什么是QPI/OPI模式

我們知道Flash讀時(shí)序里有五大子序列CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ，前面的文章中講過《串行NOR Flash的Continuous read模式》，Continuous read模式是為了在適當(dāng)?shù)那闆r下精簡掉連續(xù)讀訪問里的后續(xù)CMD子序列，它可以進(jìn)一步提高Flash訪問性能，這已經(jīng)是極限了嗎？其實(shí)沒有，還差最后一招，那就是今天要講的QPI/OPI模式。

一、什么是QPI/OPI模式？

截至到目前為止，不管是四線Flash還是八線Flash，之前講的所有Flash傳輸時(shí)序中的CMD子序列都是以單線形式發(fā)送的（即只通過IO0來發(fā)送），我想你肯定也曾經(jīng)覺得奇怪過，為何其他子序列都有1/2/4/8線模式可選，偏偏這個(gè)CMD子序列總是1線模式？

其實(shí)這也不能怨CMD，畢竟所有的Flash傳輸時(shí)序都從CMD子序列開始的，后續(xù)子序列的Pad模式都是靠CMD命令碼來區(qū)分的，為了保證CMD值能被正確獲取，只能犧牲CMD序列的靈活性，就固定以單線形式發(fā)送，這也就是所謂的SPI模式。

為了不讓CMD子序列太委屈，F(xiàn)lash 廠商也為了它單獨(dú)做了設(shè)計(jì)，四線Flash可以切換到4線模式來發(fā)送CMD子序列（即QPI模式），八線Flash可以切換到8線模式來發(fā)送CMD子序列（即OPI模式），上電默認(rèn)是SPI模式，然后在SPI模式下做指定設(shè)置可以切換到QPI/OPI模式，在QPI/OPI模式下做指定設(shè)置或者復(fù)位也能再回到SPI模式。

1.1 四線Flash的QPI模式

下面是一款典型的四線Flash芯成 IS25WP128）在QPI模式下的Fast Read Quad I/O傳輸時(shí)序，此時(shí)CMD子序列僅在2個(gè)CLK內(nèi)就完成了傳輸，因?yàn)镮O[3:0]均參與了CMD發(fā)送，效率是SPI模式下的 4 倍。后面的子序列與SPI模式下一模一樣。

1.2 八線Flash的OPI模式

下面是一款典型的八線Flash（旺宏 MX25UM51345）在OPI模式下的OCTA Read傳輸時(shí)序，此時(shí)CMD子序列僅在1個(gè)CLK內(nèi)就完成了傳輸，因?yàn)镾IO[7:0]均參與了CMD發(fā)送，效率是SPI模式下的8倍。后面的子序列與SPI模式下一模一樣。

二、不同F(xiàn)lash廠商關(guān)于QPI/OPI切換設(shè)計(jì)

現(xiàn)在我們來看幾家主流Flash廠商關(guān)于QPI/OPI模式切換的設(shè)計(jì)（如果你想快速確認(rèn)某一款型號(hào)Flash是否支持這個(gè)特性，找到其數(shù)據(jù)手冊(cè)搜索"QPI/OPI"看有沒有結(jié)果）：

2.1 四線 Flash 上切換設(shè)計(jì)

QPI模式是四線Flash上一個(gè)性能模式特性，并不是所有 Flash 都支持這個(gè)特性。而對(duì)于支持QPI模式的Flash，不同廠商的切換設(shè)計(jì)也不太相同，不過大部分廠商都是選擇發(fā)一個(gè)CMD命令時(shí)序來切換，比如芯成IS25WP128就是如下的時(shí)序進(jìn)入和退出QPI模式：

找了幾家市面上比較常見的四線 Flash，并整理了它們進(jìn)出QPI模式命令碼如下：

當(dāng)然也有一些廠商不是發(fā)一個(gè)CMD命令時(shí)序來切換的設(shè)計(jì)，而是通過設(shè)置Flash內(nèi)部寄存器的方式來做切換，比如賽普拉斯S25FS-S系列就是設(shè)置如下的寄存器來進(jìn)入和退出QPI模式：

2.2 八線 Flash 上切換設(shè)計(jì)

對(duì)于八線Flash，即使OPI模式也算性能模式特性，但是基本上所有Flash都能支持這個(gè)特性（畢竟目前生產(chǎn)8線Flash的廠商并不多）。這些廠商都是提供設(shè)置Flash內(nèi)部寄存器的方式來做切換：

如下是旺宏 MX25UM51345 切換 OPI 模式的寄存器定義：

如下是鎂光 MT35X 系列切換 OPI 模式（即 Octal 模式）的寄存器定義：

三、在i.MXRT1170-EVK上實(shí)戰(zhàn)

了解了上面關(guān)于QPI/OPI模式知識(shí)后，我們?cè)诙髦瞧謎.MX RT1170-EVK板子上實(shí)踐一下。

默認(rèn)連接的Flash是IS25WP128，這款Flash是支持QPI模式的，我們隨便在SDK包里找一個(gè)XIP例程，修改工程里evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c文件里的FDCB啟動(dòng)頭如下，改完下載程序進(jìn)Flash運(yùn)行，代碼執(zhí)行效率應(yīng)該會(huì)有所提升。

#define CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI 7
const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
    .memConfig =
        {
            // ... 默認(rèn)設(shè)置省略
            
            // 使能 QPI 配置操作
            .deviceModeCfgEnable = 1u,
            .deviceModeType = kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi,
            .waitTimeCfgCommands = 1,
            .deviceModeSeq =
                {
                    .seqNum   = 1,
                    .seqId    = CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI,
                    .reserved = 0,
                },
            .deviceModeArg = 0,
            .lookupTable =
                {
                    // Fast Read Quad I/O LUTs （將 CMD_SDR 的 Pad 模式由 FLEXSPI_1PAD 改為 FLEXSPI_4PAD）
                    [0]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                    [1]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x00, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
                    [2]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04, 0, 0, 0),
                    // 增加 Enter QPI 命令序列
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI]     = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x35, 0, 0, 0),
                },
        },
    // ... 默認(rèn)設(shè)置省略
};

關(guān)于OPI模式使能的例子可以直接參考MIMXRT500/600 SDK，因?yàn)槠渑涮譋VK使用的是旺宏MX25UM51345，所以官方SDK里啟動(dòng)頭FDCB都是包含開啟OPI模式的配置代碼的。