配置NOR Flash多個(gè)寄存器沒那么容易！

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在FDCB里配置串行NOR Flash多個(gè)寄存器的注意事項(xiàng)。

我們知道 Flash 內(nèi)部常常有多個(gè)狀態(tài)/配置寄存器，這些寄存器有些是易失性的，有些是非易失性的。當(dāng)芯片被指定從 Flash 啟動(dòng)的時(shí)候，我們?nèi)绻Ｍ?BootROM 能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求來提前設(shè)置好這些 Flash 寄存器，那么在應(yīng)用程序里就不用再額外配置了（涉及 Flash 工作狀態(tài)變化的配置，如果是 XIP 程序去操作，需要考慮代碼重定向問題）。

對(duì)于使用 FDCB 來配置 Flash 一個(gè)寄存器的操作，相信大家都很了解，在恩智浦 SDK 包里默認(rèn) FDCB 啟動(dòng)頭里都有成功示例。最近痞子衡同事嘗試使用 FDCB 去配置鎂光 MT35X 的兩個(gè)寄存器（地址為 0x000000 的寄存器切至 OPI DDR、地址為 0x000003 的寄存器設(shè) Drive Strength）發(fā)現(xiàn)有一個(gè)寄存器設(shè)置沒生效，這是怎么回事？今天我們來聊一聊：

Note: 本文適用于 i.MXRT500/600/1010/1020/1040/1050/1060/1160/1170

一、FDCB提供的Flash寄存器配置能力

我們先來看一下 FDCB 結(jié)構(gòu)里跟 Flash 配置相關(guān)的成員，痞子衡整理如下，簡(jiǎn)單來說，就是有一條 deviceModeSeq 和三條 configCmdSeqs，所以最多能配置 Flash 里 4 個(gè)不同命令下對(duì)應(yīng)的寄存器（有些 Flash 里一條配置命令能連續(xù)寫入多個(gè)寄存器，這種情況下就能配置不止 4 個(gè)寄存器），這對(duì)于大部分應(yīng)用場(chǎng)景都完全夠用了。

Note 1: BootROM 執(zhí)行這四個(gè)配置的順序分別是 deviceModeSeq、configCmdSeqs[0]、configCmdSeqs[1]、configCmdSeqs[2]，記住這個(gè)順序。Note 2: deviceModeSeq 與 configCmdSeq 實(shí)現(xiàn)的配置功能幾乎沒有區(qū)別，兩者能做的事情是一樣的，可以互換。

//!@brief?FlexSPI?Memory?Configuration?Block
typedef?struct?_FlexSPIConfig
{
????//?...

????//!<?[0x010-0x010]?Device?Mode?Configure?enable?flag,?1?-?Enable,?0?-?Disable
????uint8_t?deviceModeCfgEnable;
????//!<?[0x011-0x011]?Specify?the?configuration?command?type:Quad?Enable,?DPI/QPI/OPI?switch,?Generic?configuration,?etc.
????uint8_t?deviceModeType;?
????//!<?[0x012-0x013]?Wait?time?for?all?configuration?commands,?unit:?100us
????uint16_t?waitTimeCfgCommands;
????//!<?[0x014-0x017]?Device?mode?sequence?info,?[7:0]?-?LUT?sequence?id,?[15:8]?-?LUt?sequence?number,?[31:16]?Reserved
????flexspi_lut_seq_t?deviceModeSeq;
????//!<?[0x018-0x01b]?Argument/Parameter?for?device?configuration
????uint32_t?deviceModeArg;

????//!<?[0x01c-0x01c]?Configure?command?Enable?Flag,?1?-?Enable,?0?-?Disable?
????uint8_t?configCmdEnable;
????//!<?[0x01d-0x01f]?Configure?Mode?Type,?similar?as?deviceModeTpe?
????uint8_t?configModeType[3];
????//!<?[0x020-0x02b]?Sequence?info?for?Device?Configuration?command,?similar?as?deviceModeSeq
????flexspi_lut_seq_t?configCmdSeqs[3];
????//!<?[0x030-0x03b]?Arguments/Parameters?for?device?Configuration?commands
????uint32_t?configCmdArgs[3];

????//?...

