痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(11.1)- FlexSPI NOR连接方式大全(RT1015/1020/1050)

2019/04/10 10:10
阅读数 20

  大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RT1015/1020/1050三款MCU的FlexSPI NOR启动的连接方式

  由于i.MXRT内部没有非易失性存储器,因此在系统设计时为i.MXRT搭配一块存放应用程序代码的存储器是头等大事。i.MXRT支持启动的外部存储器类型众多,其中通过FlexSPI接口连接串行NOR Flash是首选。
  就i.MXRT芯片引脚本身来说,其FlexSPI模块支持的Pinmux选择较多,这在芯片参考手册Chip IO一章可以找到具体信息。但是并不是所有FlexSPI Pinmux组合都能被用来连接串行NOR Flash去启动。
  i.MXRT1050/1020/1015是i.MXRT系列MCU家族比较早亮相的型号,也是客户当前使用较多的i.MXRT芯片。它们三兄弟内部均只有一个双通道8bit的FlexSPI模块,在FlexSPI NOR启动连接方式支持上是相似的。今天痞子衡就来跟大家好好聊一聊到底哪些FlexSPI NOR连接方式是可以用作启动的。

一、FlexSPI连接模式

  在讲启动连接之前,首先跟大家简单聊一下FlexSPI模块的连接模式。从手册里看,FlexSPI一共有三种连接模式:

Individual mode:如下图左边Flash A1+A2+B1+B2,它们分时复用FlexSPI,同一时刻仅有一个四线QSPI Flash被操作(仅一个PORT有数据收发)。 Parallel mode:如下图左边Flash A1+B1或Flash A2+B2,同一时刻两个四线QSPI Flash可以一起被操作(两个PORT都有数据收发),FlexSPI会自动合并/拆分数据(read/program)到两个PORT。 Combination mode:如下图右边Flash A1或A2,这是FlexSPI接八线Octal/Hyper Flash的方法。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_ConnectionMode.png" style="zoom:100%" />

二、涉及FlexSPI引脚

  提及启动,就不得不提i.MXRT芯片内部BootROM,BootROM是固化在芯片内部ROM空间的一段代码,芯片上电永远是BootROM先运行,由BootROM从外部存储器去加载应用程序执行。因此FlexSPI NOR连接方式其实是由BootROM决定的,更直白点说,其实FlexSPI NOR连接方式是写死在BootROM代码里。

2.1 BootROM指定

  我们可以在芯片参考手册System Boot这一章节找到BootROM指定的FlexSPI NOR引脚,痞子衡整理如下:

  下表适用于i.MXRT105x(适用全系列封装):

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_1050.PNG" style="zoom:100%" />

  下表适用于i.MXRT102x和i.MXRT1015(<font color="Red">对于LQFP144封装,所有引脚均适用。对于LQFP100封装,只有1st Option里ALT为1的12根线可用</font>):

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_1020.PNG" style="zoom:100%" />

  上面的表格基本上已经给我们指明了方向,目前我们知道了哪些Pin可以用作FlexSPI NOR启动连接,但是似乎还是有一些不清楚的地方:

疑问1:1st Option里一共有4根片选信号(SSx)和2根DQS信号,而Flash只需要一个片选和一个DQS,是不是所有片选+DQS组合都可以?
疑问2:1st Option里一共8根数据线,除了连接八线Octal/Hyper Flash之外,是否可以单连四线QSPI Flash?PortA和PortB是不是都可以连QSPI Flash?
疑问3:是否可以从1st和2nd Option里分别挑选信号线和数据线来连接Flash?比如1st Option里的PortA_DATA[1:0]和2nd Option里的PORTA_DATA[3:2]组成四线。
疑问4:那根FlexSPI Reset信号对于1st和2nd Option是不是都适用?
疑问5:是否可以挂两片QSPI Flash启动?具体怎么挂?两片Flash能否实现在一片Flash中执行代码去擦写另一片Flash?
疑问6:2nd Option里只有PortA和一根片选,但RT1050 Pinmux表里其也支持PortB和其他片选,那些信号线后续是否可以利用?

  在后面的内容里,痞子衡会逐一为大家解析这些疑问。

2.2 BootROM未指定

  在此也列出不在BootROM指定的FlelxSPI NOR引脚,方便后续设计双Flash时参考。

  下表适用于i.MXRT105x(适用全系列封装):

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_1050_other.PNG" style="zoom:100%" />

  下表适用于i.MXRT102x和i.MXRT1015(适用全系列封装):

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_1020_other.PNG" style="zoom:100%" />

三、单Flash连接方式(3种)

