MCXN947: 内部Flash启动结合外部Flash XIP的分析和配置

小恩GG

概述
NXP的MCXN947是一款高性能微控制器，支持从内部Flash或外部Flash启动（Boot）。对于一般应用来说，内部Flash容量充足，代码和资源可以全部驻留其中。然而在AI应用、图像处理、语音识别等大模型场景中，内部Flash的容量就显得捉襟见肘。例如，在使用eIQ工具链部署深度神经网络模型时，模型体积通常远大于内部Flash的存储能力。
MCXN947虽然支持外部Flash启动和执行（XIP），但通常来说，系统需要从一个特定的启动介质（内部或外部）启动，代码执行的入口地址是固定的。那么，是否可以实现一种折中方案：系统从内部Flash启动，但部分大资源或代码段放入外部Flash，并从那里运行？
本文将介绍我设计实现的一个Demo，它正是采用了这种“内部启动 + 外部执行”的混合方案，在不牺牲启动速度和灵活性的前提下，有效扩展了可用的存储空间。
硬件环境：
        开发板：FRDM-MCXN947
软件环境：
        IDE：MCUXpresso IDE v11.9.0
        SDK：SDK Builder | MCUXpresso SDK Builder (nxp.com)
        基础工程: frdmmcxn947_tflm_cifar10
1.        外部Flash硬件配置与管脚配置
以下是官方FRDM-MCXN947中的八线Flash的原理图。

Flash芯片引脚	功能	与MCXN947相连
CS	SPI通讯的CS片选信号	P3_0/FLEXSPI0_A_SS0_b
SCK	SPI通讯的SCK时钟信号	P3_7/FLEXSPI0_A_SCLK
DQS	SPI通讯的DQS信号	P3_6/FLEXSPI0_A_DQS
DQ0	OSPI的数据信号D0	P3_8/FLEXSPI0_A_DATA0
DQ1	OSPI的数据信号D1	P3_9/FLEXSPI0_A_DATA1
DQ2	OSPI的数据信号D2	P3_10/FLEXSPI0_A_DATA2
DQ3	OSPI的数据信号D3	P3_11/FLEXSPI0_A_DATA3
DQ4	OSPI的数据信号D4	P3_12/FLEXSPI0_A_DATA4
DQ5	OSPI的数据信号D5	P3_13/FLEXSPI0_A_DATA5
DQ6	OSPI的数据信号D6	P3_14/FLEXSPI0_A_DATA6
DQ7	OSPI的数据信号D7	P3_15/FLEXSPI0_A_DATA7

配置代码为 例如

1.       /* Enables the clock for PORT3: Enables clock */
   
2.        CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Port3);
   
3. 
   
4.        const port_pin_config_t port3_0_pinB17_config = {/* Internal pull-up/down resistor is disabled */
   
5.                                                         kPORT_PullDisable,
   
6.                                                         /* Low internal pull resistor value is selected. */
   
7.                                                         kPORT_LowPullResistor,
   
8.                                                         /* Fast slew rate is configured */
   
9.                                                         kPORT_FastSlewRate,
   
10.                                                         /* Passive input filter is disabled */
    
11.                                                         kPORT_PassiveFilterDisable,
    
12.                                                         /* Open drain output is disabled */
    
13.                                                         kPORT_OpenDrainDisable,
    
14.                                                         /* Low drive strength is configured */
    
15.                                                         kPORT_LowDriveStrength,
    
16.                                                         /* Pin is configured as FLEXSPI0_A_SS0_b */
    
17.                                                         kPORT_MuxAlt8,
    
18.                                                         /* Digital input enabled */
    
19.                                                         kPORT_InputBufferEnable,
    
20.                                                         /* Digital input is not inverted */
    
21.                                                         kPORT_InputNormal,
    
22.                                                         /* Pin Control Register fields [15:0] are not locked */
    
23.                                                         kPORT_UnlockRegister};
    
