擦寫Flash時(shí)一定不能開啟系統(tǒng)全局中斷嗎？

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT下FlexSPI driver實(shí)現(xiàn)Flash編程時(shí)對于中斷支持問題。

前段時(shí)間有客戶在官方社區(qū)反映 i.MXRT1170 下使用官方 SDK 里 FlexSPI 驅(qū)動去擦寫 Flash 時(shí)不能很好地支持全局中斷。客戶項(xiàng)目里用了兩塊 NOR Flash，分別掛在不同的 FlexSPI 上，一塊 Flash 用于存儲 XIP 代碼（FlexSPI1），另一塊 Flash 用于存儲項(xiàng)目資源數(shù)據(jù)（FlexSPI2），顯然這樣的設(shè)計(jì)原理上是沒有問題的，那為什么使能了中斷會出問題呢？今天痞子衡來分析下這個(gè)問題：

Note: 客戶測試的 SDK 版本為 2.12.1，對應(yīng)的 FlexSPI driver 版本為 2.3.6

一、為什么擦寫Flash時(shí)經(jīng)常需要關(guān)全局中斷？

在具體分析客戶問題之前，我們先來聊聊嵌入式應(yīng)用里應(yīng)對 NOR Flash 的擦寫為何大部分情況下都是要關(guān)閉全局中斷（這里假設(shè)執(zhí)行代碼空間與擦寫操作空間在同一個(gè) Flash 上，當(dāng)然是在不同區(qū)域），這其實(shí)跟如下兩個(gè)特性有關(guān)：

1.1 RWW特性（Read-While-Write）

RWW 特性的意思是在 Flash 執(zhí)行擦寫命令進(jìn)入 Busy 狀態(tài)期間（Flash 內(nèi)部狀態(tài)寄存器 WIP 位變狀態(tài) 1）還能否繼續(xù)響應(yīng)非操作區(qū)域的讀訪問。如果 SR[WIP] = 1 時(shí)還能夠支持讀訪問，則該 Flash 支持 RWW，反之則不支持 RWW。

絕大部分 Flash 都是不支持 RWW 特性的，這就是為什么 Flash 擦寫操作代碼本身是需要重定向到 RAM 里去執(zhí)行（尤其是回讀 SR[WIP] 狀態(tài)的代碼）。對于支持 RWW 特性的 Flash，一般是以 Block 為單位，F(xiàn)lash 擦寫操作代碼放在 BlockX 里執(zhí)行，則可以操作 BlockX 以外的其它 Block 區(qū)域，且不需要做代碼重定向。

現(xiàn)在你應(yīng)該知道對于不支持 RWW 的 Flash 為什么擦寫時(shí)需要關(guān)閉全局中斷了，因?yàn)闊o法保證中斷響應(yīng)相關(guān)代碼全都重定向到 RAM 里了，所以干脆在 Flash 擦寫期間不響應(yīng)任何中斷。

1.2 SCLK Stop特性

SCLK Stop 特性的意思是在 Flash 執(zhí)行寫入命令接受主設(shè)備傳輸過來的 Page 數(shù)據(jù)期間，如果總線上 SCLK 停止（一般情況是 FlexSPI 這一端的 TXFIFO 為空或者觸發(fā)空條件），則 Flash 能否也暫停接受當(dāng)前 Page 數(shù)據(jù)直到 SCLK 繼續(xù)輸出從而繼續(xù)處理剩下的 Page 數(shù)據(jù)。

絕大部分 Flash 是不支持 SCLK Stop 特性的，因此在 MCU 端如果傳輸 Page 數(shù)據(jù)，需要一次性連續(xù)傳輸完成，一旦中途被打斷，則兩次不連續(xù)的 Page 數(shù)據(jù)傳輸可能無法得到想要的 Page 寫入結(jié)果。這也是為何 Flash 寫入期間我們需要關(guān)閉中斷。

二、FlexSPI外設(shè)寫操作設(shè)計(jì)

關(guān)于 i.MXRT 上的 FlexSPI 外設(shè)基本情況，痞子衡有兩篇舊文 《FlexSPI支持在Flash XIP原理》、《FlexSPI支持AHB方式寫入Flash》，大家先讀一下有個(gè)初步了解。這里痞子衡想重點(diǎn)說一下 FlexSPI 關(guān)于 IPG 方式寫操作的設(shè)計(jì)，下圖為 FlexSPI 外設(shè)的模塊框圖，痞子衡用綠色線標(biāo)出了 IPG 方式寫入的通路，這里大家可以看出其中 IP_TX_FIFO 模塊起了重要的數(shù)據(jù)緩沖作用，驅(qū)動里往 FLEXSPI->TFDRx 寄存器寫入的 Page 數(shù)據(jù)會先被裝載進(jìn) IP_TX_FIFO 里，然后再傳輸出去。

