痞子衡嵌入式：致使串行NOR Flash在i.MXRT下沒法正常下載/啓動的常見因素之QE bit

---

　　你們好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給你們介紹的是致使串行NOR Flash在i.MXRT下沒法正常下載/啓動的常見因素之QE bit。

　　i.MXRT系列MCU發佈已兩年多了，基於i.MXRT的客戶產品也愈來愈多，能夠說是全面開花了。痞子衡做爲i.MXRT產品線的系統應用工程師，早期的時候還能夠盡情作參考設計，如今基本大量時間都被客戶支持佔據了。

　　由於i.MXRT系列都沒有內置Flash（RT1064, RT1024等SIP型號除外），所以爲其搭配一塊串行NOR Flash去啓動是客戶項目的頭等大事，而串行NOR Flash廠商很是多，客戶選擇餘地很大，所以咱們不得不與客戶一塊兒同茫茫Flash型號打交道，痞子衡也經常調侃本身已淪爲Flash測試工程師。

　　痞子衡在支持客戶解決串行NOR Flash下載啓動問題過程當中主要遇到幾個常見因素，這幾個因素可能會影響Flash在i.MXRT下沒法正常使用，上篇痞子衡講了 《SFDP因素》， 今天痞子衡重點跟你們聊聊QE bit這個因素。

1、什麼是QE bit？

　　QE是Quad Enable的縮寫，中文叫四線使能，咱們須要結合i.MXRT EVK上默認放置的QSPI NOR Flash（ISSI IS25WP064AJBLE）來解釋這個概念。

1.1 QE定義

　　以下是 IS25WP064AJBLE 的引腳圖，也是最經典的QSPI NOR Flash封裝形式（SOIC-8），8個引腳，除去必備的電源和地，還剩6根信號線。這6根信號線中用藍色框括起來的Pin1/2/5/6即嵌入式通信裏常見的SPI接口。除此之外，還有2根用綠色框括起來的信號線Pin3/7，它倆是功能複用的，要解釋QE，就跟它倆功能定位有關。

　　QE往簡單了說就是，Pin3/7用做IO2/3當數據傳輸功能，便是QE使能；而Pin3/7用做WP#、HOLD#控制功能則是QE不使能。

1.2 QE意義

　　QE不使能Pin3/7用做WP#、HOLD#功能這個很好理解，就是經過外部引腳電平設置來保護Flash數據安全（主要是不被誤擦寫）。那麼QE使能有什麼意義呢？這得要從QSPI NOR Flash工做模式提及。

　　一個標準的NOR Flash操做時序正常由：CMD + ADDR + dummy + DATA 四部分組成，怎麼傳輸這些數據決定了Flash工做模式。從大的分類來講，Flash工做模式分爲兩種，即SPI模式和QPI模式：

• SPI模式：數據線IO0是大哥，CMD只能由IO0發出，其餘數據傳輸能夠跟IO[3:1]一塊兒上（具體怎麼上，方式特別多，後面會介紹）
• QPI模式：四根數據線IO[3:0]地位對等，全部數據傳輸都是四兄弟一塊兒上，從I/O使用效率來講，屬它最高。

　　Flash芯片默認上電都是在SPI模式，須要在SPI模式下發送特殊的命令（QPIEN - 0x35）纔會進入QPI模式，並且進入QPI模式後，QE控制功能就不生效了（不管QE什麼設置，都至關於QE使能狀態），緣由是QPI模式下必須IO[3:0]一塊兒上。由於i.MXRT BootROM默認不支持QPI模式（想作也行，但麻煩），因此咱們僅討論SPI模式。

　　Flash操做主要是讀、寫、擦，咱們就以最多見的讀來討論SPI模式。繼續翻看 IS25WP064AJBLE 手冊，找到其命令集，能夠看到讀相關的命令特別多，一共有9種。不算DTR（雙邊沿採樣）的話光SDR下（單邊沿採樣）就有6種，痞子衡前面說過，SPI模式下IO[3:0]具體怎麼傳數據方式不少就體如今這裏。

　　痞子衡重點介紹效率最低的Normal Read Mode（NORD - 0x03）和效率最高的Fast Read Quad I/O（FRQIO - 0xEB）。下圖是二者時序對比圖，能夠看到NORD模式下（下圖左邊），僅使用IO[1:0]，IO0負責發送命令、地址，IO1負責收數據，而且SCK最高50MHz；而FRQIO模式下（下圖右邊），除了IO0發送命令外，其他地址、數據都是由IO[3:0]一塊兒完成的，並且SCK可達133MHz，效率堪比QPI模式了。

　　爲了充分利用Flash去執行代碼（XIP），咱們確定但願Flash能工做在FRQIO模式下，而FRQIO模式可否正常使用顯然取決於QE設置。

2、QE bit位置差別

　　前面介紹了QE功能，那麼在Flash裏是如何設置QE功能的呢？其實Flash內部除了Memory塊外，一般還有一些寄存器來記錄用戶配置或保存狀態。

2.1 幾個不一樣QE bit設計

　　以下是 IS25WP064AJBLE 的狀態寄存器（Status Register），其有僅有一個SR，其中SR1[6]便是QE bit，用以設置QE功能，而且須要注意的是QE bit是非易失性的，這意味着Flash即便掉過電，這個QE設置還在。

