探討i.MX RT下FlexSPI driver實(shí)現(xiàn)Flash編程時(shí)對(duì)于中斷支持問題

前段時(shí)間有客戶在官方社區(qū)反映i.MX RT1170下，使用官方SDK里FlexSPI驅(qū)動(dòng)去擦寫Flash時(shí)不能很好地支持全局中斷。 客戶項(xiàng)目里用了兩塊NOR Flash，分別掛在不同的 FlexSPI上，一塊Flash用于存儲(chǔ)XIP代碼（FlexSPI1），另一塊Flash用于存儲(chǔ)項(xiàng)目資源數(shù)據(jù)（FlexSPI2），顯然這樣的設(shè)計(jì)原理上是沒有問題的，那為什么使能了中斷會(huì)出問題呢？今天就來分析下這個(gè)問題：

注: 客戶測(cè)試的SDK版本為 2.12.1，對(duì)應(yīng)的FlexSPI driver版本為2.3.6

一、為什么擦寫Flash時(shí)經(jīng)常需要關(guān)全局中斷？

在具體分析客戶問題之前，我們先來聊聊嵌入式應(yīng)用里應(yīng)對(duì)NOR Flash的擦寫，為何大部分情況下都是要關(guān)閉全局中斷（這里假設(shè)執(zhí)行代碼空間與擦寫操作空間在同一個(gè) Flash上，當(dāng)然是在不同區(qū)域），這其實(shí)跟如下兩個(gè)特性有關(guān)：

1.1 RWW特性（Read-While-Write）

RWW特性的意思是在Flash執(zhí)行擦寫命令進(jìn)入Busy 狀態(tài)期間（Flash內(nèi)部狀態(tài)寄存器 WIP位變狀態(tài)1）還能否繼續(xù)響應(yīng)非操作區(qū)域的讀訪問。如果SR[WIP] = 1 時(shí)還能夠支持讀訪問，則該Flash 支持RWW，反之則不支持RWW。

絕大部分Flash都是不支持RWW特性的，這就是為什么Flash擦寫操作代碼本身是需要重定向到RAM里去執(zhí)行（尤其是回讀SR[WIP]狀態(tài)的代碼）。

對(duì)于支持RWW特性的Flash，一般是以Block為單位，F(xiàn)lash擦寫操作代碼放在BlockX 里執(zhí)行，則可以操作BlockX以外的其它Block 區(qū)域，且不需要做代碼重定向。

現(xiàn)在你應(yīng)該知道對(duì)于不支持RWW的Flash為什么擦寫時(shí)需要關(guān)閉全局中斷了，因?yàn)闊o法保證中斷響應(yīng)相關(guān)代碼全都重定向到RAM里了，所以干脆在Flash擦寫期間不響應(yīng)任何中斷。

1.2 SCLK Stop特性

SCLK Stop特性的意思是在Flash執(zhí)行寫入命令接受主設(shè)備傳輸過來的Page數(shù)據(jù)期間，如果總線上SCLK停止（一般情況是FlexSPI這一端的TXFIFO為空或者觸發(fā)空條件），則Flash能否也暫停接受當(dāng)前Page數(shù)據(jù)直到SCLK繼續(xù)輸出從而繼續(xù)處理剩下的Page數(shù)據(jù)。

絕大部分Flash是不支持SCLK Stop特性的，因此在MCU端如果傳輸Page數(shù)據(jù)，需要一次性連續(xù)傳輸完成，一旦中途被打斷，則兩次不連續(xù)的Page數(shù)據(jù)傳輸可能無法得到想要的Page寫入結(jié)果。這也是為何Flash寫入期間我們需要關(guān)閉中斷。

二、FlexSPI外設(shè)寫操作設(shè)計(jì)

關(guān)于i.MX RT上的FlexSPI外設(shè)基本情況，以前有兩篇舊文 《FlexSPI支持在Flash XIP原理》、《FlexSPI支持AHB方式寫入Flash》，大家先讀一下有個(gè)初步了解。 這里想重點(diǎn)說一下FlexSPI關(guān)于IPG方式寫操作的設(shè)計(jì)，下圖為FlexSPI外設(shè)的模塊框圖，綠色線標(biāo)出了 IPG 方式寫入的通路，這里大家可以看出，其中 IP_TX_FIFO 模塊起了重要的數(shù)據(jù)緩沖作用，驅(qū)動(dòng)里往 FLEXSPI->TFDRx 寄存器寫入的 Page 數(shù)據(jù)會(huì)先被裝載進(jìn) IP_TX_FIFO 里，然后再傳輸出去。