不同 i.MXRT 型號上 IP_TX_FIFO 大小不一樣，目前有三種大小：128/256/1024 Bytes。對于 QuadSPI/OctalSPI NOR Flash 來說，Page 大小一般是 256 Bytes；對于 HyperBus Flash，Page 大小一般是 512 Bytes。所以在 i.MXRT10xx 上 IP_TX_FIFO 是不足以緩沖整個(gè) Page 的，i.MXRT117x 上可以緩沖 QuadSPI/OctalSPI NOR 類型的 Page，i.MXRT118x/5xx/6xx 上則可以緩沖全部 NOR Flash 類型的 Page。對于 Page 數(shù)據(jù)不能全部緩沖的情況，則需要一邊傳輸一邊緩沖。

在具體裝載數(shù)據(jù)進(jìn) IP_TX_FIFO 時(shí)，主要涉及如下三個(gè) FLEXSPI 寄存器，IP_TX_FIFO 一次只能被填入 watermark level 大小的數(shù)據(jù)，想要把全部 Page 數(shù)據(jù)填進(jìn) IP_TX_FIFO，需要分多次裝載。只要 FLEXSPI->INTR[IPTXWE] 標(biāo)志為 0， 即代表 IP_TX_FIFO 剩余空間大于等于 watermark level，那么就可以繼續(xù)裝載。

FLEXSPI->IPTXFCR[TXWMRK]  -- 設(shè)置一次裝載進(jìn) IP_TX_FIFO 的數(shù)據(jù)長度（即 watermark level），8 Bytes為單位
FLEXSPI->TFDRx            -- 按 watermark level 長度填入 IP_TX_FIFO 裝載數(shù)據(jù)
FLEXSPI->INTR[IPTXWE]     -- 觸發(fā) IP_TX_FIFO 的一次裝載

三、客戶問題及FlexSPI driver寫操作流程

前面鋪墊了這么多，終于來到客戶遇到的 FlexSPI 驅(qū)動對于中斷不支持的問題了。因?yàn)榭蛻羰褂昧藘善?Flash，所以不存在 RWW 限制問題，那剩下的原因就跟 SCLK Stop 特性有關(guān)，即 IP_TX_FIFO 并沒有緩沖全部的 Page，導(dǎo)致 Page 傳輸過程被中斷打斷了，然后 IP_TX_FIFO 因?yàn)榫彌_數(shù)據(jù)全部發(fā)完而使 FlexSPI 模塊進(jìn)入了 SCLK Stop 狀態(tài)。

我們直接打開 fsl_flexspi.c 驅(qū)動文件，找到跟寫操作相關(guān)的 FLEXSPI_TransferBlocking() 函數(shù)，在函數(shù)實(shí)現(xiàn)里可以發(fā)現(xiàn)，啟動寫傳輸時(shí)序的控制位 FLEXSPI->IPCMD[TRG] 是在 IP_TX_FIFO 填充動作 FLEXSPI_WriteBlocking() 函數(shù)之前被開啟的，那這樣的實(shí)現(xiàn)確實(shí)是不能夠很好地支持中斷的。

四、如何改進(jìn)FlexSPI driver支持中斷？

知道了原因所在，改起來也很簡單。如果是 QuadSPI/OctalSPI NOR Flash 類型（Page=256 Bytes），在 i.MXRT117x 上，其 IP_TX_FIFO 大小為 256 Bytes，能夠緩沖全部的 Page 大小，則可以先調(diào)用 FLEXSPI_WriteBlocking() 裝載全部的 Page 數(shù)據(jù)，然后再開啟 FLEXSPI->IPCMD[TRG] 去觸發(fā)寫傳輸時(shí)序，這時(shí)候就不怕被中斷打斷了，如下代碼所示。

當(dāng)然下面代碼只是一個(gè) workaround 式的實(shí)現(xiàn)示例，不是一個(gè)完整的解決方案，畢竟 FlexSPI 驅(qū)動要適配全部 i.MXRT 型號以及全部類型的 NOR Flash，此外還適用 NAND 型 Flash（Page 一般是 2KB），這時(shí)候需要根據(jù)情況拆分調(diào)用多次 FLEXSPI_WriteBlocking() 函數(shù)（不管怎樣要保證啟動寫傳輸時(shí)序前，把 IP_TX_FIFO 先裝滿）。

status_tFLEXSPI_TransferBlocking(FLEXSPI_Type*base,flexspi_transfer_t*xfer)
{
//代碼略去

/*StartTransfer.*/
if((xfer->cmdType==kFLEXSPI_Write)||(xfer->cmdType==kFLEXSPI_Config))
{
result=FLEXSPI_WriteBlocking(base,xfer->data,xfer->dataSize);
base->IPCMD|=FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
}
elseif(xfer->cmdType==kFLEXSPI_Read)
{
base->IPCMD|=FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
result=FLEXSPI_ReadBlocking(base,xfer->data,xfer->dataSize);
}
else
{
base->IPCMD|=FLEXSPI_IPCMD_TRG_MASK;
}

//代碼略去
}

至此，i.MXRT下FlexSPI driver實(shí)現(xiàn)Flash編程時(shí)對于中斷支持問題痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯：湯梓紅