缺失DQS信號的FlexSPI連接Flash有何不同？

一、FlexSPI的DQS信號作用

文章中沒有提及四線 QSPI Flash，因為一般的四線 QSPI Flash 芯片并沒有 DQS 信號引腳。FlexSPI 模塊的 DQS 信號當然可以用來連接 Octal Flash、Hyper Flash 上的 DQS 引腳，那么對于四線 QSPI Flash，這個 DQS 信號就沒有作用了嗎？其實不是的。

我們翻開 i.MXRT1170 的數(shù)據(jù)手冊（Data Sheet）找到 FlexSPI parameters 小節(jié)里的如下內(nèi)容，就很清楚了。FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] 位對應(yīng)了三種 DQS 信號源設(shè)置：0x0 - Dummy read strobe looped back internally 設(shè)置即完全不用 DQS 引腳（可作它用），對應(yīng)最高 60MHz SDR 訪問速度；0x1 - Dummy read strobe looped back through the DQS pad 設(shè)置即從 DQS 引腳上回環(huán)，因此 DQS 引腳需要懸空，對應(yīng)最高 133MHz SDR 訪問速度；0x3 - Read strobe from memory device DQS pad 設(shè)置即接到存儲芯片 DQS 引腳上，對應(yīng)最高 166MHz SDR 訪問速度；

? Dummy read strobe generated by FlexSPI controller and looped back internally (FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] = 0x0)
? Dummy read strobe generated by FlexSPI controller and looped back through the DQS pad (FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] = 0x1)
? Read strobe provided by memory device and input from DQS pad (FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] = 0x3)

二、哪些FlexSPI引腳組不支持DQS？

目前恩智浦已量產(chǎn)的所有 i.MXRT 型號里（RT500/600/1010/1015/1020/1050/1060/1160/1170），大部分的 FlexSPI 引腳組合都是包含 DQS 信號設(shè)計的，只有如下兩個例外。沒有 DQS 信號的引腳組合連 Flash 時，應(yīng)配置 FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] 為 0x0 - looped back internally。

2.1 i.MXRT600 FlexSPI0 PortB

2.2 i.MXRT1160/1170 FlexSPI2 2nd PortA

三、使能沒有DQS的FlexSPI連接的Flash

對于不含 DQS 信號的 FlexSPI 引腳組合，使用恩智浦相關(guān)工具操作連接在其上的 NOR Flash 是需要做一些改動的，我們以 i.MXRT1170-Validation 板卡為例來介紹具體改動。

i.MXRT1170-Validation 板卡是專供恩智浦內(nèi)部使用的，分為 CPU1/2/3/4 四款，每款的硬件連接不同，其中 CPU2 板卡在 FlexSPI2 2nd PortA 上連接了一顆鎂光的 MT25QL128：

3.1 SDK中FlexSPI擦寫Flash例程改動

我們現(xiàn)在打開 SDK 里的 FlexSPI 例程，這個例程是針對 MIMXRT1170-EVK 板卡寫的，在 EVK 上 NOR Flash 默認是連在 FlexSPI1 1st PortA 上的，因此我們需要對例程做一些改動。

例程路徑：\\SDK_2.x.x_MIMXRT1170-EVK\\boards\\evkmimxrt1170\\driver_examples\\flexspi\\nor\\polling_transfer\\cm7

首當其沖的改動當然是 pin_mux.c 文件里的 BOARD_InitPins() 函數(shù)，需要將 FlexSPI1 1st Pinmux 換成 FlexSPI2 2nd Pinmux：

void BOARD_InitPins(void) 
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);