????//!<?[0x07c-0x07d]?Busy?offset,?valid?value:?0-31
????uint16_t?busyOffset;
????//!<?[0x07e-0x07f]?Busy?flag?polarity,?0?-?busy?flag?is?1?when?flash?device?is?busy,?1?-?busy?flag?is?0?when?flash?device?is?busy
????uint16_t?busyBitPolarity;
????//!<?[0x080-0x17f]?Lookup?table?holds?Flash?command?sequences
????uint32_t?lookupTable[64];

????//?...

}?flexspi_mem_config_t;

在 《在FDCB里設(shè)置Flash的Dummy Cycle》 一文最后，痞子衡已經(jīng)分享了 BootROM 解析執(zhí)行 configCmdSeq 的代碼流程，在這個(gè)流程里我們能看到和 deviceModeType/configModeType[]、waitTimeCfgCommands 成員相關(guān)的邏輯代碼，這里有必要進(jìn)一步解釋一下。

//!@brief?Flash?Configuration?Command?Type
enum
{
????kDeviceConfigCmdType_Generic,????//!<?Generic?command,?for?example:?configure?dummy?cycles,?drive?strength,?etc
????kDeviceConfigCmdType_QuadEnable,?//!<?Quad?Enable?command
????kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi,????//!<?Switch?from?SPI?to?DPI/QPI/OPI?mode
????kDeviceConfigCmdType_Xpi2Spi,????//!<?Switch?from?DPI/QPI/OPI?to?SPI?mode
????kDeviceConfigCmdType_Spi2NoCmd,??//!<?Switch?to?0-4-4/0-8-8?mode
????kDeviceConfigCmdType_Reset,??????//!<?Reset?device?command
};

當(dāng) deviceModeType/configModeType 成員被設(shè)置為 kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi 時(shí)；如果 FDCB 本身被獲取時(shí) BootROM 用得是 DPI/QPI/OPI 命令（根據(jù) efuse 配置決定），那么此條 Flash 寄存器配置會(huì)被直接忽略；如果 BootROM 用得是普通一線 SPI 模式讀取的 FDCB，那么這個(gè) Flash 寄存器配置仍然生效。

kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi 等三個(gè)跟 Flash 命令模式切換相關(guān)的配置類型，顧名思義就是告訴 BootROM 這三種配置會(huì)導(dǎo)致 Flash 工作模式變化，而一旦 Flash 工作模式發(fā)生變化，用于判斷配置是否完成的 READ_STATUS 命令也隨之變得不可用（因?yàn)?SPI 模式下與 DPI/QPI/OPI 模式下的命令序列不同），這種情況下就需要借助 waitTimeCfgCommands 成員來實(shí)現(xiàn)軟件延時(shí)以等待對(duì) Flash 的配置真正生效（如果不等生效就直接進(jìn)入后續(xù)流程，可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)問題）。

kDeviceConfigCmdType_Generic 配置類型，則是用于跟工作模式切換無(wú)關(guān)的 Flash 寄存器配置，這種情況下 BootROM 可以使用 READ_STATUS 命令來判斷對(duì) Flash 寄存器配置是否已經(jīng)生效，那么就不需要 waitTimeCfgCommands 實(shí)現(xiàn)的延時(shí)等待（需要查 Flash 數(shù)據(jù)手冊(cè)作相應(yīng)設(shè)置，比較麻煩，而且手冊(cè)里是給了典型值和最大值，取最大值會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，典型值不能保證適用所有情況）。

二、配置Flash多個(gè)寄存器注意點(diǎn)

Flash 配置寄存器的寫入流程通常分三步：一、WRITE_ENABLE 使能寫操作；二、具體的 CONFIG_REG 操作；三、READ_STATUS 或者軟件延時(shí)確保配置已完成。這些命令序列全部存儲(chǔ)在 FDCB 里的 lookupTable[64] 成員里。

