芯耀
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今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MX RT1015/1020/1050三款MCU的FlexSPI NOR啟動的連接方式。
由于i.MXRT內(nèi)部沒有非易失性存儲器，因此在系統(tǒng)設(shè)計時為i.MXRT搭配一塊存放應(yīng)用程序代碼的存儲器是頭等大事。i.MXRT支持啟動的外部存儲器類型眾多，其中通過FlexSPI接口連接串行NOR Flash是首選。
就i.MXRT芯片引腳本身來說，其FlexSPI模塊支持的Pinmux選擇較多，這在芯片參考手冊Chip IO一章可以找到具體信息。但是并不是所有FlexSPI Pinmux組合都能被用來連接串行NOR Flash去啟動。
i.MXRT1050/1020/1015是i.MXRT系列MCU家族比較早亮相的型號，也是客戶當(dāng)前使用較多的i.MXRT芯片。它們?nèi)值軆?nèi)部均只有一個雙通道8bit的FlexSPI模塊，在FlexSPI NOR啟動連接方式支持上是相似的。今天痞子衡就來跟大家好好聊一聊到底哪些FlexSPI NOR連接方式是可以用作啟動的。
1.涉及FlexSPI引腳
提及啟動，就不得不提i.MXRT芯片內(nèi)部BootROM，BootROM是固化在芯片內(nèi)部ROM空間的一段代碼，芯片上電永遠(yuǎn)是BootROM先運行，由BootROM從外部存儲器去加載應(yīng)用程序執(zhí)行。因此FlexSPI NOR連接方式其實是由BootROM決定的，更直白點說，其實FlexSPI NOR連接方式是寫死在BootROM代碼里。
我們可以在芯片參考手冊System Boot這一章節(jié)找到BootROM指定的FlexSPI NOR引腳，痞子衡整理如下：
下表適用于i.MXRT105x：
下表適用于i.MXRT102x和i.MXRT1015：
上面的表格基本上已經(jīng)給我們指明了方向，目前我們知道了哪些Pin可以用作FlexSPI NOR啟動連接，但是似乎還是有一些不清楚的地方：
疑問1：1st Option里一共有4根片選信號（SSx）和2根DQS信號，而Flash只需要一個片選和一個DQS，是不是所有片選+DQS組合都可以？
疑問2：1st Option里一共8根數(shù)據(jù)線，除了連接八線Octal/Hyper Flash之外，是否可以單連四線QSPI Flash？PortA和PortB是不是都可以連QSPI Flash？
疑問3：是否可以從1st和2nd Option里分別挑選信號線和數(shù)據(jù)線來連接Flash？比如1st Option里的PortA_DATA[1:0]和2nd Option里的PORTA_DATA[3:2]組成四線。
疑問4：那根FlexSPI Reset信號對于1st和2nd Option是不是都適用？
疑問5：是否可以掛兩片QSPI Flash啟動？具體怎么掛？兩片F(xiàn)lash能否實現(xiàn)在一片F(xiàn)lash中執(zhí)行代碼去擦寫另一片F(xiàn)lash？
疑問6：2nd Option里只有PortA和一根片選，但RT1050 Pinmux表里其也支持PortB和其他三根片選，那些信號線后續(xù)是否可以利用？
在下面文章的內(nèi)容里，痞子衡會逐一為大家解析這些疑問：
2.單Flash連接方式（3種）
在系統(tǒng)設(shè)計時使用一片F(xiàn)lash是最常用的情況，這片F(xiàn)lash負(fù)責(zé)存放應(yīng)用程序代碼（即所謂的Code Flash），i.MXRT既可以在Flash中原地執(zhí)行，也可以將應(yīng)用程序拷貝到內(nèi)部RAM中執(zhí)行。
相信大家做板級設(shè)計一定會參考官方EVK，在RT1050-EVKB中，官方給出了如下兩種單Flash的連接方式，這也是最推薦的兩種方式：
第一種Flash連接方式就是利用FlexSPI 1st Option里的6根PORTA信號線連接四線QSPI Flash，此處需要注意的是片選信號僅能選PORTA_SS0，你可能會疑問PORTA_SS1明明也在BootROM支持列表里，為何不能用？關(guān)于這一點痞子衡會在后面雙Flash連接里為大家解釋。