    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_05_FLEXSPI1_A_DQS, 1U);
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_06_FLEXSPI1_A_SS0_B, 1U;
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_07_FLEXSPI1_A_SCLK, 1U);
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_08_FLEXSPI1_A_DATA00, 1U);
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_09_FLEXSPI1_A_DATA01, 1U);
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_10_FLEXSPI1_A_DATA02, 1U);
    //IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B2_11_FLEXSPI1_A_DATA03, 1U);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_05_FLEXSPI1_A_DQS, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_06_FLEXSPI1_A_SS0_B, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_07_FLEXSPI1_A_SCLK, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_08_FLEXSPI1_A_DATA00, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_09_FLEXSPI1_A_DATA01, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_10_FLEXSPI1_A_DATA02, 0x0AU);
    //IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B2_11_FLEXSPI1_A_DATA03, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_00_FLEXSPI2_A_SS0_B, 1U;
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_01_FLEXSPI2_A_SCLK, 1U);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_02_FLEXSPI2_A_DATA00, 1U);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_03_FLEXSPI2_A_DATA01, 1U);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_04_FLEXSPI2_A_DATA02, 1U);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_B1_05_FLEXSPI2_A_DATA03, 1U);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_00_FLEXSPI2_A_SS0_B, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_01_FLEXSPI2_A_SCLK, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_02_FLEXSPI2_A_DATA00, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_03_FLEXSPI2_A_DATA01, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_04_FLEXSPI2_A_DATA02, 0x0AU);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_B1_05_FLEXSPI2_A_DATA03, 0x0AU);
}

然后再改一下 app.h 文件里的宏定義，從 FlexSPI1 換到 FlexSPI2，并相應(yīng)調(diào)整 Flash 屬性（EVK 上是 IS25WP128，Validation 板上是 MT25QL128），以及更新 flexspi_clock_init() 函數(shù)：

//#define EXAMPLE_FLEXSPI FLEXSPI1
//#define EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE FlexSPI1_AMBA_BASE
//#define EXAMPLE_FLEXSPI_CLOCK kCLOCK_Flexspi1
#define EXAMPLE_FLEXSPI FLEXSPI2
#define EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE FlexSPI2_AMBA_BASE
#define EXAMPLE_FLEXSPI_CLOCK kCLOCK_Flexspi2

static inline void flexspi_clock_init(void)
{
    // 在 BOARD_BootClockRUN() 函數(shù)里給 FlexSPI 設(shè)置的時鐘源是 OSC_RC_48M_DIV2 / 2 即 12MHz
    // 這里沒有再次分頻，因此 FlexSPI root clock 就是 12MHz
    //CLOCK_SetRootClockDiv(kCLOCK_Root_Flexspi1, 2);
    //CLOCK_SetRootClockMux(kCLOCK_Root_Flexspi1, 0);
    CLOCK_SetRootClockDiv(kCLOCK_Root_Flexspi2, 2);
    CLOCK_SetRootClockMux(kCLOCK_Root_Flexspi2, 0);
}

上面都是大家能意識到的改動，但其實最容易被忽略的改動是 flexspi_nor_flash_ops.c 文件里的 flexspi_nor_flash_init() 函數(shù)，config.rxSampleClock 設(shè)置必須要改成 kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackInternally 才行。代碼全部改完之后下載運行就可以正常擦寫 Flash 了。

void flexspi_nor_flash_init(FLEXSPI_Type *base)
{
    // 省略部分代碼 ...

    flexspi_clock_init();

    flexspi_config_t config;
    FLEXSPI_GetDefaultConfig(&config);

    config.ahbConfig.enableAHBPrefetch    = true;
    config.ahbConfig.enableAHBBufferable  = true;
    config.ahbConfig.enableReadAddressOpt = true;
    config.ahbConfig.enableAHBCachable    = true;
    //config.rxSampleClock                  = kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackFromDqsPad;
    config.rxSampleClock                  = kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackInternally;
    FLEXSPI_Init(base, &config);

    // 省略部分代碼 ...
}

3.2 SDK中Flashloader工程使用

現(xiàn)在我們再來用一下 SDK 里的 flashloader 工程，這個應(yīng)用程序可以與恩智浦專用命令行上位機 blhost.exe 進行交互，工程需要用調(diào)試器下載進主芯片內(nèi)部 RAM 運行