　　IS25WP064AJBLE 裏讀寫SR有專門的CMD，其中寫SR命令字（WRSR）是常見的0x01：

　　是否是全部廠商的Flash都統一按上面這樣來設計QE bit的呢？很遺憾，並非！讓咱們再來看一款來自華邦的 W25Q64JVSIM，其內部共有三個SR，而SR2[1]纔是QE bit：

　　W25Q64JVSIM 裏讀寫SR有三組CMD，其中用於設置QE的寫SR2命令字是0x31：

　　看起來在QE bit設計這一塊，各廠商Flash不必定是同樣的，據痞子衡所知，目前市面上至少存在四種不同的QE bit設計，痞子衡就不一一列舉了。更有甚者，同一個廠商的不一樣系列Flash的QE設計也可能不同，好比兆易創新的Flash。

2.2 SFDP - JESD216A規範

　　對於存在的不一樣的QE bit設計，想要用一套軟件驅動去開啓QE，變得有點困難，那該怎麼辦？這時候JEDEC站了出來。痞子衡在 《SFDP因素》 一文第一節裏提到JESD216標準從2011年開始至今發展了5個版本，其中最初的版本JESD216裏沒有對於QE bit位置的定義（SFDP裏Basic Flash Parameter Table僅包含9個DWORD），從JESD216A開始QE bit位置信息也被記錄在了SFDP表中（Basic Flash Parameter Table擴展到16個DWORD），QE bit信息就記錄在以下Table 15：

　　因此對於不支持SFDP或者僅是JESD216版本SFDP的Flash，咱們須要手動查其數據手冊找到QE bit信息。而JESD216A及以上版本的Flash，咱們直接讀出SFDP表便可知道QE bit信息。

3、默認QE bit狀態

　　如今咱們對QE bit已經有了全面的瞭解，還剩最後一個問題，各廠商的Flash出廠時其QE bit初始是什麼狀態？據痞子衡瞭解，每一個廠商幾乎同時都有QE默認是開或者關的Flash型號，這在Part Number上會有體現，好比下面華邦W25Q系列的命名規則，最後一位表明了默認QE狀態：

　　其餘Flash廠商關於QE狀態的命名規則各有不一樣，須要自行查看手冊去了解。

4、在i.MXRT下如何處理不一樣QE bit的Flash

　　如今咱們開始探討不一樣QE bit狀況對於i.MXRT下載啓動的影響，第一步是查看Flash是否有SFDP，以及明確其SFDP版本。

4.1 明確SFDP版本

　　以i.MXRT EVK上默認IS25WP064AJBLE這款Flash爲例，從數據手冊裏看，其支持SFDP，可是找不到具體JESD216版本，因此須要咱們直接從Flash裏讀出SFDP，找到第一個Parameter Header裏的Minor Revision，發現其值是0x06，即JESD216B。

enum
{
    kSfdp_Version_Major_1_0 = 1,
    kSfdp_Version_Minor_0  = 0, // JESD216
    kSfdp_Version_Minor_A  = 5, // JESD216A
    kSfdp_Version_Minor_B  = 6, // JESD216B
    kSfdp_Version_Minor_CD = 7, // JESD216C, JESD216D, JESD216D.01
};

4.2 設定QE信息去下載

　　由於IS25WP064AJBLE的SFDP版本較高，因此其QE信息能夠不從手冊裏查看了，而若是Flash不支持SFDP或者SFDP是第一版，則須要查數據手冊記錄QE bit位置及初始狀態。

　　咱們知道不管是Jlink仍是各大IDE下載算法或是痞子衡的MCUBootUtility工具，在i.MXRT下基本都是同一套下載算法設計，即 《ROM API實現IAP》 中2.2節那樣的用法。對於經典的四線QSPI NOR，咱們只須要簡單修改option值便可。

　　對於i.MXRT1060下的IS25WP064AJBLE，咱們直接設option = 0xc0000008。即標準四線，速度爲133MHz，QE默認是NotConfig（注意option[11:8]表示QuadMode），爲何QE設NotConfig？那是由於這顆Flash的SFDP版本高，下載算法能從SFDP中找到QE信息而且會嘗試使能它。

enum
{
    kSerialNorQuadMode_NotConfig = 0,
    kSerialNorQuadMode_StatusReg1_Bit6 = 1,
    kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit1 = 2,
    kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit7 = 3,
    kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit1_0x31 = 4,
};

　　而若是Flash是非SFDP或JESD216且QE默認是關的，那麼option[11:8]必需要設置正確，不然下載校驗時會報錯。好比前面介紹的W25Q64JVSIM，痞子衡不肯定其是什麼SFDP版本，保險起見，咱們能夠直接設option = 0xc0000408。

　　上面的option值QE設置與痞子衡的MCUBootUtility下載工具是對應的：

4.3 匹配FDCB去啓動

　　下載時若是可以成功將Flash裏的QE打開，i.MXRT啓動時就能夠不用特殊作什麼，直接用SDK裏提供的FDCB便可。爲了達到最高XIP性能，FDCB裏的LUT都是配的四線I/O模式的Fast Read，而QE此時已經打開，那麼CPU去Flash裏讀指令不會有任何問題。

　　至此，致使串行NOR Flash在i.MXRT下沒法正常下載/啓動的常見因素之QE bit痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~

歡迎訂閱

文章會同時發佈到個人 博客園主頁、CSDN主頁、知乎主頁、微信公衆號 平臺上。

微信搜索"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼，就能夠在手機上第一時間看了哦。