痞子衡嵌入式:簡析i.MXRT1170 Cortex-M4 L-MEM ECC功能特點、開啟步驟、效能影響
大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是恩智浦i.MXRT1170上Cortex-M4核心的L-MEM ECC功能。
本篇是 《簡析i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC功能特點、開啟步驟、效能影響》 的姊妹篇,我們知道i.MXRT1170是雙核MCU,主核Cortex-M7的TCM ECC由FlexRAM模組負責,那麼從核Cortex-M4的TCM有沒有ECC呢?如果有的話,是由哪個模組負責的呢?本篇給你解答。
老規矩先來看一下Cortex-M4下的系統記憶體對映表,不同型別的儲存由不同的ECC控制器來守護,從表中看,CM4的TCM也是有ECC功能的,ECC功能整合在了L-MEM控制器裡,所以今天我們來聊一聊L-MEM的ECC功能。
一、L-MEM ECC功能簡介
1.1 L-MEM特點
我們先來看下i.MXRT1170的CM4核心系統框圖,L-MEM是專門為CM4核心設計的,其管理的TCM空間僅能由CM4訪問。在框圖中,L-MEM中物理SRAM總大小是256KB,細心的你可能發現了上面那張系統記憶體對映表中還有個256KB OCRAM(M4),這個OCRAM與L-MEM是什麼聯絡?其實它倆指向的是同一塊物理SRAM,只不過CM4核心是從TCM地址空間直接訪問SRAM,而從OCRAM(M4)地址空間去訪問SRAM相當於多繞了一級(速度變慢,所以不建議CM4訪問OCRAM(M4)空間,這個地址空間主要是給CM7訪問的)。
我們知道支援ECC功能,需要有額外空間來儲存ECC校驗值,那麼L-MEM的ECC校驗值是存在哪裡的呢?關於這個細節在下一節裡展開聊。
1.2 關於ECC設計細節
關於ECC基本概念,參看《簡析i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC功能特點、開啟步驟、效能影響》 的 1.2節,這裡不予贅述。
1.2.1 ECC檢驗能力
L-MEM中每4bytes資料就會計算出一個ECC校驗值(7bits),ECC校驗值都被放在了ECC RAM區域裡。這裡必須要特別介紹一下ECC RAM區域,不同於FlexRAM ECC會有專門的獨立RAM空間用於存放ECC校驗值,L-MEM的ECC校驗值是緊跟著放在每個32bit資料後面的,使用者訪問到的L-MEM是32bit資料線,但其實晶片內部設計L-MEM是39bit資料線,其中高7bit就是專門用來存放ECC校驗值的。
儲存型別 | ECC校驗資料塊大小 | ECC校驗值長度 | ECC校驗能力 |
---|---|---|---|
Raw NAND | 512 bytes | 4 bytes | 5-bit檢錯,4-bit糾錯 |
L-MEM | 4bytes | 7bits | 2-bit檢錯,1-bit糾錯 |
1.2.2 ECC錯誤觸發處理
關於ECC錯誤處理,可根據如下MCM暫存器(不要懷疑,L-MEM ECC的控制就是在MCM裡實現的)來操作,首先當然是在LMPECR暫存器中使能multi-bit ECC Error,當有2-bit及以上錯誤發生時,系統會觸發NonMaskableInt_IRQn(中斷號是-14),在中斷處理程式裡找到相應的發生ECC錯誤的地址,對這個地址重新寫一次初始化資料(按ECC校驗塊長度一次性寫入),最後清除LMPEIR暫存器裡的相應狀態位。
需要注意的是,上述處理流程僅對L-MEM中存放的是普通業務資料且發生ECC錯誤時有效,如果ECC錯誤發生在關鍵程式碼段或變數段中,這個處理是不適用的,因為這種ECC錯誤可能會造成程式崩潰。
Offset | Register |
---|---|
400h | TCRAML ECC control Register (LMDR0) |
404h | TCRAMU ECC control register (LMDR1) |
480h | Local Memory Parity & ECC Control Register (LMPECR) |
488h | Local Memory Parity & ECC Interrupt Register (LMPEIR) |
二、開啟L-MEM ECC的步驟
L-MEM ECC需要按照標準步驟去開啟,需要特別注意的是開啟ECC操作的程式碼不能放在待開啟ECC的L-MEM空間裡,因此不管是XIP還是Non-XIP應用程式,最好是用一個二級loader(這個loader可以連結在固定OCRAM1/2空間裡,或者XIP)來完成ECC開啟操作然後再載入應用程式執行。痞子衡給瞭如下示例loader程式碼工程,程式碼裡主要有四個步驟:
參考程式碼:https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps/blob/master/apps/coremark_imxrt1176/cm4_loader/loader.c
2.1 啟用L-MEM ECC特性
晶片出廠,預設是沒有啟用L-MEM ECC特性的,如果需要開啟L-MEM ECC,需要燒寫efuse,fusemap中0x840[2]對應的是MECC_ENABLE bit,這個bit不僅控制MECC模組,也同時控制了L-MEM ECC特性,我們需要將這個bit燒寫成1,才能啟用L-MEM ECC特性。
2.2 使能L-MEM的ECC
現在需要使能L-MEM ECC,在i.MXRT1170參考手冊裡的MCM章節可以找到LMDR0/1暫存器定義,其中bit3就是用來分別控制TCRAML(對應ITCM)和TCRAMU(對應DTCM)的ECC開關。特別注意,這裡的MCM模組暫存器僅能在CM4下被訪問。
操作函式程式碼如下:
void enable_lmem_tcm_ecc(void)
{
// Check eFuse 0x840[2] - MECC_ENABLE bit
while (!(OCOTP->HW_OCOTP_FUSE004 & 0x4));
