痞子衡嵌入式：在i.MXRT启动头FDCB里调整Flash工作频率也需同步设Dummy Cycle (以IS25WP128为例)
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Flash工作频率与Dummy Cycle的联系。
上一篇文章 《从头开始认识i.MXRT启动头FDCB里的lookupTable》，痞子衡带大家从头梳理了下i.MXRT下启动头FDCB里lookupTable的设计与实现细节，在这个过程中也简单跟大家介绍了串行NOR Flash的工作模式（主要是Fast Read Quad I/O），今天痞子衡在FDCB设置范畴下跟大家再进一步地探讨Flash工作频率与Dummy Cycle设置问题。
一、引入Flash工作频率与Dummy Cycle对应关系问题
今天我们以i.MXRT1170-EVK上的板载Flash为例，其具体型号为IS25WP128-JBLE，在Flash数据手册特性介绍里可以看到这颗Flash最高可以运行在133MHz频率下（SDR模式），并且其Dummy Cycle也是可选的，那么Dummy Cycle是不是可以任意配呢？答案既是也不是，痞子衡先卖个关子。
让我们再来回顾下这颗Flash的Fast Read Quad I/O时序图，从时序图里可以看到Dummy Cycle默认是6（包括Mode Bits时序一共6个SCK时钟周期），那么默认的6个Dummy Cycle是不是适用全部的Flash工作频率呢？咱们继续看Flash数据手册。
在数据手册里找到了下面这张表，Read Dummy Cycle与最大工作频率的联系，从表里可以看到当Flash工作在Fast Read Quad I/O模式时，默认的6个Dummy Cycle适用的最大工作频率是104MHz，即104MHz工作频率及以下均可以使用默认的6个Dummy Cycle。如果工作频率高于104MHz，Dummy Cycle应相应调大，比如133MHz工作频率需对应至少9个Dummy Cycle。
二、如何在FDCB里设置FlexSPI的Dummy Cycle？
根据上面的分析，如果我们希望i.MXRT1170-EVK上这颗IS25WP128-JBLE启动后工作在133MHz，那么我们需要在FDCB里至少配置9个Dummy Cycle。因此下述FDCB启动头里 FLASH_DUMMY_CYCLES 宏应设为9， qspiflash_config.memConfig.serialClkFreq 应改为 kFlexSpiSerialClk_133MHz，这样的设置对于i.MXRT端是足够的，因为更改后FlexSPI外设确实可以输出133MHz的SCK，并且按9个Dummy Cycle的时序去读Flash。
但是把这样的FDCB启动头直接下载进Flash后发现i.MXRT无法从Flash正常启动，因为Flash端的Dummy Cycle还是默认的6个SCK周期，上面的FDCB仅仅是调整了FlexSPI输出，并不会同步调整Flash端，此时主从两端Dummy Cycle数不匹配，时序错乱了，传输数据发生了错位，应用程序当然无法启动。
所以Flash这边需要其他的方式设置好Dummy Cycle后，上述方式更改的FDCB启动头才能正常使用。
有一个现象需要特别说明一下，如果我们直接修改 qspiflash_config.memConfig.serialClkFreq 到 kFlexSpiSerialClk_133MHz， 但是 FLASH_DUMMY_CYCLES 依旧保持默认的6，这样的FDCB头下载进Flash也可以正常工作的，虽然有点违反Flash数据手册里的Dummy Cycle规范，但实测下来似乎是没问题的，那是不是意味着我们根本不需要动默认的Dummy Cycle？其实不是的，当我们使能Flash的 continuous read mode 的时候，Dummy Cycle不规范就会出问题，关于这点痞子衡会单独写一篇文章细聊。
三、如何更改Flash里的Dummy Cycle？
那么Flash里的Dummy Cycle到底怎么改呢？这需要我们继续看Flash数据手册，IS25WP128-JBLE内部有个8bit的Read Register，其bit6-bit3是Dummy Cycles设置，可设范围是1-15，并且在寄存器类型里可以看到其有易失性和非易失性两种属性，也就是说我们既可以临时地改Dummy Cycle（掉电即恢复默认6），也可以永久地改Dummy Cycle（掉电仍保持上一次设置）。
在IS25WP128-JBLE的指令集表里，可以看到有专门写Read Register的指令，SRPNV指令是非易失性方式地写Read Register，SRPV指令是易失性方式去写Read Register。
分析到这里，问题就变成到底是使用一个额外的小工程（比如借助SDK里的flexspi example稍微更改下代码）以SRPNV指令去永久性更改下Flash里的Dummy Cycle再用作i.MXRT启动，还是i.MXRT每次启动时直接借助FDCB启动头里的设置用SRPV指令临时地更改Flash的Dummy Cycle？从灵活性角度，痞子衡推荐第二种方式，那么在FDCB里应该怎么做？痞子衡直接给答案：
// 设置Dummy Cycle数
#define FLASH_DUMMY_CYCLES 9
// 写Read Register时序在LUT中的index（可自定义位置，但不要占BootROM预设的几个时序位置）
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM 7
// BootROM中预设的LUT命令时序的index
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_READ 0
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS 1
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEENABLE 3
const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
.memConfig =
{
.tag = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
.version = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
.readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackFromDqsPad,
.csHoldTime = 3u,
.csSetupTime = 3u,
// Enable Safe configuration
.controllerMiscOption = 0x10,
.deviceType = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
.sflashPadType = kSerialFlash_4Pads,
.serialClkFreq = kFlexSpiSerialClk_133MHz,
.sflashA1Size = 16u * 1024u * 1024u,
// 使能Flash寄存器配置操作
.configCmdEnable = 1u,
.configModeType[0] = kDeviceConfigCmdType_Generic,
// 指示Flash寄存器配置时序在LUT中index
.configCmdSeqs[0] =
{
.seqNum = 1,
.seqId = CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM,
.reserved = 0,
},
// 设定Flash寄存器配置值（这里就是写入Read Register的值）
.configCmdArgs[0] = FLASH_DUMMY_CYCLES << 3,
.lookupTable =
{
// Fast Read Quad I/O
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x00, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, FLASH_DUMMY_CYCLES-2),