  在系统设计时使用一片Flash是最常用的情况,这片Flash负责存放应用程序代码(即所谓的Code Flash),i.MXRT既可以在Flash中原地执行,也可以将应用程序拷贝到内部RAM中执行。
  相信大家做板级设计一定会参考官方EVK,在RT1050-EVKB中,官方给出了如下两种单Flash的连接方式,这也是最推荐的两种方式:
  <font color="Blue">第一种Flash连接方式就是利用FlexSPI 1st Option里的6根PORTA信号线连接四线QSPI Flash,此处需要注意的是片选信号仅能选PORTA_SS0</font>,你可能会疑问PORTA_SS1明明也在BootROM支持列表里,为何不能用?关于这一点痞子衡会在后面双Flash连接里为大家解释。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_QSPI_1st.png" style="zoom:100%" />

  <font color="Blue">第二种Flash连接方式就是利用FlexSPI 1st Option里的7根PORTA信号线和5根PORTB信号线连接八线Octal/Hyper Flash,此处仍需注意的是片选和DQS信号仅能选PORTA_SS0、PORTA_DQS</font>。此种Flash接法还利用了FlexSPI Reset信号。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_HyperFlash_1st.png" style="zoom:100%" />

  第三种Flash连接方式就是利用FlexSPI 2nd Option里的6根PORTA信号线连接四线QSPI Flash,具体接法跟第一种方式很像,但是此处没有关于片选的疑虑,因为2nd Option只有一个片选。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_QSPI_2nd.png" style="zoom:100%" />

  介绍完三种单Flash连接方案,现在来解答一些前面列出的疑问。

解答1:1st Option里一共4根片选信号(SSx)和2根DQS信号并不是随意组合都可以,无论是四线还是八线单Flash连接方案,均只有PORTA_SS0、PORTA_DQS这一种组合可用。其他组合主要用在双Flash连接方案中。
解答2:1st Option中仅PORTA可以单独接四线QSPI Flash,不支持PORTB单独接四线QSPI Flash。
解答3:不支持从1st和2nd Option里分别挑选数据线来连接Flash(不过就FlexSPI模块本身而言,理论上是支持的,但这么用的话需要解决数据线信号等长问题,因为这两个Option的走线长度在芯片内部不一样,总之不推荐这么用)。但是支持1st Option里取信号线,2nd Option里取数据线类似这种组合方式来连接Flash。
解答4:FlexSPI Reset信号是与1st、2nd Option无关的,所以两个Option下均可以用,不过Reset信号常用于八线Flash。

四、双Flash连接方式(18种)

  很多实际系统设计中,常常有既在Flash中存放用户应用程序,也在Flash中存放用户数据的场景,当然我们可以将一片Flash分成Code区和Data区来实现,但<font color="Blue">更好的方案是选用两片Flash(一片Code Flash、一片Data Flash)同时挂在FlexSPI上,这样可以避免数据误操作,而且最重要的是在擦除或者编程Data Flash的等待期间(这个时间可不短),CPU可以继续从Code Flash取代码执行或响应中断</font>。此处我们暂不讨论支持RWW特性的Flash。
  i.MXRT支持挂两片Flash去启动,此处仅以两片四线QSPI Flash为例。下图给出了多片Flash的连接方式,理论上一个FlexSPI最多可以挂四片Flash,因为最大有4个片选。但仅考虑接两片Flash的话,1st Option以及2nd Option里所有片选按排列组合来说应该有近30多种组合方式,那么这30多种组合是不是都可行呢?当然不是!要在这些组合中剔除掉不包含1st A_SS0或者2nd A_SS0的组合。即<font color="Blue">下图中标浅绿色的Flash A0在双Flash组合中是一定要存在的,因为BootROM上电永远是从Flash A0中获取FDCB以及启动代码头(IVT, BootData),所以Flash A0就是Code Flash</font>。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_Boot_FlexNOR_Pinmux_1050_2flashes_v2.PNG" style="zoom:100%" />

  分析到了这里,我们就知道如下符合条件的18种包含Flash A0的组合方式,其中标记Code的片选信号应该连接存放应用程序代码的Code Flash,标记Data的片选信号则连接存放用户数据的Data Flash:

Note1:如果两个Flash挂在同一类型PORT上(都是PORTA或都是PORTB),即下面的第1、2、3、10、11、12种组合时,这两片Flash最好是同一个型号,这样电气特性容易保持一致。
Note2:如果组合中所有引脚选择全部在BootROM指定范围里,那么BootROM直接支持Data Flash的配置。如果有引脚不在BootROM指定范围,那么需要用户在Code Flash用代码去实现Data Flash配置。

