我們需要摸清i.MXRT啟動串行NOR Flash裝置到底是怎樣的初始化流程，搞清這個流程，将來定位啟動問題才能遊刃有餘
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中串行NOR Flash啟動初始化流程。
從外部串行NOR Flash啟動問題是i.MXRT系列開發最高頻的話題，無論是開發調試XIP應用程式階段還是最終産品量産階段都繞不開NOR Flash選型以及為它設計一個比對的FDCB配置塊。如果不了解FDCB是什麼，先去看痞子衡之前的文章 《Bootable image格式與加載》。
實際開發過程中，影響串行NOR Flash正常下載下傳/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》、《SFDP因素》、《QE bit因素》，列舉了三個不同因素，當然這都是出了問題，具體調試分析才定位出來的，顯然還有很多未知因素等待陸續被發掘。
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啟動串行NOR Flash裝置到底是怎樣的初始化流程，搞清這個流程，将來定位啟動問題才能遊刃有餘，話不多說，開始今天的主題。
備注：本文主角是i.MXRT1050，但内容也同樣适用i.MXRT1020/1015，對于i.MXRT1010也算适用但有兩處微小差别（備援App啟動支援，Flash上電等待時間處理）。
我們知道外部串行NOR Flash是接到i.MXRT的FlexSPI外設引腳上，有時串行NOR Flash啟動也叫FlexSPI NOR啟動。關于FlexSPI NOR啟動流程，i.MXRT1050參考手冊System Boot章節有如下流圖，藍框之外的流程屬于正常i.MXRT啟動XIP App流程，是個通用流程。藍框之内才是具體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，痞子衡将其分解成了六步，我們有必要深入這六步初始化流程。
第一步是嘗試複位Flash晶片，這步是可選的，在fuse_0x6e0[7]裡配置，預設是不使能的。複位Flash目的是為了讓Flash處于一個确定的初始狀态，友善i.MXRT BootROM去配置通路。為什麼要強調Flash的初始狀态，因為很多時候i.MXRT未必是冷啟動（上電啟動），也有可能是軟複位啟動（比如調用NVIC_SystemReset），這時候外部Flash已經被軟複位前執行過的BootROM甚至使用者App配置過，是以Flash的狀态可能不是上電初始狀态（一般來說闆級設計裡Flash的RESET#引腳要麼懸空，要麼連接配接i.MXRT的POR#引腳），這可能會影響軟複位後BootROM去再次配置啟動這塊不定态的Flash。
正常的Flash都提供了RESET#引腳來實作跟上電複位一樣的功能，對于普通8-pin的QSPI Flash，這個RESET#引腳往往是跟信号線IO3複用的（僅在QE bit沒使能情況下有效），而對于16-pin的QSPI Flash或者HyperFlash，其RESET#引腳都是獨立的。
BootROM就是借助了Flash的RESET#引腳來實作的複位操作，實作代碼比較簡單，i.MXRT1050 BootROM直接指定了GPIO1[9]當做複位信号線，闆級設計裡需要你将GPIO1[9]連到Flash的RESET#引腳，然後BootROM就是簡單地拉低GPIO1[9]即可。RESET#信号都是低電平有效，BootROM直接拉低這個信号持續250us，這個低電平持續時間對于複位來說是夠夠的，很多Flash資料手冊裡其實僅要求幾us即可。
備注：對于BootROM的Flash複位功能來說，主要适用有獨立RESET#引腳的Flash。
第二步是準備一個初始的FDCB配置塊（即flexspi_nor_config_t，大小為512位元組），這個初始FDCB配置塊将被用來做FlexSPI外設的第一次初始化，目的是為了能夠保證FlexSPI初始化之後CPU能夠使用AHB方式正常讀取Flash（通路性能不要求最高，但求穩定通路）。這個初始FDCB并不是一個完全定死的配置塊，部分值也是根據fuse來配置的，一共有三處fuse位置，其中最重要的是FLASH_TYPE：
初始FDCB配置塊中僅給memConfig設了值，這個memConfig才是用于配置FlexSPI外設本身。如下部分指派是固定的FDCB設定，不受fuse影響，從這個固定配置你可以看到，BootROM假定了所有外接Flash都是128MB，且通路時鐘(SCK)速度能支援30MHz，不要對這個假定感到焦慮，它隻是用于FlexSPI第一次初始化，目的隻求能正常通路Flash前4KB即可：