24.        /* PORT3_0 (pin B17) is configured as FLEXSPI0_A_SS0_b */
    
25.        PORT_SetPinConfig(PORT3, 0U, &port3_0_pinB17_config);
    
26. // ...依次配置其他FLEXSPI管脚

复制代码

2.        FlexSPI 模块初始化
为了使用FlexSPI进行XIP，需正确配置时钟并初始化FlexSPI模块。以下是关键步骤：
2.1 配置FlexSPI时钟
    /* Flexspi frequency 150MHz / 2 = 75MHz */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivFlexspiClk, 2U);
    CLOCK_AttachClk(kPLL0_to_FLEXSPI); /*!< Switch FLEXSPI to PLL0 */

2.2 添加FlexSPI驱动并初始化
在工程中引入 FlexSPI 驱动（SDK 中已有），然后在主程序中添加初始化代码：
    /*Get FLEXSPI default settings and configure the flexspi. */
    FLEXSPI_GetDefaultConfig(&config);

    /*Set AHB buffer size for reading data through AHB bus. */
    config.ahbConfig.enableAHBPrefetch = true;
    config.rxSampleClock               = EXAMPLE_FLEXSPI_RX_SAMPLE_CLOCK;
    config.ahbConfig.enableAHBBufferable = true;
    config.ahbConfig.enableAHBCachable   = true;
    FLEXSPI_Init(base, &config);

    /* Configure flash settings according to serial flash feature. */
    FLEXSPI_SetFlashConfig(base, &deviceconfig, FLASH_PORT);
#if defined(EXAMPLE_FLASH_RESET_CONFIG)
    uint32_t TempFastReadSDRLUTCommandSeq[4];

    memcpy(TempFastReadSDRLUTCommandSeq, FastReadSDRLUTCommandSeq, sizeof(FastReadSDRLUTCommandSeq));
#endif
等
3.        配置MCUXpresso工程支持Octal Flash
在 MCUXpresso IDE 中，进入 MCU Settings > Memory，添加一个新的 memory 区域：
名称：OSPI_FLASH（或 OCTAL_FLASH）
起始地址：根据你芯片连接的外部flash地址设置，


根据用户手册，FlexSPI起始地址为0x80000000。大小：例如 128MB
然后，选择 NXP 提供的对应外部flash驱动，
FRDM_MCXN947连接的flash为mt35xu512aba，该flash支持SFDP，故我们可以选择MCXN9xx_SFDP_FlexSPI.cfx
添加后，可以看到Memory details如下。


4. 添加链接脚本和模型数据迁移
4.1 创建链接脚本片段
在工程的 linkscripts/ 文件夹中添加两个文件：
text.ldt（用于代码段）
rodata.ldt（用于模型只读数据）
内容如下：

<#if memory.name=="OSPI_FLASH">
KEEP (*(.model_data*))
KEEP (*(model.o*))
KEEP(*(.text.OSPI_FLASH*))
*(.text.QSPI_FLASH*)
*(.text.${memory.alias}*)
*(.text.${memory.name}*)
</#if>

确保模型数据（如 .model_data 段）被正确保留并放入 XIP 区域。
4.2 模型数据放入XIP区域
将模型通过如下方式放置到 .model_data 段中（C代码）：
__attribute__((section(".model_data")))
const unsigned char model_data[] = {
    #include "model_data.inc" // 从模型文件导出的原始数据
};

5. 编译与验证

在构建项目后，MCUXpresso IDE 的映像映射报告将显示部分 .text 和 .rodata 段已成功放置至 Octal Flash（OSPI_FLASH）区域，例如：

OSPI_FLASH:      100144 B    262140 KB      0.04%

下载运行后，系统从内部Flash启动，并成功从外部Flash中直接读取模型数据，完成AI推理任务。

结语
通过本文介绍的配置步骤，MCXN947成功实现了内部启动 + 外部XIP执行的混合存储方案。该方案既保留了启动速度优势，又显著拓展了程序/模型的可用存储容量，为部署复杂AI模型提供了良好支撑。
对于资源有限的MCU平台而言，这种结构不仅是实用可行的选择，也是未来嵌入式AI应用普遍采用的一种优化思路。

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