痞子衡嵌入式：在i.MXRT启动头FDCB里调整Flash工作频率也需同步设Dummy Cycle (以IS25WP128为例)

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　　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Flash工作频率与Dummy Cycle的联系。

　　上一篇文章 《从头开始认识i.MXRT启动头FDCB里的lookupTable》，痞子衡带大家从头梳理了下i.MXRT下启动头FDCB里lookupTable的设计与实现细节，在这个过程中也简单跟大家介绍了串行NOR Flash的工作模式（主要是Fast Read Quad I/O），今天痞子衡在FDCB设置范畴下跟大家再进一步地探讨Flash工作频率与Dummy Cycle设置问题。

一、引入Flash工作频率与Dummy Cycle对应关系问题

　　今天我们以i.MXRT1170-EVK上的板载Flash为例，其具体型号为IS25WP128-JBLE，在Flash数据手册特性介绍里可以看到这颗Flash最高可以运行在133MHz频率下（SDR模式），并且其Dummy Cycle也是可选的，那么Dummy Cycle是不是可以任意配呢？答案既是也不是，痞子衡先卖个关子。

　　让我们再来回顾下这颗Flash的Fast Read Quad I/O时序图，从时序图里可以看到Dummy Cycle默认是6（包括Mode Bits时序一共6个SCK时钟周期），那么默认的6个Dummy Cycle是不是适用全部的Flash工作频率呢？咱们继续看Flash数据手册。

　　在数据手册里找到了下面这张表，Read Dummy Cycle与最大工作频率的联系，从表里可以看到当Flash工作在Fast Read Quad I/O模式时，默认的6个Dummy Cycle适用的最大工作频率是104MHz，即104MHz工作频率及以下均可以使用默认的6个Dummy Cycle。如果工作频率高于104MHz，Dummy Cycle应相应调大，比如133MHz工作频率需对应至少9个Dummy Cycle。

二、如何在FDCB里设置FlexSPI的Dummy Cycle？

　　根据上面的分析，如果我们希望i.MXRT1170-EVK上这颗IS25WP128-JBLE启动后工作在133MHz，那么我们需要在FDCB里至少配置9个Dummy Cycle。因此下述FDCB启动头里 FLASH_DUMMY_CYCLES 宏应设为9， qspiflash_config.memConfig.serialClkFreq 应改为 kFlexSpiSerialClk_133MHz，这样的设置对于i.MXRT端是足够的，因为更改后FlexSPI外设确实可以输出133MHz的SCK，并且按9个Dummy Cycle的时序去读Flash。

　　但是把这样的FDCB启动头直接下载进Flash后发现i.MXRT无法从Flash正常启动，因为Flash端的Dummy Cycle还是默认的6个SCK周期，上面的FDCB仅仅是调整了FlexSPI输出，并不会同步调整Flash端，此时主从两端Dummy Cycle数不匹配，时序错乱了，传输数据发生了错位，应用程序当然无法启动。

　　所以Flash这边需要其他的方式设置好Dummy Cycle后，上述方式更改的FDCB启动头才能正常使用。

　　有一个现象需要特别说明一下，如果我们直接修改 qspiflash_config.memConfig.serialClkFreq 到 kFlexSpiSerialClk_133MHz， 但是 FLASH_DUMMY_CYCLES 依旧保持默认的6，这样的FDCB头下载进Flash也可以正常工作的，虽然有点违反Flash数据手册里的Dummy Cycle规范，但实测下来似乎是没问题的，那是不是意味着我们根本不需要动默认的Dummy Cycle？其实不是的，当我们使能Flash的 continuous read mode 的时候，Dummy Cycle不规范就会出问题，关于这点痞子衡会单独写一篇文章细聊。

三、如何更改Flash里的Dummy Cycle？

　　那么Flash里的Dummy Cycle到底怎么改呢？这需要我们继续看Flash数据手册，IS25WP128-JBLE内部有个8bit的Read Register，其bit6-bit3是Dummy Cycles设置，可设范围是1-15，并且在寄存器类型里可以看到其有易失性和非易失性两种属性，也就是说我们既可以临时地改Dummy Cycle（掉电即恢复默认6），也可以永久地改Dummy Cycle（掉电仍保持上一次设置）。

　　在IS25WP128-JBLE的指令集表里，可以看到有专门写Read Register的指令，SRPNV指令是非易失性方式地写Read Register，SRPV指令是易失性方式去写Read Register。

　　分析到这里，问题就变成到底是使用一个额外的小工程（比如借助SDK里的flexspi example稍微更改下代码）以SRPNV指令去永久性更改下Flash里的Dummy Cycle再用作i.MXRT启动，还是i.MXRT每次启动时直接借助FDCB启动头里的设置用SRPV指令临时地更改Flash的Dummy Cycle？从灵活性角度，痞子衡推荐第二种方式，那么在FDCB里应该怎么做？痞子衡直接给答案：

// 设置Dummy Cycle数
#define FLASH_DUMMY_CYCLES      9
// 写Read Register时序在LUT中的index（可自定义位置，但不要占BootROM预设的几个时序位置）
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM 7
// BootROM中预设的LUT命令时序的index
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_READ           0
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS     1
#define CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEENABLE    3