然後便是從fuse裡擷取flashType，根據具體flashType來對初始FDCB配置塊做進一步動态指派，這進一步指派才用于區分不同Flash種類（Pad數量、DQS信号屬性、最重要的lookupTable等）。
上圖中最重要的FDCB指派是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總線讀取Flash的内容，因為FlexSPI會自動解析AHB總線讀請求然後翻譯成具體FlexSPI讀時序，底層讀時序需要的指令、位址位元組數、DUMMY周期都在lookupTable裡。BootROM預存了如下6大類Flash的lookupTable：
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，就是下面代碼，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傳回失敗（這裡一般不會失敗，因為僅僅是FlexSPI外設自身初始化，并不涉及操作外部Flash晶片的動作），BootROM則直接退出FlexSPI NOR裝置啟動，轉入SDP下載下傳。
上述第一次FlexSPI初始化一般都會成功的，但這并不代表fuse裡的flashType等配置跟闆子上Flash型号是比對的，也就是說初始FDCB配置塊此時還沒有被充分驗證其是否适用闆載Flash型号。
FlexSPI第一次初始化結束後，為了保證後續能正常AHB通路，BootROM裡做了一些善後工作，主要是兩件事：
做一些通路前的延時：根絕fuse 0x450[3:2] - HOLD TIME來調用microseconds_delay()做延時，以使FlexSPI外設完全準備好。 做一次無效AHB通路：類似這樣的代碼 volatile uint32_t dummy = *(uint32_t *)0x60000000;，無效AHB讀可以使Flash退出continuous read模式
善後工作結束之後，此時CPU應該可以通過AHB正常通路Flash了，這個階段我們隻需要從Flash的偏移0位址處讀取使用者FDCB，驗證使用者FDCB是否存在，這裡才是對前面初始FDCB配置塊以及第一次FlexSPI外設初始化的真正考驗。
驗證使用者FDCB是否存在就是簡單讀取FDCB的前四個位元組(tag)，驗證這個tag是否合法。如果第一次驗證tag不成功（有可能是FlexSPI配置不正确，也有可能是使用者FDCB不存在），會嘗試做一次三位元組位址切換到四位元組位址的LUT更新（僅适用QSPI Flash），然後做第二次tag讀取驗證，如果此時還是驗證失敗（大機率是不存在使用者FDCB了），BootROM則直接退出FlexSPI NOR裝置啟動，轉入SDP下載下傳。
上面代碼裡有flexspi_clear_cache()操作，這個其實就是利用FLEXSPI0->MCR0[SWRESET]做一個外設級别的軟複位，另外代碼裡還涉及到一個四位元組位址QSPI Flash的LUT表，即如下所示：
到了這裡，基本代表第一次FlexSPI初始化是正确且可用的，并且能夠拿到有效的使用者FDCB配置塊。這時候就是利用使用者FDCB配置塊對FlexSPI外設做第二次初始化，初始化代碼流程跟第一次初始化是一模一樣的。
這個第二次初始化是非常有必要的，因為它反映了使用者的真實需求，使用者FDCB配置塊裡會準确描述闆載Flash的全面特性（通路速度，真實存儲空間大小，特殊定制LUT等等），這些資訊必須由使用者來提供。
需要注意的是，第二次FlexSPI初始化傳回成功并不代表使用者FDCB配置塊一定就是正确的，還是那句話，這僅僅是對FlexSPI外設自身的初始化。後續正常App解析流程裡才是對這個使用者FDCB配置塊的真正考驗。
至此，深入i.MXRT1050系列ROM中串行NOR Flash啟動初始化流程痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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衡傑(痞子衡)，目前就職于恩智浦MCU系統部門，擔任嵌入式系統應用工程師。
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