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x00),
// READ STATUS REGISTER
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x05, READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x01),
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
// WRTIE ENABLE
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEENABLE] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x06, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x00),
// Flash寄存器配置时序（这个时序需要上面READ STATUS, WRITE ENABLE的配合）
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x63, WRITE_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x01),
[4*CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
},
},
.pageSize = 256u,
.sectorSize = 4u * 1024u,
.blockSize = 256u * 1024u,
.isUniformBlockSize = false,
};
四、BootROM对FDCB里Flash寄存器配置的处理
说到BootROM对FDCB的处理，大家有必要先回顾下痞子衡写过的一篇旧文 《深入i.MXRT1050系列ROM中串行NOR Flash启动初始化流程》，文章虽然是针对i.MXRT1050写的，但基本流程也差不多适用i.MXRT1170，在文中的 2.6 小节第二次初始化里，我们在上面FDCB里的关于Flash寄存器的额外配置操作才会被处理，代码大致如下：
status_t flexspi_init(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config)
{
status_t status = kStatus_InvalidArgument;
// 决定是否用30MHz SDR的安全时钟来做FlexSPI初始化
bool needSafeFreq = (config->deviceModeCfgEnable || config->configCmdEnable) &&
((config->controllerMiscOption & (1 << kFlexSpiMiscOffset_SafeConfigFreqEnable)));
flexspi_clock_gate_disable(instance);
flexspi_iomux_config(instance, config);
if (needSafeFreq)
{
flexspi_clock_config(instance, kFlexSpiSerialClk_SafeFreq, kFlexSpiClk_SDR);
}
flexspi_clock_gate_enable(instance);
// 省略代码片段，FlexSPI模块本身的完整初始化
// ...
flexspi_swreset(base);
// 实现Flash配置寄存器写入操作
if (config->configCmdEnable)
{
// Port A1/A2/B1/B2如使能则全写一遍
uint32_t baseAddr = 0;
uint32_t *flashSizeStart = &config->sflashA1Size;
for (uint32_t index = 0; index < 4; index++)
{
uint32_t currentFlashSize = *flashSizeStart++;
if (currentFlashSize > 0)
{
flexspi_device_cmd_config(instance, config, baseAddr);
baseAddr += currentFlashSize;
}
}
}
if (needSafeFreq)
{
// 重新配回指定的FlexSPI时钟
flexspi_clock_config(instance, config->serialClkFreq, flexspi_is_ddr_mode_enable(config));
}
return status;
}
void flexspi_device_cmd_config(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config, uint32_t baseAddr)
{
FLEXSPI_Type *base = flexspi_get_module_base(instance);
flexspi_xfer_t flashXfer;
flashXfer.operation = kFlexSpiOperation_Config;
flashXfer.baseAddress = baseAddr;
flashXfer.isParallelModeEnable = false;
flashXfer.txSize = 4;
for (uint32_t index = 0; index < 3; index++)
{
if (config->configCmdSeqs[index].seqId > 0)
{
// If device is working under DPI/QPI/OPI mode, ignore SPI2XPI command
uint32_t read_cmd_pads = (base->LUT[0] >> 8) & 0x03;
if ((read_cmd_pads > FLEXSPI_1PAD) && (config->configModeType[index] == kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi))
{
continue;
}
flashXfer.seqId = config->configCmdSeqs[index].seqId;
flashXfer.seqNum = config->configCmdSeqs[index].seqNum;
flashXfer.txBuffer = &config->configCmdArgs[index];
// 这里需要调用WRITE ENABLE指令
flexspi_device_write_enable(instance, config, false, baseAddr);
flexspi_update_lut(instance, 1, &config->lookupTable[4 * flashXfer.seqId], flashXfer.seqNum);
flashXfer.seqId = 1;
flexspi_command_xfer(instance, &flashXfer);
if ((!config->waitTimeCfgCommands) &&
(config->configModeType[index] != (uint8_t)kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi) &&
(config->configModeType[index] != (uint8_t)kDeviceConfigCmdType_Xpi2Spi))
{
// 这里需要调用READ STATUS指令
flexspi_device_wait_busy(instance, config, false, baseAddr);
}
else
{
flexspi_sw_delay_us(config->waitTimeCfgCommands * 100UL);
}
}
}
}
至此，Flash工作频率与Dummy Cycle的联系痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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