痞子衡嵌入式：在i.MXRT1170上启动含DQS的Octal Flash可不严格设Dummy Cycle (以MT35XU512为例)...
大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是Octal或Hyper Flash上DQS信號與Dummy Cycle聯(lián)系。
關(guān)于在 i.MXRT 上啟動 NOR Flash 時(shí)如何設(shè)置正確的 Dummy Cycle 值，痞子衡一共寫過四篇文章：《IS25WP系列Dummy Cycle設(shè)置》、《IS25LP系列Dummy Cycle設(shè)置》、《Dummy Cycle設(shè)置為0的誤區(qū)》、《DTR模式下Dummy Cycle設(shè)置》， 這四篇文章都是針對普通 QuadSPI 型 Flash 而言的(一般沒有 DQS 信號)。而如果在 i.MXRT 上啟動的是包含 DQS 信號的 Octal Flash 或者 Hyper Flash，此時(shí) Dummy Cycle 設(shè)置有什么不同之處呢？今天痞子衡就和大家聊聊這個(gè)話題：
一、Flash讀時(shí)序中DQS與Dummy Cycle作用
我們知道對于普通 QuadSPI 型 Flash，在 FlexSPI 模塊 LUT 里配置讀時(shí)序時(shí)，其中 Dummy Cycle 子序列中填的值必須要與 Flash 端的 Dummy Cycle 嚴(yán)格一致，否則會發(fā)生時(shí)序錯亂(如下圖 Extended 時(shí)序所示，圖中是單線模式，四線模式類似)。
Flash 里一般都會開放寄存器給用戶去配置 Dummy Cycle 值，Flash 工作頻率越高，所需的最小 Dummy Cycle 也越大(可以理解為 Flash 存儲體從接收到讀命令開始到輸出有效數(shù)據(jù)這一段時(shí)間間隔是恒定的，而我們衡量時(shí)間的基準(zhǔn)是連接到 Flash 的 SCK，SCK 頻率越高，相同間隔內(nèi)所需 SCK 周期數(shù)就越多)。
- Note1: 簡單來說，Dummy Cycle 就是 Flash 響應(yīng)主機(jī)每一次讀時(shí)序所需要的準(zhǔn)備時(shí)間，在 NOR Flash 上這個(gè)時(shí)間是固定且可設(shè)的，跟訪問地址無關(guān)。
- Note2: 一個(gè)確定的 Dummy Cycle 值決定了 Flash 上限工作頻率，但此時(shí) Flash 并不是只能在這個(gè)上限頻率下工作，低于這個(gè)上限頻率均可以。
DQS 信號正常是為 OctalSPI / HyperBus 型 Flash 工作在八線 DTR 模式下同步 DQ[7:0] 線輸出而生的(見上圖 Octal DRR 時(shí)序)，關(guān)于其基本概念詳見痞子衡舊文 《DQS信號簡介》。
- Note: 在 Hyper Flash 上負(fù)責(zé) DQS 功能的信號是 RWDS。
當(dāng) OctalSPI / HyperBus 型 Flash 工作在 Octal DDR 模式下時(shí)，DQS/RWDS 信號會向主設(shè)備(這里指 i.MXRT)提示 DQ[7:0] 何時(shí)有效，所以這時(shí)候 DQS 信號其實(shí)也兼?zhèn)淞?Dummy Cycle 的作用。不過考慮到有時(shí)候主設(shè)備端不一定會使能 DQS 信號，Dummy Cycle 的存在仍然是有必要的。
二、FlexSPI外設(shè)里DQS和Dummy Cycle聯(lián)系
在 《FlexSPI外設(shè)的LUT機(jī)制》 和 《DTR模式下Dummy Cycle設(shè)置》 兩篇文章里有詳細(xì)的關(guān)于 FlexSPI 外設(shè)中 Dummy Cycle 設(shè)置方法和 DQS 引腳功能配置方法介紹，但是這兩者是怎樣的聯(lián)系關(guān)系呢？
我們在 i.MXRT 參考手冊 FlexSPI 章節(jié)可以找到如下 Hyper Bus 讀時(shí)序示意圖(對于 Octal Flash 也基本適用，僅微小區(qū)別)，這張圖很清晰地闡述了 RWDS 信號與 Latency Count 的聯(lián)系，FlexSPI 外設(shè)在發(fā)起實(shí)際讀時(shí)序時(shí)一定會輸出 DUMMY_DDR 子序列里實(shí)際配置的延時(shí)周期，但如果配置的延時(shí)周期結(jié)束后，RWDS 有效信號還沒有到來，FlexSPI 會自動插入足夠的延時(shí)周期(即圖中所謂的 Additional Latency count)直到 RWDS 信號有效。
- Note: 在 Hyper Flash 上不用 Dummy Cycle 術(shù)語，其術(shù)語是 Latency Count。
基于這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)在 FlexSPI 里啟動外部 DQS 信號時(shí)，我們在 DUMMY_DDR 子序列里只要象征性地填一個(gè)比 Flash 里 Latency Count 稍小的值就行了，在一些 i.MXRT 型號上理想情況下甚至可以去除 DUMMY_DRR 子序列(即 Latency count 配 0)，但切記這個(gè)值不應(yīng)配得比 Flash 里 Latency Count 大。
三、在i.MXRT1170上實(shí)測MT35XU512
最近恩智浦 SE 團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)基于 i.MXRT1170 的 Auto Development Platform 原型板，在 FlexSPI1 上掛的是來自 Micron 的 Octal Flash - MT35XU512，這顆 Flash 作為代碼存儲與啟動設(shè)備。我們就在這個(gè)原型板上測試一下 FlexSPI 外設(shè)的 DQS 與 Dummy Cycle 不同配置能否去正常啟動 Flash。
3.1 MT35XU512基本情況
首先看一下這顆 Octal Flash 的基本情況，主要關(guān)注 DQS 和 Dummy Cycle 方面。Flash 內(nèi)部有 256 個(gè) 8bit 的配置寄存器(address 從 0 - 255)，其中 address 0 配置寄存器用于設(shè)置 Flash 工作模式(我們需要設(shè)為 0xE7，開啟 Octal DDR 且需要 DQS)，address 1 配置寄存器用于設(shè)置 Dummy Cycle(可保持初值 0x00 不變，即使用默認(rèn) Dummy Cycle 值)。
再來看一下這顆 Octal Flash 所支持的讀命令，根據(jù)工作模式不同一共有 10 種命令，我們選用最后一條命令 4-byte DDR Octal I/O Fast Read(命令值 0xFD)，這條讀命令可訪問全部 Flash 空間且性能最高，其對應(yīng)的默認(rèn) Dummy Cycle 是 16。