關(guān)于 Flash 寄存器的配置操作，從寄存器屬性上來看，分為易失性和非易失性兩種，前者的操作一般是立即生效的，后者的操作不是立即生效（Flash 狀態(tài)寄存器 WIP 位會(huì)反映進(jìn)度）。從命令模式角度來看，分為非模式切換操作（比如設(shè)置 Dummy Cycle、Drive Strength）以及切換 SPI 與 DPI/QPI/OPI 模式操作兩種，同樣前者操作是立即生效，后者操作不是立即生效。

現(xiàn)在回到文章開頭痞子衡同事遇到的問題，如果 deviceModeSeq 用于切換至 OPI DDR 模式，configCmdSeqs[0] 用于設(shè) Drive Strength，請(qǐng)問哪一個(gè)操作沒有生效？這里就不賣關(guān)子了，設(shè) Drive Strength 沒有生效，因?yàn)榈谝粋€(gè)配置是切換至 OPI DDR 模式，當(dāng) Flash 切換到該模式時(shí)，用于第二/三/四個(gè)配置的 WRITE_ENABLE 命令變得不可用了（還是因?yàn)?SPI 模式下與 DPI/QPI/OPI 模式下的命令序列不同），當(dāng)然對(duì)應(yīng) Flash 寄存器設(shè)置就無(wú)效了。

那么如何避免這個(gè)問題？有一個(gè)一勞永逸的方法，那就是永遠(yuǎn)用 configCmdSeqs[2] 去做 SPI 與 DPI/QPI/OPI 模式切換操作，這樣就不會(huì)影響前面三個(gè)配置。前面講了，此時(shí)判斷命令模式是否切換完成不能用 READ_STATUS 命令，那么就一定需要 waitTimeCfgCommands 來做軟延時(shí)，如果延時(shí)時(shí)間不夠，并且后續(xù) BootROM 執(zhí)行到驗(yàn)證 IVT 頭時(shí)模式切換仍未完成，這會(huì)導(dǎo)致 IVT 啟動(dòng)頭無(wú)法正確獲取從而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

假設(shè) waitTimeCfgCommands 延時(shí)設(shè)置對(duì)于命令模式切換已足夠，這樣問題就一定解決了嗎？其實(shí)還不一定，如果此時(shí)已將 deviceModeSeq 用于設(shè) Drive Strength，但是選擇得是寫入 Flash 非易失性存儲(chǔ)器，這需要確保 waitTimeCfgCommands 延時(shí)對(duì)于寫入非易失性寄存器也足夠。翻看 MT35X 的數(shù)據(jù)手冊(cè)可以發(fā)現(xiàn)，寫入非易失性寄存器 cycle time 典型值是 0.2s，最大值是 1s。

再對(duì)比看看旺宏以及華邦家的 OctalFlash 非易失性寄存器寫入時(shí)間，發(fā)現(xiàn)旺宏最短(<=60us)，華邦其次(<=15ms)，鎂光有點(diǎn)略長(zhǎng)了（<=1s）。越短的寫入時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間也越短。

如果此時(shí) waitTimeCfgCommands 設(shè)置對(duì)寫入非易失性寄存器來說不夠，即沒等到 Drive Strength 配置完成就去做切換 OPI 模式操作，這會(huì)導(dǎo)致模式切換失?。‵lash 在 Busy 期間不能接受任何寫入命令），當(dāng)然也就無(wú)法正常啟動(dòng)了。

以上介紹得都是比較復(fù)雜的 Flash 寄存器配置場(chǎng)景，如果是單純的易失性寄存器配置操作且不涉及模式切換，那么 FDCB 里這四個(gè)配置順序也就不重要了，而且也不需要啟用 waitTimeCfgCommands，這樣也不需要過多考慮了。

至此，在FDCB里配置串行NOR Flash多個(gè)寄存器的注意事項(xiàng)痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~