痞子衡嵌入式：深入i.MXRT1050系列ROM中序列NOR Flash啟動初始化流程
阿新 • • 發佈：2020-12-04
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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**深入i.MXRT1050系列ROM中序列NOR Flash啟動初始化流程**。
從外部序列NOR Flash啟動問題是i.MXRT系列開發最高頻的話題，無論是開發除錯XIP應用程式階段還是最終產品量產階段都繞不開NOR Flash選型以及為它設計一個匹配的FDCB配置塊。如果不瞭解FDCB是什麼，先去看痞子衡之前的文章 [《Bootable image格式與載入》](https://www.cnblogs.com/henjay724/p/9125869.html)。
實際開發過程中，影響序列NOR Flash正常下載/啟動的因素有很多，痞子衡已經寫過三篇：[《16MB以上使用不當因素》](https://www.cnblogs.com/henjay724/p/13374775.html)、[《SFDP因素》](https://www.cnblogs.com/henjay724/p/13602259.html)、[《QE bit因素》](https://www.cnblogs.com/henjay724/p/13614684.html)，列舉了三個不同因素，當然這都是出了問題，具體除錯分析才定位出來的，顯然還有很多未知因素等待陸續被髮掘。
如果總是被動去解決問題，那問題是解不完的。不如我們主動出擊，摸清i.MXRT啟動序列NOR Flash裝置到底是怎樣的初始化流程，搞清這個流程，將來定位啟動問題才能遊刃有餘，話不多說，開始今天的主題。
> * 備註：本文主角是i.MXRT1050，但內容也基本適用i.MXRT1010、i.MXRT1020，僅細節微小差別。
### 一、整體初始化流程
我們知道外部序列NOR Flash是接到i.MXRT的FlexSPI外設引腳上，有時序列NOR Flash啟動也叫FlexSPI NOR啟動。關於FlexSPI NOR啟動流程，i.MXRT1050參考手冊System Boot章節有如下流圖，藍框之外的流程屬於常規i.MXRT啟動XIP App流程，是個通用流程。藍框之內才是具體FlexSPI初始化步驟，這個步驟概括得比較精煉。
為了讓大家對FlexSPI NOR裝置啟動初始化流程有個更具體的概念，痞子衡重新畫了一張更詳細的流程圖，圖中灰底框裡描述得是FlexSPI初始化流程，痞子衡將其分解成了六步，我們有必要深入這六步初始化流程。
### 二、分解初始化流程
#### 2.1 復位Flash晶片（可選）
第一步是嘗試復位Flash晶片，這步是可選的，在fuse_0x6e0[7]裡配置，預設是不使能的。復位Flash目的是為了讓Flash處於一個確定的初始狀態，方便i.MXRT BootROM去配置訪問。為什麼要強調Flash的初始狀態，因為很多時候i.MXRT未必是冷啟動（上電啟動），也有可能是軟復位啟動（比如呼叫NVIC_SystemReset），這時候外部Flash已經被軟復位前執行過的BootROM甚至使用者App配置過，因此Flash的狀態可能不是上電初始狀態（一般來說板級設計裡Flash的RESET#引腳要麼懸空，要麼連線i.MXRT的POR#引腳），這可能會影響軟復位後BootROM去再次配置啟動這塊不定態的Flash。
```text
fuse 0x6e0[7] - FLEXSPI_RESET_PIN_EN
```
正常的Flash都提供了RESET#引腳來實現跟上電覆位一樣的功能，對於普通8-pin的QSPI Flash，這個RESET#引腳往往是跟訊號線IO3複用的（僅在QE bit沒使能情況下有效），而對於16-pin的QSPI Flash或者HyperFlash，其RESET#引腳都是獨立的。
BootROM就是藉助了Flash的RESET#引腳來實現的復位操作，實現程式碼比較簡單，i.MXRT1050 BootROM直接指定了GPIO1[9]當做復位訊號線，板級設計裡需要你將GPIO1[9]連到Flash的RESET#引腳，然後BootROM就是簡單地拉低GPIO1[9]即可。RESET#訊號都是低電平有效，BootROM直接拉低這個訊號持續250us，這個低電平持續時間對於復位來說是夠夠的，很多Flash資料手冊裡其實僅要求幾us即可。
> * 備註：對於BootROM的Flash復位功能來說，主要適用有獨立RESET#引腳的Flash。
```C
#define RESET_PAD_IDX kIOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO_AD_B0_09
#define RESET_PIN_MUX IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_MUX_MODE(5)
#define RESET_PIN_GPIO GPIO1
#define RESET_PIN_INDEX 9
if ((OCOTP->MISC_CONF1 & 0x80) >> 7)
{
// Set pinmux as GPIO
IOMUXC->SW_MUX_CTL_PAD[RESET_PAD_IDX] = RESET_PIN_MUX;
// Set GPIO to output mode
RESET_PIN_GPIO->GDIR |= (1U< DR_CLR = (1U<DR_SET = (1U<CFG3 & 0x100000) >> 20)
{
flashType = 7;
}
else
{
flashType = (OCOTP->CFG4 & 0x700) >> 8;
}
```
上圖中最重要的FDCB賦值是config.memConfig.lookupTable，它是FlexSPI外設需要的核心配置，有了這個配置，CPU便可以直接從AHB匯流排讀取Flash的內容，因為FlexSPI會自動解析AHB匯流排讀請求然後翻譯成具體FlexSPI讀時序，底層讀時序需要的命令、地址位元組數、DUMMY週期都在lookupTable裡。BootROM預存瞭如下6大類Flash的lookupTable：
