它是为了让通过IP命令操作更加方便快捷服务的。


LUT寄存器组一共有64个寄存器（LUT0~LUT64），每个寄存器可以存储2个指令，8个指令组成一个指令序列，所以一个支持16个指令序列。接下来让我们看看一个指令中包含了哪些信息，LUT寄存器介绍如下：

其中OPERAND参数是跟着OPCODE指令编码来决定的。


①对于CMD_SDR 指令，它的功能是向FLASH 发送命令，此时要发送的FLASH命令代码就是CMD_SDR 指令的参数，即由OPERAND 域指定。例如W25Q256 型号的FLASH 的读取ID 命令代码为0xAB，当RT1052 要读取FLASH 的ID 时，利用CMD_SDR指令同时把命令代码0xAB 赋予到OPERAND 域，这样FlexSPI 控制的时候就会通过SPI 接口把FLASH 命令0xAB 发送出去了。


②对于RADDR_SDR 指令，它的功能是向FLASH 发送要读写的存储单元地址，该地址由IPCR0 寄存器指定，同时OPERAND 域用于指定地址的长度。例如部分FLASH 的空间比较小，只使用16 位来表示地址，那么该命令的OPERAND 域的值就应为16，对于W25Q256 这种地址为24 或32 位的存储器，OPERAND 域的值就应设置为24 或32。


③对于DUMMY_SDR 指令，它的功能是释放FlexSPI 对数据线的控制，而时钟正常运行，该指令是针对FLASH 存储器的部分时序要求，这时FLASH 存储器会忽略数据线上的内容，实质它是要求主机进行等待，在这种情况下可通过OPERAND 指定该过程要占多少个SCK 的周期数。


一些常见的LUT指令大家可以参考官方指南中的Table 27-7. Instruction set，在这里就不一 一列举了，我截图截一部分。

所以我们只需要提前将一些常见的FLASH操作命令写入LUT寄存器组中，我们就可以通过将指令序列索引和指令序列数量写入IPCR1中，就可以调用我们预先设置的LUT表指令。


（注意：在使用LUT表过程中，我们需要了解和注意一下几点：
①对于指令编码01和21，它们的作用都是发送FLASH命令，唯一的区别就是实现方式的不同，01为通过SDR模式发送，21为通过DDR模式发送。


②在前面说到我们可以通过改变指令中NUM_PADS参数来确定使用几根信号线发送数据，1/2/4/8，但是不是所有的指令编码都可以改变NUM_PADS，对于STOP指令和大多数FLASH的CMD指令来说，只能使用single模式，也是使用一根线来传输。


③每一个指令通常不会单独执行，而是组成一个指令序列，一般的FLASH操作通常使用序列并配合STOP 指令（停止指令）使用，所有对于指令数不满8 个的序列，需要使用STOP 指令表示结束，其中STOP命令的LUT参数全部为0，所以在设计LUT表时，不加也是可以的。）


注：关于LUT表的相关使用在我的三篇FlexSPI使用文章中也有详细的解释。


3.3 ARB_CTL
ARB_CTL（仲裁器逻辑），它主要用来决定执行哪一套命令。在其前面有一个AHB_CTL（AHB 命令控制逻辑）和IP_CTL（IP 命令控制逻辑），它们分别代表了内核对FlexSPI 的两种控制方式 ，该仲裁器逻辑就是决定它们谁拥有对前面逻辑单元（SEQ_CTL 和IO_CTL）的控制权。


3.4 IP_CTL
这一部分决定了我们可以通过访问寄存器的形式完成对FlexSPI外设的操作。IP_RX_FIFO 和IP_TX_FIFO用来缓冲收发的数据，它们均为16*64Bits 大小。。IP_CTL 连接至32 位的ARM IP 总线，通过它可以向ARB_CTL（仲裁器逻辑）发送控制命令，从而利用FlexSPI 访问外部SPI 设备。


IP操作具体流程如下：


往IP_TX_FIFO 填充要传输的数据；
通过IPCR0 寄存器和IPCR1寄存器设置要写入的FLASH 内部存储单元的首地址，要传输的数据大小以及要执行的LUT 命令序列的编号；
对寄存器IPCMD 的TRG 位置1 触发FlexSPI 访问；
检查寄存器INTR 的IPCMDDONE 位以等待至FlexSPI 外设执行完该指令；
若执行的命令序列有会接收数据，那么接收到的数据会被缓存至IP_RX_FIFO 中。
3.5 AHB_CTL
AHB_CTL 是AHB 命令控制逻辑，它包含有128 * 64Bits 大小的AHB_RX_BUF 和8 * 64Bits 大小的AHB_TX_BUF 用来缓冲收发的数据，AHB_CTL 连接至64 位的AHBP 总线，通过它可以向ARB_CTL（仲裁器逻辑）发送控制命令，从而FlexSPI访问外部SPI 设备。


使用AHB 命令的方式是直接访问RT1052 内部的0x600 0000-0x1000 0000 地址，对这些地址的读写访问会触发FlexSPI 产生SPI 控制时序。


以上对FlexSPI的结构进行了一个简单的介绍，接下来我们会对其一些日常的使用做一些简单的介绍。

阅读全文

eefocus_3974451

非常棒，感谢分享