痞子衡嵌入式：i.MXRT连接特殊Octal Flash时(OPI DTR模式下反转字节序)下载与启动注意事项(以MX25UM51245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OPI DTR模式下反转字节序的Octal Flash在i.MXRT下载与启动注意事项。

　　在恩智浦官方参考设计板 MIMXRT595-EVK 和 MIMXRT685-EVK 上搭载了一颗来自 MXIC 的 MX25UM51345G，这是一款比较典型的 Octal Flash，在 i.MXRT 下去下载和启动这款 Flash 并没有什么特别的地方，官方 SDK 及工具链里做了完善支持。

　　近期有客户做板卡设计时选到了一颗同样来自 MXIC 的 Octal Flash - MX25UM51245G，主丝印号与 MX25UM51345G 仅一个数字之差，根据数据手册对比，两者在功能上似乎并没有太多区别，然而客户在启动这颗 Flash 时却遇到了麻烦，这是怎么回事？今天痞子衡来一探究竟：

Note1：本文内容虽以 i.MXRT 三位数系列为例来展开，但同样也适用 i.MXRT 四位数系列。

Note2：MX25UM51245G与MX25UM51345G差异和MX25UM25645G与MX25UM25345G差异类似。

一、一般Octal Flash读写字节序设计

　　我们先来看典型的 MX25UM51345G 上读写时序设计，这对下载启动至关重要。大家都知道 Octal Flash 时序主要分为 SPI 和 OPI 两大类，其区别是命令/地址/数据位是仅通过 SIO[1:0] 还是通过全部 SIO[7:0] 来传输。

　　如下是 SPI 模式下的 Read 和 Page Program 时序，命令和地址位均通过 SIO[0] 来传输，数据位通过 SIO[1]（Read）或者 SIO[0]（Program）来传输，这里特别关注一下数据位的字节序，读写都是按照 Data Byte 1、Data Byte 2、Data Byte 3... 正序传输的。

　　再来看 OPI 模式下的 Read 和 Page Program 时序（包含 STR 和 DTR 模式），命令/地址/数据位全部通过 SIO[7:0] 来传输，咱们也同样关注一下数据位的字节序，读写依然是按照 D0、D1、D2、D3... 正序传输的。

二、以MX25UM51245为代表的特殊读写字节序设计

　　现在我们再来看 MX25UM51245G 上特殊读写时序设计，其在 SPI 模式、OPI-STR 模式下时序与 MX25UM51345G 并无差异（数据位都是正序传输），主要差异在如下 OPI-DTR 模式下时序，我们可以看到 OPI-DTR 读写时数据位上字节序是 D1、D0、D3、D2... 这样的反转序，这种特殊字节序设计在 Flash 数据手册上并没有以文字形式特别提醒，仅能从时序图上观察出来，估计是 Flash 厂商认为读写字节序是成套反转的，因此用户无需关心这种差异（即不需要软件代码层面去刻意做数据反转，反反得正嘛）。

三、i.MXRT启动MX25UM51245注意事项

　　从 i.MXRT 启动角度而言，对于 Octal Flash 我们既可以配置 FlexSPI 外设以 SPI Read 模式去访问也可以配置 OPI Read 模式去访问，不过从最高性能角度而言，通常我们会配置 OPI-DTR Read 模式去启动 Octal Flash。随便打开一个 MIMXRT595 SDK 里示例工程，在 flash_config.c 文件里你可以看到读命令设置的就是 0xEE（8DTRD）。

　　具体 FlexSPI 配置是通过存放在 Flash 固定偏移处的 FDCB 结构（就是上图代码中的 flash_config ）来实现的，BootROM上电会以固定 30MHz SPI Read 模式先从 Flash 里取出 FDCB，然后解析 FDCB 得到用户指定配置再做二次 FlexSPI 配置去启动用户程序（详见痞子衡旧文《深入i.MXRT1050系列ROM中串行NOR Flash启动初始化流程》）。

　　读到这里，你有没有发现什么问题？Octal Flash 里的 FDCB 和用户应用程序数据是在 BootROM 配置的不同读时序模式下被访问的，前者是通过 SPI Read，后者是通过 OPI-DTR Read，这样在 MX25UM51245 下就可能会存在字节序不统一的问题。如何解决这个问题？有三种方案：

方案 1：
- 负责下载功能的 Flashloader 仅配置 Flash 为 SPI 或 OPI-STR 模式，并且在下载时对 FDCB 和用户应用程序数据不做任何字节序反转；
- 负责启动功能的 BootROM 也同样配置 Flash 为 SPI 或 OPI-STR 模式去启动用户应用程序（在用户 FDCB 里设置）。

方案 2：
- 负责下载功能的 Flashloader 仅配置 Flash 为 SPI 或 OPI-STR 模式，并且在下载时对 FDCB 不做任何反转，但是需要对用户应用程序数据做字节序反转；
- 负责启动功能的 BootROM 需要配置 Flash 为 OPI-DTR 模式去启动用户应用程序（在用户 FDCB 里设置）。

方案 3：
- 负责下载功能的 Flashloader 配置 Flash 为 OPI-DTR 模式，并且在下载时对 FDCB 做字节序反转，但是对用户应用程序数据不做任何反转；
- 负责启动功能的 BootROM 需要配置 Flash 为 OPI-DTR 模式去启动用户应用程序（在用户 FDCB 里设置）。

四、i.MXRT启动MX25UM51245实现方案

　　上一节列举了三个解决方案，其中方案 1 没什么好说的，不涉及字节序统一性问题。使用 MCUBootUtility 工具做应用程序下载时，不要选择具体 Flash 型号的模型，而使用 1bit SDR 模式的 FDCB 去连接配置（详见《MCUBootUtility v2.3发布，这次不再放过任何一款Flash》一文的 2.3 小节）。

　　而如果期望 BootROM 配置 Flash 以 OPI-DTR 模式去启动，则需要在方案 2 和 3 里面选一个，从实现效率角度，显然方案 3 比方案 2 更胜一筹，毕竟用户程序往往比 FDCB 数据量大得多，对其做字节序反转耗时更长, i.MXRT 默认下载支持里就是选用了方案 3。MCUBootUtility 工具里的 Flash 模型支持 MX25UM51245 这种型号，其是通过 Misc Mode 里的 "Data Order Swapped" 选项来进行区分的。

　　对于 i.MXRT500/600，其 Flashloader 功能直接集成进了 BootROM 里，我们看不到关于字节序反转的实现源码；但是 i.MXRT 四位数系列 BootROM 并无下载功能，其是通过加载二级 Flashloader 来实现下载的，其源码开源在 \SDK\boards\evkmimxrt1xxx\bootloader_examples\flashloader 里，在这个 Flashloader 源码里我们能找到关于字节序反转的设计。