```C
// Dedicated 3Byte Address Read(0x03), 24bit address
static const uint32_t s_dedicated3bRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x03, RADDR_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x18),
FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0),
0,
0
};
// Dedicated 4Byte Address Read(0x13), 32 bit address
static const uint32_t s_dedicated4bRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x13, RADDR_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x20),
FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0),
0,
0
};
// HyperFlash Read
static const uint32_t s_hyperflashRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0xA0, RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x18),
FLEXSPI_LUT_SEQ(CADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x10, DUMMY_RWDS_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x0c),
FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_8PAD, 0),
0
};
// MXIC Octal DDR read
static const uint32_t s_mxicOctDdrRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0xEE, CMD_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x11),
FLEXSPI_LUT_SEQ(RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x20, DUMMY_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0xc),
FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_8PAD, 0),
0
};
// Micron Octal DDR read
static const uint32_t s_micronOctDdrRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_8PAD, 0xFD, RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x20),
FLEXSPI_LUT_SEQ(DUMMY_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x8, READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04),
0,
0
};
// Adesto Octal DDR read
static const uint32_t s_adestoOctDdrRead[4] = {
FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_8PAD, 0x0B, RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x20),
FLEXSPI_LUT_SEQ(DUMMY_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x8, READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04),
0,
0
};
```
#### 2.3 第一次FlexSPI初始化
第三步就是利用上述配置完成的初始FDCB塊對FlexSPI外設進行第一次初始化，就是下面程式碼，這個流程跟官方SDK裡的flexspi_nor_flash_init()大同小異，這裡不予具體展開。如果在這裡初始化就返回失敗（這裡一般不會失敗，因為僅僅是FlexSPI外設自身初始化，並不涉及操作外部Flash晶片的動作），BootROM則直接退出FlexSPI NOR裝置啟動，轉入SDP下載。
```C
#define FLEXSPI_INSTANCE 0
uint32_t instance = FLEXSPI_INSTANCE;
status_t status = flexspi_init(instance, (flexspi_mem_config_t *)(&config));
if (status != kStatus_Success)
{
return status;
}
flexspi_update_lut(instance, 0, &config.memConfig.lookupTable, 1);
```
#### 2.4 若干善後工作
上述第一次FlexSPI初始化一般都會成功的，但這並不代表fuse裡的flashType等配置跟板子上Flash型號是匹配的，也就是說初始FDCB配置塊此時還沒有被充分驗證其是否適用板載Flash型號。
FlexSPI第一次初始化結束後，為了保證後續能正常AHB訪問，BootROM裡做了一些善後工作，主要是兩件事：
>