大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式。

 

前面關于串行Flash傳輸時序的文章 《Fast Read Quad I/O SDR模式》 與 《Fast Read Quad I/O DTR模式》, 痞子衡介紹的其實都屬于經典SPI工作模式大類下的Non-Continuous read傳輸模式,即任何獨立的Fast Read Quad I/O讀數據時序(一次CS低有效期間),都必須由Command子序列(命令碼0xEB/0xEC/0xED/0xEE)先行,且不管是SDR還是DTR模式,命令碼都是要在8個SCK周期內由IO0信號進行傳輸(別小看這8個SCLK周期,對于小數據塊讀取時序,它在總傳輸時間里占比是不可忽視的)。

 

我們知道在XIP情況下CPU從Flash里取指令數據往往是非常隨機且零碎無序的,這時候雖然有L1 Cache和和FlexSPI Prefetch Buffer加速,但如果還想再進一步提升訪問性能,就只能從Flash底層傳輸序列里想辦法了。Flash讀時序里有五大子序列CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ,其中除了CMD和DUMMY子序列是固定的,其他子序列參數值都可能會變,會變的就不能被優化,所以只能想辦法在CMD和DUMMY子序列里做文章。今天痞子衡要介紹的Continuous read模式就是拿CMD子序列開刀:

 

一、什么是Continuous read模式?

Continuous read顧名思義就是連續讀。在串行Flash世界里,連續讀的意思是讀傳輸時序里除了第一次CS有效期必須傳輸Command子序列,其后的讀傳輸時序里均省去Command子序列。下面痞子衡結合i.MXRT的FlexSPI外設來對比介紹Non-Continuous read與Continuous read模式的區別:

 

1.1 FlexSPI的XIP Enhanced Mode

我們知道NOR Flash因為支持主設備隨機讀取其任意地址處的數據,因此從原理上可以用作XIP設備。但因為是串行接口,所以不能直接XIP(沒有獨立并行地址線,CPU無法直接尋址),需要FlexSPI外設在底層完成AHB總線讀訪問的實時響應工作,這個實時響應工作就是FlexSPI的XIP特性。

 

FlexSPI的XIP特性可以支持任意串行NOR Flash,對Flash廠商設計沒要求。為了提升XIP代碼執行效率,FlexSPI中也集成了XIP Enhanced Mode特性(其實就是Continuous read模式),見下圖,CS1是包含CMD子序列的讀時序(即第一次CS),CS2/3(包括后續所有CS)相比CS1少了CMD子序列,這就是Continuous read訪問時序。

 

 

FlexSPI的XIP Enhanced Mode特性并不能夠用于任意串行NOR Flash,這對Flash廠商設計有要求,必須Flash本身支持Continuous read模式才行。

 

1.2 Fast Read Quad I/O Continuous read時序

了解了XIP Enhanced Mode,我們再來看LUT里Quad I/O Read SDR Continuous read傳輸序列,它由CMD_SDR + RADDR_SDR + MODE8_SDR + DUMMY_SDR + READ_SDR + JMP_ON_CS + STOP七個子序列組成,如下表所示。

 

這個Continuous read傳輸序列相比Non-Continuous read傳輸時序主要有兩處區別:

    1. 原MODE8_SDR子序列里參數值不同:這個參數值用于通知Flash器件當前傳輸類型(Non-Continuous read/Continuous read),具體數值由Flash廠商定義。下圖是以Cypress S25FS-S系列Flash為例的,0xA0表明Flash需進入/保持Continuous read模式。  2. 新增了JMP_ON_CS子序列:該子序列是FlexSPI外設實現Continuous read的核心,第一次CS有效傳輸時序里CMD_SDR子序列命令碼會被自動存在該子序列參數值里,這樣后續傳輸FlexSPI就不用再發命令碼了。  

 

 

LUT中Quad I/O Read DDR Continuous read傳輸序列如下,差異與前面SDR下的分析一致,這里不予贅述。

 

 

二、不同Flash廠商關于Continuous read特性設計

現在跟著痞子衡去看幾家主流Flash廠商關于Continuous read特性的設計(如果你想快速確認某一款型號Flash是否支持這個特性,找到其數據手冊搜索"Continuous read"看有沒有如下時序圖):

 

2.1 賽普拉斯S25FS-S系列

MODE子序列里參數值M[7:4]通過包含/不包含Command子序列來控制下一次讀傳輸時序的長度,M[7:4] = 0xA則進入/保持Continuous Read模式,否則不進入/退出。

 

 

2.2 Adesto AT25SL系列

MODE子序列里參數值M[7:4] = 0xA則進入/保持Continuous Read模式,否則不進入/退出。

 

 

2.3 芯成IS25WP系列

MODE子序列里參數值M[7:4] = 0xA則進入/保持AX Read模式(就是Continuous Read),否則不進入/退出。

 

 

2.4 華邦W25QxxJV-DTR系列

MODE子序列里參數值M[5:4] = 2'b10則進入/保持Continuous Read模式(有的型號上也叫Read Command Bypass Mode,比如W25QxxJW-DTR),否則不進入/退出。如果要退出Continuous Read模式,Flash數據手冊里特別推薦下一次時序里命令碼臨時設為0xFF,以保證M4=1使得Flash徹底回到Non-Continuous Read模式。

 

 

Note: 華邦Flash型號絲印后綴為IQ,則不支持Continuous Read模式;為IM則支持。

 

 

2.5 兆易創新GD25Q系列

MODE子序列里參數值M[5:4] = 2'b10則進入/保持Continuous Read模式,否則不進入/退出。

 

 

三、在i.MXRT1170-EVK上實戰(IS25WP128)

了解了上面關于Continuous read模式知識后,我們在恩智浦i.MXRT1170-EVK板子上實踐一下。默認連接的Flash是IS25WP128,這款Flash是支持Continuous read模式的,我們隨便在SDK包里找一個XIP例程,修改工程里 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里的 FDCB 啟動頭如下(主要就是改LUT表),改完下載程序進Flash運行,代碼執行效率應該會有所提升(等下一篇QPI模式文章寫完,痞子衡會設計一個用例一起來實測下性能)。

 

  const flexspi_nor_config_t qspiflash_config_100mhz_sdr_cont = {      .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_100MHz,              .sflashA1Size         = 16u * 1024u * 1024u,              .lookupTable =                  {                      // Fast Read Quad I/O LUTs                      [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),                                                                     // MODE8_SDR里參數值填入0xA0                      [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0xA0, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),                                                                                                    // 增加JMP_ON_CS子序列                      [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR,  FLEXSPI_4PAD, 0x04, JMP_ON_CS, FLEXSPI_1PAD, 0x01),                      [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 3] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),                  },          },      .pageSize           = 256u,      .sectorSize         = 4u * 1024u,      .blockSize          = 256u * 1024u,      .isUniformBlockSize = false,  };  

 

至此,在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪里~~~