第二種Flash連接方式就是利用FlexSPI 1st Option里的7根PORTA信號線和5根PORTB信號線連接八線Octal/Hyper Flash，此處仍需注意的是片選和DQS信號僅能選PORTA_SS0、PORTA_DQS。此種Flash接法還利用了FlexSPI Reset信號。
第三種Flash連接方式就是利用FlexSPI 2nd Option里的6根PORTA信號線連接四線QSPI Flash，具體接法跟第一種方式很像，但是此處沒有關(guān)于片選的疑慮，因為2nd Option只有一個片選。
介紹完三種單Flash連接方案，現(xiàn)在來解答一些前面列出的疑問。
解答1：1st Option里一共4根片選信號（SSx）和2根DQS信號并不是隨意組合都可以，無論是四線還是八線單Flash連接方案，均只有PORTA_SS0、PORTA_DQS這一種組合可用。其他組合主要用在雙Flash連接方案中。
解答2：1st Option中僅PORTA可以單獨接四線QSPI Flash，不支持PORTB單獨接四線QSPI Flash。
解答3：不支持從1st和2nd Option里分別挑選信號線和數(shù)據(jù)線來連接Flash。不過就FlexSPI模塊本身而言，理論上是支持的，但這么用的話需要解決信號線等長問題，因為這兩個Option的走線長度在芯片內(nèi)部不一樣。總之不推薦這么用。
解答4：FlexSPI Reset信號是與1st、2nd Option無關(guān)的，所以兩個Option下均可以用，不過Reset信號常用于八線Flash。
3.雙Flash連接方式（14種）
很多實際系統(tǒng)設(shè)計中，常常有既在Flash中存放用戶應(yīng)用程序，也在Flash中存放用戶數(shù)據(jù)的場景，當(dāng)然我們可以將一片F(xiàn)lash分成Code區(qū)和Data區(qū)來實現(xiàn)，但更好的方案是選用兩片F(xiàn)lash（一片Code Flash、一片Data Flash）同時掛在FlexSPI上，這樣可以避免數(shù)據(jù)誤操作，而且最重要的是在擦除或者編程Data Flash的等待期間（這個時間可不短），CPU可以繼續(xù)從Code Flash取代碼執(zhí)行或響應(yīng)中斷。此處我們暫不討論支持RWW特性的Flash。
i.MXRT支持掛兩片F(xiàn)lash去啟動，此處僅以兩片四線QSPI Flash為例。下圖給出了多片F(xiàn)lash的連接方式，理論上一個FlexSPI最多可以掛四片F(xiàn)lash，因為最大有4個片選。但僅考慮接兩片F(xiàn)lash的話，1st Option以及2nd Option里一共8個片選，按排列組合來說應(yīng)該有 C(8,2) = 28種組合方式，但要考慮如下異常：
異常1：1st A_SS0-2nd A_SS0、1st A_SS1-2nd A_SS1、1st B_SS0-2nd B_SS0、1st B_SS1-2nd B_SS1互聯(lián)這4種情況需排除
異常2：1st A_SS0-2nd A_SS1、1st A_SS1-2nd A_SS0、1st B_SS0-2nd B_SS1、1st B_SS1-2nd B_SS0連接這四種情況，DATA線有兩種選擇，所以要增加4種組合
考慮進(jìn)上述異常情況后，還是存在28種連接組合，那么這28種組合是不是都可行呢？當(dāng)然不是！要在這28種組合中剔除掉不包含1st A_SS0或者2nd A_SS0的組合。即下圖中標(biāo)淺綠色的Flash A0在雙Flash組合中是一定要存在的，因為BootROM上電永遠(yuǎn)是從Flash A0中獲取FDCB以及啟動代碼頭（IVT, BootData），所以Flash A0就是Code Flash。
分析到了這里，我們就知道如下符合條件的14種包含F(xiàn)lash A0的組合方式，其中標(biāo)記Code的片選信號應(yīng)該連接存放應(yīng)用程序代碼的Code Flash，標(biāo)記Data的片選信號則連接存放用戶數(shù)據(jù)的Data Flash：