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
    .memConfig =
        {
            .tag              = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
            .version          = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
            .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackFromDqsPad,
            .csHoldTime       = 3u,
            .csSetupTime      = 3u,
            // Enable Safe configuration
            .controllerMiscOption = 0x10,
            .deviceType           = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
            .sflashPadType        = kSerialFlash_4Pads,
            .serialClkFreq        = kFlexSpiSerialClk_133MHz,
            .sflashA1Size         = 16u * 1024u * 1024u,
            // 使能Flash寄存器配置操作
            .configCmdEnable = 1u,
            .configModeType[0] = kDeviceConfigCmdType_Generic,
            // 指示Flash寄存器配置时序在LUT中index
            .configCmdSeqs[0] = 
                {
                    .seqNum = 1,
                    .seqId = CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM,
                    .reserved = 0,
                },
            // 设定Flash寄存器配置值（这里就是写入Read Register的值）
            .configCmdArgs[0] = FLASH_DUMMY_CYCLES << 3,
            .lookupTable =
                {
                    // Fast Read Quad I/O
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1]           = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x00, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, FLASH_DUMMY_CYCLES-2),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 2]           = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR,  FLEXSPI_4PAD, 0x04, STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00),
                   
                    // READ STATUS REGISTER
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS]         = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x05, READ_SDR,  FLEXSPI_1PAD, 0x01),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READSTATUS + 1]     = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
                   
                    // WRTIE ENABLE
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEENABLE]        = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x06, STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00),

                    // Flash寄存器配置时序（这个时序需要上面READ STATUS, WRITE ENABLE的配合）
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM]     = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x63, WRITE_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x01),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_SET_READ_PARAM + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
                },
        },
    .pageSize           = 256u,
    .sectorSize         = 4u * 1024u,
    .blockSize          = 256u * 1024u,
    .isUniformBlockSize = false,
};

四、BootROM对FDCB里Flash寄存器配置的处理

　　说到BootROM对FDCB的处理，大家有必要先回顾下痞子衡写过的一篇旧文 《深入i.MXRT1050系列ROM中串行NOR Flash启动初始化流程》，文章虽然是针对i.MXRT1050写的，但基本流程也差不多适用i.MXRT1170，在文中的 2.6 小节第二次初始化里，我们在上面FDCB里的关于Flash寄存器的额外配置操作才会被处理，代码大致如下：

status_t flexspi_init(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config)
{
    status_t status = kStatus_InvalidArgument;

    // 决定是否用30MHz SDR的安全时钟来做FlexSPI初始化
    bool needSafeFreq = (config->deviceModeCfgEnable || config->configCmdEnable) &&
                          ((config->controllerMiscOption & (1 << kFlexSpiMiscOffset_SafeConfigFreqEnable)));
    flexspi_clock_gate_disable(instance);
    flexspi_iomux_config(instance, config);
    if (needSafeFreq)
    {
        flexspi_clock_config(instance, kFlexSpiSerialClk_SafeFreq, kFlexSpiClk_SDR);
    }

    flexspi_clock_gate_enable(instance);
    // 省略代码片段，FlexSPI模块本身的完整初始化
    // ...
    flexspi_swreset(base);
    
    // 实现Flash配置寄存器写入操作
    if (config->configCmdEnable)
    {
        // Port A1/A2/B1/B2如使能则全写一遍
        uint32_t baseAddr = 0;
        uint32_t *flashSizeStart = &config->sflashA1Size;
        for (uint32_t index = 0; index < 4; index++)
        {
            uint32_t currentFlashSize = *flashSizeStart++;
            if (currentFlashSize > 0)
            {
                flexspi_device_cmd_config(instance, config, baseAddr);
                baseAddr += currentFlashSize;
            }
        }
    }

    if (needSafeFreq)
    {
        // 重新配回指定的FlexSPI时钟
        flexspi_clock_config(instance, config->serialClkFreq, flexspi_is_ddr_mode_enable(config));
    }

    return status;
}

void flexspi_device_cmd_config(uint32_t instance, flexspi_mem_config_t *config, uint32_t baseAddr)
{
    FLEXSPI_Type *base = flexspi_get_module_base(instance);
    flexspi_xfer_t flashXfer;
    flashXfer.operation = kFlexSpiOperation_Config;
    flashXfer.baseAddress = baseAddr;
    flashXfer.isParallelModeEnable = false;
    flashXfer.txSize = 4;

    for (uint32_t index = 0; index < 3; index++)
    {
        if (config->configCmdSeqs[index].seqId > 0)
        {
            // If device is working under DPI/QPI/OPI mode, ignore SPI2XPI command
            uint32_t read_cmd_pads = (base->LUT[0] >> 8) & 0x03;
            if ((read_cmd_pads > FLEXSPI_1PAD) && (config->configModeType[index] == kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi))
            {
                continue;
            }

            flashXfer.seqId = config->configCmdSeqs[index].seqId;
            flashXfer.seqNum = config->configCmdSeqs[index].seqNum;
            flashXfer.txBuffer = &config->configCmdArgs[index];

            // 这里需要调用WRITE ENABLE指令
            flexspi_device_write_enable(instance, config, false, baseAddr);

            flexspi_update_lut(instance, 1, &config->lookupTable[4 * flashXfer.seqId], flashXfer.seqNum);
            flashXfer.seqId = 1;
            flexspi_command_xfer(instance, &flashXfer);

            if ((!config->waitTimeCfgCommands) &&
                (config->configModeType[index] != (uint8_t)kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi) &&
                (config->configModeType[index] != (uint8_t)kDeviceConfigCmdType_Xpi2Spi))
            {
                // 这里需要调用READ STATUS指令
                flexspi_device_wait_busy(instance, config, false, baseAddr);
            }
            else
            {
                flexspi_sw_delay_us(config->waitTimeCfgCommands * 100UL);
            }
        }
    }
}

　　至此，Flash工作频率与Dummy Cycle的联系痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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