默認(rèn) 16 的 Dummy Cycle 能支持多高的 Flash 工作頻率呢，在下表里可找到答案，前面我們選擇的是 DDR Octal I/O Fast Read 命令，所以對應(yīng)最高工作頻率可達(dá) 171MHz。雖然 Flash 本身可跑 200MHz DDR，但是 i.MXRT1170 FlexSPI 外設(shè)最大支持到 166MHz DDR，這就是在前面保持 Flash 中 address 1 配置寄存器值為默認(rèn) Dummy Cycle 的原因，默認(rèn) Dummy Cycle 配置已經(jīng)夠用了。
3.2 測試啟動頭FDCB
基于上面對 Octal Flash 的認(rèn)識，我們很容易給出如下可用于啟動的 FDCB 頭，這個(gè)頭里使能了 FlexSPI 端的外部 DQS 使用(octalflash_config.memConfig.readSampleClkSrc)，開啟了 Flash 端的 Octal DDR 模式(octalflash_config.memConfig.deviceModeArg)，LUT 里第一條時(shí)序配置的是 0xFD 讀命令，并且 DUMMY_DDR 子序列等效配置的是 3 個(gè) Dummy Cycle，低于 Flash 里實(shí)際 16 個(gè) Dummy Cycle，一切都符合上文的分析，這個(gè)啟動頭在板子上實(shí)測是可以工作的。
const flexspi_nor_config_t octalflash_config = {.memConfig ={.tag = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,.version = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,.readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_ExternalInputFromDqsPad,.csHoldTime = 3,.csSetupTime = 3,.deviceModeCfgEnable = 1,.deviceModeType = kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi,.waitTimeCfgCommands = 1,.deviceModeSeq ={.seqNum = 1,.seqId = 6,.reserved = 0,},.deviceModeArg = 0xE7, /* Enable octal DDR mode */.controllerMiscOption =(1u << kFlexSpiMiscOffset_SafeConfigFreqEnable) | (1u << kFlexSpiMiscOffset_DdrModeEnable),.deviceType = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,.sflashPadType = kSerialFlash_8Pads,.serialClkFreq = kFlexSpiSerialClk_166MHz,.sflashA1Size = 64ul * 1024u * 1024u,.busyOffset = 0u,.busyBitPolarity = 0u,.lookupTable ={/* 4-BYTE DDR OCTAL I/O FAST READ */[0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_8PAD, 0xFD, RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x20),// 這里 DUMMY_DDR 里填入的值是 0x6，對應(yīng) 3 個(gè) SCK 周期的 dummy[1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(DUMMY_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x6, READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04),/* Read Status */[4 * 1 + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x05, READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x04),/* Write Enable */[4 * 3 + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x06, STOP_EXE, FLEXSPI_1PAD, 0x00),/* Enable Octal DDR mode */[4 * 6 + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x81, CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x00),[4 * 6 + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x00, CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x00),[4 * 6 + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(WRITE_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x01, STOP_EXE, FLEXSPI_1PAD, 0x00),},},.pageSize = 256u,.sectorSize = 4u * 1024u,.serialNorType = 0x2,.blockSize = 128u * 1024u,.isUniformBlockSize = false, };現(xiàn)在我們做多一些實(shí)驗(yàn)，修改上述啟動頭里的 readSampleClkSrc、serialClkFreq 和 DUMMY_DDR 子序列值，其余配置保持不變，測試結(jié)果如下。這個(gè)結(jié)果基本是符合第二小節(jié)里關(guān)于DQS和Dummy Cycle聯(lián)系關(guān)系的總結(jié)的。
| LoopbackFromDqsPad | 30MHz - 100MHz | 0x20 | 正常啟動 |
| 30MHz - 100MHz | 非 0x20 | 無法啟動 | |
| 大于 100MHz | 0x20 | 無法啟動 | |
| ExternalInputFromDqsPad | 30MHz | 無，0x1 - 0x23 | 正常啟動 |
| 30MHz | 大于 0x23 | 無法啟動 | |
| 166MHz | 0x2 - 0x25 | 正常啟動 | |
| 166MHz | 無，0x1，大于 0x25 | 無法啟動 |
至此，Octal或Hyper Flash上DQS信號與Dummy Cycle聯(lián)系痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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總結(jié)
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