FlexSPI的DQS信号作用是什么？哪些FlexSPI引脚组不支持DQS？

  　　最近在支持一个印度客户，这个客户项目主芯片选择的是恩智浦 i.MXRT1176，客户设计板子时选择将四线 NOR Flash 挂在了主芯片 FlexSPI2 2nd Pinmux( GPIO_SD_B1[05:00] )上，选择这组引脚当然是可以的，但客户在使用恩智浦配套下载工具以及 SDK 例程时发现无法正常使用，体验上跟默认 FlexSPI1 1st Pinmux( GPIO_SD_B2[11:05] )挂载 Flash 完全不同，这其实跟 FlexSPI DQS 信号设计有关，且听痞子衡道来：
  一、FlexSPI的DQS信号作用

  　　关于 DQS 信号，痞子衡写过一篇文章 《串行NOR Flash的DQS信号功能简介》，里面介绍了 DDR、Octal Flash、Hyper Flash 芯片上的 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)


   
  
   
  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
  　　见 《FlexSPI NOR连接方式大全(RT600)》 一文第三节、单Flash连接方式里的第四种Flash连接方式。
  2.2 i.MXRT1160/1170 FlexSPI2 2nd PortA
  　　见 《FlexSPI NOR连接方式大全(RT1160/1170)》 一文第二节、单Flash连接方式里第一张表格里的最后一组连接方式。
  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：
  

   
  
   
  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-EVKboardsevkmimxrt1170driver_examplesflexspinorpolling_transfercm7  　　一马当先的改动当然是 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，具体步骤可参考 《Flashloader初体验(blhost)》。
  工程路径：SDK_2.x.x_MIMXRT1170-EVKboardsevkmimxrt1170bootloader_examplesflashloadercm7  　　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。
  
   
  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
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,
};
　至此，i.MXRT中不支持DQS的FlexSPI引脚组连接Flash下载与启动注意事项痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~