Note：有一個地方要注意，如果兩個Flash掛在同一類型PORT上（都是PORTA或都是PORTB），即下面的第1、4、5、8、9、12種組合時，這兩片F(xiàn)lash最好是同一個型號，這樣電氣特性容易保持一致。
介紹完14種雙Flash連接方案，現(xiàn)在來解答一些前面列出的疑問。
解答5：可以掛兩片QSPI Flash啟動，一共有14種連接方式。兩片F(xiàn)lash的方案還是不可以實現(xiàn)在Code Flash里原地執(zhí)行代碼去擦寫Data Flash這種用法，但可以實現(xiàn)RWW的核心意義，下一節(jié)會單獨展開講這個。
解答6：不在BootROM指定的2nd Option PortB信號可以用于連接Data Flash，但是Data Flash的配置需要由Code Flash里的用戶應(yīng)用程序代碼來完成，BootROM無法直接配置Data Flash。
4.關(guān)于RWW的注意事項
現(xiàn)在市面上大部分Flash（尤其是普通四線QSPI）是不支持RWW（Read-While-Write）特性的，就是在單片F(xiàn)lash上無法實現(xiàn)同時讀寫。但如果我們在i.MXRT1015/1020/1050系統(tǒng)設(shè)計中采用一片支持RWW特性的Flash或者直接使用兩片F(xiàn)lash，是否可以實現(xiàn)在Code Flash（或RWW Flash中的Code分區(qū)）中原地執(zhí)行代碼去擦寫Data Flash（或RWW Flash中的Data分區(qū)）這種需求。答案其實還是不可以，這是由FlexSPI模塊本身特性限制的，這個特性就是同一個FlexSPI模塊下的AHB command和IP command是互斥的。
4.1 FlexSPI異類命令互斥特性
下圖是FlexSPI模塊框圖，可以這么簡單理解，CPU去Code Flash取程序代碼指令走的是64bit AHB Bus（即AHB command），Code Flash里的程序代碼里調(diào)用FlexSPI驅(qū)動去擦除或編程Data Flash走的是32bit IPS Bus（即IP command），這兩種不同類型的command會經(jīng)過ARB_CTL模塊去仲裁，同一時間只有一種command勝出成為ARB command去實際操作Flash。
那FlexSPI模塊這個限制到底怎么破？有以下三種方式可以來幫忙：
方法1：在MPU里設(shè)置Code Flash對應(yīng)的映射地址區(qū)域，使能Cache，并且保證應(yīng)用程序代碼里調(diào)用FlexSPI驅(qū)動去擦寫Data Flash的關(guān)鍵部分（觸發(fā)IP CMD執(zhí)行）始終緩存在Cache里。
方法2：將應(yīng)用程序代碼里調(diào)用FlexSPI驅(qū)動去擦寫Data Flash的關(guān)鍵部分搬運到RAM空間去運行，可以直接借助IDE特性去完成（比如IAR，可以用__ramfunc去修飾關(guān)鍵函數(shù)）。
方法3：應(yīng)用程序代碼里的FlexSPI驅(qū)動直接使用BootROM API（代碼是在ROM空間運行的）。
這三種方法里首推方法3，既能實現(xiàn)需求，又能省Code Flash空間（FlexSPI驅(qū)動代碼說小不?。?。方法1其實是不推薦的，畢竟Cache是種玄學(xué)，豈是你想控制就控制的。
4.2 RWW的核心意義
最后再說一下，掛兩片F(xiàn)lash（或一片RWW Flash）到底相比掛一片非RWW Flash有什么好處？這就涉及到RWW的核心意義了，其實痞子衡前面已經(jīng)講過了，雖然不能實現(xiàn)在Code Flash中原地執(zhí)行擦寫操作相關(guān)代碼，但是在Data Flash擦寫等待期間，CPU可以繼續(xù)從Code Flash取代碼執(zhí)行，這意味著此時不需要刻意關(guān)閉系統(tǒng)全局中斷，因此不影響系統(tǒng)響應(yīng)的實時性。
至此，恩智浦i.MX RT1015/1020/1050三款MCU的FlexSPI NOR啟動的連接方式痞子衡便介紹完畢了~~~
作者：痞子衡