不同i.MX RT型號(hào)中IP_TX_FIFO大小不一樣，目前有三種大小：128、256或1024 Bytes。

對(duì)于QuadSPI/OctalSPI NOR Flash來說，Page 大小一般是256 Bytes；對(duì)于 HyperBus Flash，Page 大小一般是 512 Bytes。所以在 i.MX RT10xx 上 IP_TX_FIFO 是不足以緩沖整個(gè) Page 的，i.MX RT117x 上可以緩沖 QuadSPI/OctalSPI NOR 類型的 Page，i.MX RT118x/5xx/6xx 上則可以緩沖全部 NOR Flash 類型的 Page。

對(duì)于 Page 數(shù)據(jù)不能全部緩沖的情況，則需要一邊傳輸一邊緩沖。

在具體裝載數(shù)據(jù)進(jìn) IP_TX_FIFO 時(shí)，主要涉及如下三個(gè) FLEXSPI 寄存器，IP_TX_FIFO 一次只能被填入watermark level大小的數(shù)據(jù)，想要把全部 Page 數(shù)據(jù)填進(jìn) IP_TX_FIFO，需要分多次裝載。只要 FLEXSPI->INTR[IPTXWE] 標(biāo)志為 0， 即代表 IP_TX_FIFO 剩余空間大于等于 watermark level，那么就可以繼續(xù)裝載。

FLEXSPI->IPTXFCR[TXWMRK] -- 設(shè)置一次裝載進(jìn) IP_TX_FIFO 的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（即 watermark level），8 Bytes為單位

FLEXSPI->TFDRx -- 按 watermark level 長(zhǎng)度填入 IP_TX_FIFO 裝載數(shù)據(jù)

FLEXSPI->INTR[IPTXWE] -- 觸發(fā) IP_TX_FIFO 的一次裝載

三、客戶問題及FlexSPI driver寫操作流程

前面鋪墊了這么多，終于來到客戶遇到的 FlexSPI 驅(qū)動(dòng)對(duì)于中斷不支持的問題了。因?yàn)榭蛻羰褂昧藘善現(xiàn)lash，所以不存在 RWW 限制問題，那剩下的原因就跟 SCLK Stop 特性有關(guān)，即 IP_TX_FIFO 并沒有緩沖全部的 Page，導(dǎo)致 Page 傳輸過程被中斷打斷了，然后 IP_TX_FIFO 因?yàn)榫彌_數(shù)據(jù)全部發(fā)完而使 FlexSPI 模塊進(jìn)入了 SCLK Stop 狀態(tài)。

我們直接打開fsl_flexspi.c驅(qū)動(dòng)文件，找到跟寫操作相關(guān)的 FLEXSPI_TransferBlocking() 函數(shù)，在函數(shù)實(shí)現(xiàn)里可以發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)寫傳輸時(shí)序的控制位 FLEXSPI->IPCMD[TRG] 是在 IP_TX_FIFO 填充動(dòng)作 FLEXSPI_WriteBlocking() 函數(shù)之前被開啟的，那這樣的實(shí)現(xiàn)確實(shí)是不能夠很好地支持中斷的。

四、如何改進(jìn)FlexSPI driver支持中斷？

知道了原因所在，改起來也很簡(jiǎn)單。如果是QuadSPI/OctalSPI NOR Flash類型（Page=256 Bytes），在 i.MX RT117x 上，其 IP_TX_FIFO 大小為 256 Bytes，能夠緩沖全部的 Page 大小，則可以先調(diào)用 FLEXSPI_WriteBlocking() 裝載全部的 Page 數(shù)據(jù)，然后再開啟 FLEXSPI->IPCMD[TRG] 去觸發(fā)寫傳輸時(shí)序，這時(shí)候就不怕被中斷打斷了，如下代碼所示。

當(dāng)然下面代碼只是一個(gè) workaround 式的實(shí)現(xiàn)示例，不是一個(gè)完整的解決方案，畢竟 FlexSPI 驅(qū)動(dòng)要適配全部 i.MX RT 型號(hào)以及全部類型的 NOR Flash，此外還適用 NAND 型 Flash（Page 一般是 2KB），這時(shí)候需要根據(jù)情況拆分調(diào)用多次 FLEXSPI_WriteBlocking() 函數(shù)（不管怎樣要保證啟動(dòng)寫傳輸時(shí)序前，把 IP_TX_FIFO 先裝滿）。

status_t FLEXSPI_TransferBlocking(FLEXSPI_Type *base, flexspi_transfer_t *xfer)
{
    // 代碼略去

    /* Start Transfer. */
    if ((xfer->cmdType == kFLEXSPI_Write) || (xfer->cmdType == kFLEXSPI_Config))
    {
        result = FLEXSPI_WriteBlocking(base, xfer->data, xfer->dataSize);
        base->IPCMD |= FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
    }
    else if (xfer->cmdType == kFLEXSPI_Read)
    {
        base->IPCMD |= FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
        result = FLEXSPI_ReadBlocking(base, xfer->data, xfer->dataSize);
    }
    else
    {
        base->IPCMD |= FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
    }

    // 代碼略去
}

審核編輯：湯梓紅