<table><tbody> <tr> <th rowspan="4">Num</th> <th colspan="9">FlexSPI 1st Option</th> <th colspan="4">FlexSPI 2nd Option</th> </tr> <tr> <th colspan="7">BootROM指定</th> <th colspan="2">BootROM未指定</th> <th colspan="2">BootROM指定</th> <th colspan="2">BootROM未指定</th> </tr> <tr> <th colspan="4"></th> <th colspan="3">不适用LQFP100</th> <th colspan="2"></th> <th colspan="2">不适用LQFP100</th> <th colspan="2">不适用LQFP144/100</th> </tr> <tr> <th>A_SS0</th> <th>A_DATA[3:0]<br> A_SCLK</th> <th>B_SCLK</th> <th>B_DATA[3:0]</th> <th>A_SS1</th> <th>B_SS0</th> <th>B_SS1</th> <th>A_SS1</th> <th>B_SS0</th> <th>A_SS0</th> <th>A_DATA[3:0]<br> A_SCLK</th> <th>A_SS1</th> <th>B_DATA[3:0]</th> </tr> <tr> <td>1</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>2</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>3</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> </tr> <tr> <td>4</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>5</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> </tr> <tr> <td>6</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>7</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> </tr> <tr> <td>8</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>9</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> </tr> <tr> <td>10</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>11</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>12</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> </tr> <tr> <td>13</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>14</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td>✔</td> </tr> <tr> <td>15</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>16</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td>✔</td> </tr> <tr> <td>17</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> </tr> <tr> <td>18</td> <td></td> <td></td> <td>✔</td> <td></td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Data</td> <td></td> <td></td> <td>✔<br> Code</td> <td>✔</td> <td></td> <td>✔</td> </tr> </table>

  介绍完18种双Flash连接方案,现在来解答一些前面列出的疑问。

解答5:可以挂两片QSPI Flash启动,一共有18种连接方式。两片Flash的方案还是不可以实现在Code Flash里原地执行代码去擦写Data Flash这种用法,但可以实现RWW的核心意义,下一节会单独展开讲这个。
解答6:不在BootROM指定的2nd Option PortB信号可以用于连接Data Flash,但是Data Flash的配置需要由Code Flash里的用户应用程序代码来完成,BootROM无法直接配置Data Flash。

五、关于RWW的注意事项

  现在市面上大部分Flash(尤其是普通四线QSPI)是不支持RWW(Read-While-Write)特性的,就是在单片Flash上无法实现同时读写。但如果我们在i.MXRT1015/1020/1050系统设计中采用一片支持RWW特性的Flash或者直接使用两片Flash,是否可以实现在Code Flash(或RWW Flash中的Code分区)中原地执行代码去擦写Data Flash(或RWW Flash中的Data分区)这种需求。答案其实还是不可以,这是由FlexSPI模块本身特性限制的,这个特性就是<font color="Blue">同一个FlexSPI模块下的AHB command和IP command是互斥的</font>。

5.1 FlexSPI异类命令互斥特性

  下图是FlexSPI模块框图,可以这么简单理解,CPU去Code Flash取程序代码指令走的是64bit AHB Bus(即AHB command),Code Flash里的程序代码里调用FlexSPI驱动去擦除或编程Data Flash走的是32bit IPS Bus(即IP command),这两种不同类型的command会经过ARB_CTL模块去仲裁,同一时间只有一种command胜出成为ARB command去实际操作Flash。

<img src="http://henjay724.com/image/cnblogs/i.MXRT_HW_SerialFlashXip_FlexSPI_block_diagram.PNG" style="zoom:100%" />

  那FlexSPI模块这个限制到底怎么破?有以下四种方式可以来帮忙:

方法1:在MPU里设置Code Flash对应的映射地址区域,使能Cache,并且保证应用程序代码里调用FlexSPI驱动去擦写Data Flash的关键部分(触发IP CMD执行)始终缓存在Cache里。
方法2:将应用程序代码里调用FlexSPI驱动去擦写Data Flash的关键部分搬运到RAM空间去运行,可以直接借助IDE特性去完成(比如IAR,可以用__ramfunc去修饰关键函数)。 方法3:在写Data Flash的时候借助DMA来搬运数据,不让CPU干预,具体可以参考官方《AN12564 Implement RWW on i.MX RT Series》 方法4:应用程序代码里的FlexSPI驱动直接使用BootROM API(代码是在ROM空间运行的)。

  这四种方法里首推方法4,既能实现需求,又能省Code Flash空间(FlexSPI驱动代码说小不小)。方法1其实是不推荐的,毕竟Cache是种玄学,岂是你想控制就控制的。

5.2 RWW的核心意义

  最后再说一下,挂两片Flash(或一片RWW Flash)到底相比挂一片非RWW Flash有什么好处?这就涉及到RWW的核心意义了,其实痞子衡前面已经讲过了,虽然不能实现在Code Flash中原地执行擦写操作相关代码,但是在Data Flash擦写等待期间,CPU可以继续从Code Flash取代码执行,这意味着此时不需要刻意关闭系统全局中断,因此不影响系统响应的实时性。

  至此,恩智浦i.MX RT1015/1020/1050三款MCU的FlexSPI NOR启动的连接方式痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

欢迎订阅

文章会同时发布到我的 博客园主页CSDN主页微信公众号 平台上。

微信搜索"痞子衡嵌入式"或者扫描下面二维码,就可以在手机上第一时间看了哦。

原文出处:https://www.cnblogs.com/henjay724/p/12375942.html

展开阅读全文
打赏
0
0 收藏
分享
加载中
更多评论
打赏
0 评论
0 收藏
0
分享
返回顶部
顶部