工程路徑：\\SDK_2.x.x_MIMXRT1170-EVK\\boards\\evkmimxrt1170\\bootloader_examples\\flashloader\\cm7

flashloader 運行起來之后，使用 blhost 工具按序執(zhí)行下列命令，也一樣能對 Flash 進行擦寫：

blhost -u -- get-property 1

# 選中 FlexSPI2
blhost -u -- fill-memory 0x20000000 4 0xcf900002
blhost -u -- configure-memory 9 0x20000000

# 配置 NOR Flash（forced internal DQS）
blhost -u -- fill-memory 0x20000000 4 0xc1000053  # 其中bit[7:4]是關(guān)鍵設(shè)置!!!
blhost -u -- fill-memory 0x20000004 4 0x00110000
blhost -u -- configure-memory 9 0x20000000
blhost -u -- get-property 25 9

# 下載包含 IVT 頭的 App
blhost -u -- flash-erase-region 0x60000000 0x8000
blhost -u -- fill-memory 0x20000000 4 0xf000000f
blhost -u -- configure-memory 9 0x20000000
blhost -u -- write-memory 0x60001000 ivt_app.bin

上面命令序列里第二條 fill-memory 命令的參數(shù) 0xc1000053 是關(guān)鍵，從 flashloader 源代碼里看它其實是在設(shè)置 serial_nor_config_option_t.option0.B.misc_mode 為 kSerialNorEnhanceMode_InternalLoopback，這個設(shè)置對于四線 QSPI Flash 而言就是設(shè) config->memConfig.readSampleClkSrc 為 kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally：

enum
{
    kSerialNorEnhanceMode_Disabled = 0,
    kSerialNorEnhanceMode_0_4_4_Mode = 1,
    kSerialNorEnhanceMode_0_8_8_Mode = 2,
    kSerialNorEnhanceMode_DataOrderSwapped = 3,
    kSerialNorEnhanceMode_2ndPinMux = 4,
    kSerialNorEnhanceMode_InternalLoopback = 5,
};

status_t parse_sfdp(uint32_t instance,
                    flexspi_nor_config_t *config,
                    jedec_info_table_t *tbl,
                    serial_nor_config_option_t *option)
{
    status_t status = kStatus_InvalidArgument;
    do
    {
        // 省略部分代碼...
        uint8_t misc_mode = option- >option0.B.misc_mode;
        if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_Disabled)
        {
            // 省略部分代碼...
        }
#if FLEXSPI_ENABLE_NO_CMD_MODE_SUPPORT
        else if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_0_4_4_Mode)
        {
            // 省略部分代碼...
        }
#endif // FLEXSPI_ENABLE_NO_CMD_MODE_SUPPORT
        else if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_InternalLoopback)
        {
            config- >memConfig.readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally;
        }
        else
        {
            // Do nothing
        }
        // 省略部分代碼...
    } while (0);
    return status;
}

3.3 下載工具MCUBootUtility配置

flashloader 的使用對一般客戶來說太復雜了，還是圖形化工具 MCUBootUtility 更方便，打開這個工具，按如下配置（主要就是圖中藍框圈起來的 Misc Mode 設(shè)置），也可以正常擦寫 Flash。熟悉這個工具原理的朋友應(yīng)該知道它底層依賴得就是 3.2 節(jié)里的 flashloader 與 blhost。

3.4 SDK例程里的FDCB啟動頭改動

最后就是 SDK 里全部例程的 XIP build 都需要一個 FDCB 頭，這個頭定義在 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里，這里也要改一下 readSampleClkSrc 和 serialClkFreq 配置才行。

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
    .memConfig =
        {
            .tag              = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
            .version          = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
            //.readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackFromDqsPad,
            .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally,
            .csHoldTime       = 3u,
            .csSetupTime      = 3u,
            .controllerMiscOption = 0x10,
            .deviceType           = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
            .sflashPadType        = kSerialFlash_4Pads,
            //.serialClkFreq        = kFlexSpiSerialClk_133MHz,
            .serialClkFreq        = kFlexSpiSerialClk_60MHz,
            .sflashA1Size         = 16u * 1024u * 1024u,
            .lookupTable =
                {
                    // Read LUTs
                    FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                    FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x00, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
                    FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04, 0, 0, 0),
                },
        },
    .pageSize           = 256u,
    .sectorSize         = 4u * 1024u,
    .ipcmdSerialClkFreq = 0x1,
    .blockSize          = 256u * 1024u,
    .isUniformBlockSize = false,
};