// MCM->LMPECR[9,1] - Enable TCRAM ECC 1-bit/Multi-bit IRQ
*(uint32_t *)0xE0080480 |= 0x303;
// MCM->LMDR0[3] - Enable TCRAML ECC
*(uint32_t *)0xE0080400 |= 0x0B; /* Enable CM4 TCRAM_L ECC */
// MCM->LMDR1[3] - Enable TCRAMU ECC
*(uint32_t *)0xE0080404 |= 0x0B; /* Enable CM4 TCRAM_U ECC */
}
2.3 初始化L-MEM的ECC值
L-MEM ECC開啟了之後,此時還不能隨機訪問L-MEM,因為初始ECC校驗值還沒有填充,如果這時候去讀L-MEM會產生錯誤。我們首先需要將會用到的L-MEM空間全部初始化一遍(就是以ECC校驗資料塊大小對齊方式從頭到尾寫入一遍,寫入內容不限,正常用全0)。
操作函式程式碼如下:
#define ITCM_START 0x1FFE0000
#define ITCM_SIZE (128*1024U)
#define DTCM_START 0x20000000
#define DTCM_SIZE (128*1024U)
void init_lmem_itcm_ecc(void)
{
for (uint32_t i = 0; i < ITCM_SIZE; i += sizeof(uint32_t))
{
*(uint32_t *)(ITCM_START + i) = 0;
}
}
void init_lmem_dtcm_ecc(void)
{
for (uint32_t i = 0; i < DTCM_SIZE; i += sizeof(uint32_t))
{
*(uint32_t *)(DTCM_START + i) = 0;
}
}
2.4 載入應用程式執行
當L-MEM初始ECC校驗值已經被填充之後,此時便可以正常隨機讀寫L-MEM了。如果此時載入的是一個在ITCM裡執行並且data段在DTCM裡的應用程式,可以參考痞子衡前面給出的示例loader工程。
這是loader工程完整主函式程式碼,其中memcpy那一句程式碼裡的cm4_app_code是應用程式binary陣列(用Python指令碼將應用程式工程生成的.bin檔案轉換成C語言陣列放到loader工程原始檔裡)。
#define APP_START 0x1FFE0000U
int main(void)
{
enable_lmem_tcm_ecc();
init_lmem_itcm_ecc();
init_lmem_dtcm_ecc();
// Copy image to RAM.
memcpy((void *)APP_START, cm4_app_code, APP_LEN);
uint32_t appStack = *(uint32_t *)(APP_START);
uint32_t appEntry = *(uint32_t *)(APP_START + 4);
// Turn off interrupts.
__disable_irq();
// Set the VTOR to default.
SCB->VTOR = APP_START;
// Memory barriers for good measure.
__ISB();
__DSB();
// Set main stack pointer and process stack pointer.
__set_MSP(appStack);
__set_PSP(appStack);
// Jump to app entry point, does not return.
void (*entry)(void) = (void (*)(void))appEntry;
entry();
}
三、ECC對記憶體訪問效能的影響
L-MEM開了ECC後,訪問效能會有一定降低,畢竟資料訪問中插入了額外的ECC校驗工作,不過據說影響非常小。我們來做個測試,痞子衡就用經典的benchmark程式(Coremark)來測試ECC對L-MEM的影響,測試工程如下:
Coremark工程:https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps/tree/master/apps/coremark_imxrt1176/bsp/build7804_cm4_loader
需要特別提醒的是,我們知道i.MXRT1170 CM4核心最高可以配置到480MHz,但是開了L-MEM ECC後,為了保證訪問可靠性,此時CM4核心最好是工作在360MHz,下面的coremark結果也是在360MHz主頻下得到的:
Benchmark型別 | L-MEM ECC開關 | Benchmark結果 |
---|---|---|
coremark | 關閉 | Total ticks : 813867 Total time (secs): 25.433344 Iterations/Sec : 1179.553907 Iterations : 30000 CoreMark 1.0 : 1179.553907 |
coremark | 開啟 | Total ticks : 813868 Total time (secs): 25.433375 Iterations/Sec : 1179.552458 Iterations : 30000 CoreMark 1.0 : 1179.552458 |
從benchmark結果來看,ECC是否開啟對效能影響特別小,可以忽略,當然benchmark測試並不是特別精確地反映了效能影響,底下有空痞子衡會再專門用memcpy函式來測試效能影響。
至此,恩智浦i.MXRT1170上Cortex-M4核心的L-MEM ECC功能痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪裡~~~
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