缺失DQS信号的FlexSPI连接Flash有何不同？

冬至子 2023-06-02 2114

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一、FlexSPI的DQS信号作用

文章中没有提及四线 QSPI Flash，因为一般的四线 QSPI Flash 芯片并没有 DQS 信号引脚。FlexSPI 模块的 DQS 信号当然可以用来连接 Octal Flash、Hyper Flash 上的 DQS 引脚，那么对于四线 QSPI Flash，这个 DQS 信号就没有作用了吗？其实不是的。

我们翻开 i.MXRT1170 的数据手册（Data Sheet）找到 FlexSPI parameters 小节里的如下内容，就很清楚了。FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] 位对应了三种 DQS 信号源设置：0x0 - Dummy read strobe looped back internally 设置即完全不用 DQS 引脚（可作它用），对应最高 60MHz SDR 访问速度；0x1 - Dummy read strobe looped back through the DQS pad 设置即从 DQS 引脚上回环，因此 DQS 引脚需要悬空，对应最高 133MHz SDR 访问速度；0x3 - Read strobe from memory device DQS pad 设置即接到存储芯片 DQS 引脚上，对应最高 166MHz SDR 访问速度；

• 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)

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二、哪些FlexSPI引脚组不支持DQS？

目前恩智浦已量产的所有 i.MXRT 型号里（RT500/600/1010/1015/1020/1050/1060/1160/1170），大部分的 FlexSPI 引脚组合都是包含 DQS 信号设计的，只有如下两个例外。没有 DQS 信号的引脚组合连 Flash 时，应配置 FlexSPIn_MCR0[RXCLKSRC] 为 0x0 - looped back internally。

2.1 i.MXRT600 FlexSPI0 PortB

2.2 i.MXRT1160/1170 FlexSPI2 2nd PortA

三、使能没有DQS的FlexSPI连接的Flash

对于不含 DQS 信号的 FlexSPI 引脚组合，使用恩智浦相关工具操作连接在其上的 NOR Flash 是需要做一些改动的，我们以 i.MXRT1170-Validation 板卡为例来介绍具体改动。

i.MXRT1170-Validation 板卡是专供恩智浦内部使用的，分为 CPU1/2/3/4 四款，每款的硬件连接不同，其中 CPU2 板卡在 FlexSPI2 2nd PortA 上连接了一颗镁光的 MT25QL128：

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3.1 SDK中FlexSPI擦写Flash例程改动

我们现在打开 SDK 里的 FlexSPI 例程，这个例程是针对 MIMXRT1170-EVK 板卡写的，在 EVK 上 NOR Flash 默认是连在 FlexSPI1 1st PortA 上的，因此我们需要对例程做一些改动。

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

首当其冲的改动当然是 pin_mux.c 文件里的 BOARD_InitPins() 函数，需要将 FlexSPI1 1st Pinmux 换成 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 文件里的宏定义，从 FlexSPI1 换到 FlexSPI2，并相应调整 Flash 属性（EVK 上是 IS25WP128，Validation 板上是 MT25QL128），以及更新 flexspi_clock_init() 函数：

//#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() 函数里给 FlexSPI 设置的时钟源是 OSC_RC_48M_DIV2 / 2 即 12MHz
    // 这里没有再次分频，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);
}

上面都是大家能意识到的改动，但其实最容易被忽略的改动是 flexspi_nor_flash_ops.c 文件里的 flexspi_nor_flash_init() 函数，config.rxSampleClock 设置必须要改成 kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackInternally 才行。代码全部改完之后下载运行就可以正常擦写 Flash 了。

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

    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);

    // 省略部分代码 ...
}

3.2 SDK中Flashloader工程使用

现在我们再来用一下 SDK 里的 flashloader 工程，这个应用程序可以与恩智浦专用命令行上位机 blhost.exe 进行交互，工程需要用调试器下载进主芯片内部 RAM 运行

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

flashloader 运行起来之后，使用 blhost 工具按序执行下列命令，也一样能对 Flash 进行擦写：

blhost -u -- get-property 1

# 选中 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]是关键设置!!!
blhost -u -- fill-memory 0x20000004 4 0x00110000
blhost -u -- configure-memory 9 0x20000000
blhost -u -- get-property 25 9

# 下载包含 IVT 头的 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条 fill-memory 命令的参数 0xc1000053 是关键，从 flashloader 源代码里看它其实是在设置 serial_nor_config_option_t.option0.B.misc_mode 为 kSerialNorEnhanceMode_InternalLoopback，这个设置对于四线 QSPI Flash 而言就是设 config->memConfig.readSampleClkSrc 为 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
    {
        // 省略部分代码...
        uint8_t misc_mode = option- >option0.B.misc_mode;
        if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_Disabled)
        {
            // 省略部分代码...
        }
#if FLEXSPI_ENABLE_NO_CMD_MODE_SUPPORT
        else if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_0_4_4_Mode)
        {
            // 省略部分代码...
        }
#endif // FLEXSPI_ENABLE_NO_CMD_MODE_SUPPORT
        else if (misc_mode == kSerialNorEnhanceMode_InternalLoopback)
        {
            config- >memConfig.readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally;
        }
        else
        {
            // Do nothing
        }
        // 省略部分代码...
    } while (0);
    return status;
}

3.3 下载工具MCUBootUtility配置

flashloader 的使用对一般客户来说太复杂了，还是图形化工具 MCUBootUtility 更方便，打开这个工具，按如下配置（主要就是图中蓝框圈起来的 Misc Mode 设置），也可以正常擦写 Flash。熟悉这个工具原理的朋友应该知道它底层依赖得就是 3.2 节里的 flashloader 与 blhost。

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3.4 SDK例程里的FDCB启动头改动

最后就是 SDK 里全部例程的 XIP build 都需要一个 FDCB 头，这个头定义在 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里，这里也要改一下 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,
};
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