i.MX RT中FlexSPI外設(shè)不常用的讀選通采樣時(shí)鐘源

最近碰到一個(gè)客戶，他們?cè)?i.MX RT500 上使能了 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2（即 loopbackFromSckPad），這個(gè)選項(xiàng)字面上的意思是設(shè)置讀選通采樣時(shí)鐘源為 SCK 引腳，這個(gè)選項(xiàng)在恩智浦官方的代碼包里未曾使能過(guò)。

客戶在使用過(guò)程中遇到高頻時(shí) SCK 引腳被降壓的問(wèn)題（從正常的 1.8V 降至 1.2V），那么這個(gè) loopbackFromSckPad 選項(xiàng)到底是什么作用，以及有什么使用限制呢？

注1: 參考手冊(cè)里顯示支持loopbackFromSckPad選項(xiàng)的型號(hào)有 i.MX RT1040/1050/1060/1064/1180/500

注2: 參考手冊(cè)里沒(méi)有提及支持loopbackFromSckPad選項(xiàng)的型號(hào)有 i.MX RT1010/1015/1020/1024/1160/1170/600

一、為什么存在Read Strobe？

對(duì)于串行 SPI 接口存儲(chǔ)器，F(xiàn)lexSPI 外設(shè)主要支持如下兩種讀數(shù)據(jù)時(shí)序：一是所謂的經(jīng)典 SPI 模式，IO0 (MOSI) 專用于發(fā)送命令和地址，IO1 (MISO) 專用于接收數(shù)據(jù)（圖中上面的時(shí)序）。二是 Multi-I/O SPI 模式，SIO[n:0] 一起用于發(fā)送命令地址以及接收數(shù)據(jù)（圖中下面的時(shí)序）。

顯然經(jīng)典 SPI 模式下 IO[1:0] 是單向的，而 Multi-I/O SPI 模式下，SIO[n:0] 是雙向的。當(dāng) SIO 用于雙向傳輸時(shí)，過(guò)程中必然存在引腳方向切換，而 FlexSPI 外設(shè)在處理 SIO 方向切換時(shí)，無(wú)法做到零等待周期讀取數(shù)據(jù)，這就是為什么 Multi-I/O SPI 讀時(shí)序中總是會(huì)存在 Dummy 周期。

因?yàn)?Dummy 周期的存在，F(xiàn)lexSPI 外設(shè)內(nèi)部實(shí)際上有一個(gè) Read Strobe 信號(hào)（即 DQS）來(lái)控制數(shù)據(jù)的選通性（即什么時(shí)候開(kāi)始數(shù)據(jù)有效，將數(shù)據(jù)存入內(nèi)部 FIFO）。更直白點(diǎn)說(shuō)，Read Strobe 信號(hào)的存在就是由于 FlexSPI 外設(shè)無(wú)法支持如下這種情況的讀時(shí)序（下圖中 COMMAND 實(shí)際應(yīng)為 COMMAND ADDR）。

二、FlexSPI內(nèi)部Read Strobe設(shè)計(jì)

在i.MX RT參考手冊(cè)里有如下 FlexSPI 前端采樣單元框圖，其中 ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 即是 Read Strobe 信號(hào)，它控制著 FIFO 中實(shí)際數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 信號(hào)共有四種來(lái)源，最原始的信號(hào)源由 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] 選擇，中間可能還會(huì)經(jīng)過(guò) DLLxCR 單元（這部分以后會(huì)另寫(xiě)文章單獨(dú)介紹）、Phase Chain 單元做處理，然后送到采樣單元里。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 0 的情況，此時(shí) Read Strobe 經(jīng)由 ipp_do_dqs0_fa/b 純內(nèi)部 loopback 回來(lái)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何延遲單元。這種配置一般僅用于經(jīng)典 SPI 傳輸模式（低速 60MHz SDR 場(chǎng)合），適用低容量 SPI NOR / EEPROM，這時(shí)候 FlexSPI DQS Pad 可用作其它功能或者 GPIO。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1 的情況，此時(shí) Read Strobe 經(jīng)由懸空的 DQS 引腳 ipp_do_dqs1_fa/b 再 loopback 回來(lái)，此時(shí)有了 DQS 引腳繞一圈的延遲。這種配置可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（較高速 133MHz SDR 場(chǎng)合），適用不含 DQS 引腳的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是 FlexSPI DQS Pad 需要懸空。

注: 有一篇舊文《使能串行NOR Flash的DTR模式》跟這種配置相關(guān)，這時(shí)候 dummy cycle 數(shù)的設(shè)置很關(guān)鍵。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 3 的情況，此時(shí) Read Strobe 完全由外部存儲(chǔ)器的 DQS 引腳輸出 ipp_ind_dqs3_fa/b 直通進(jìn)來(lái)。這種配置可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（最高速 166MHz/200MHz DDR 場(chǎng)合），適用于包含 DQS 引腳的 OctalSPI NOR Flash，這時(shí) FlexSPI DQS Pad 與外部存儲(chǔ)器相連。

注: 我有兩篇舊文《串行NOR Flash的DQS信號(hào)功能》、《啟動(dòng)含DQS的Octal Flash可不嚴(yán)格設(shè)Dummy Cycle》跟這種配置相關(guān)。

三、loopbackFromSckPad選項(xiàng)意義

前面鋪墊了那么多，終于來(lái)到本文的主題了，即下圖 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 的情況，此時(shí) Read Strobe 經(jīng)由 SCK 引腳 ipp_ind_sck_fa/b 再 loopback 回來(lái)，此時(shí)有了 SCK 引腳繞一圈的延遲。

這種配置從應(yīng)用角度與 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1（即 loopbackFromDqsPad） 差不多，也可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（較高速 133MHz SDR 場(chǎng)合），適用不含 DQS 引腳的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是這時(shí)候 FlexSPI DQS Pad 被解放出來(lái)了，這也是它的最主要意義。

別小看只是省了一個(gè) DQS 引腳，也許你認(rèn)為 i.MX RT 有那么多I/O，省一個(gè)引腳意義不大，但是如果某些 FlexSPI 引腳組不帶 DQS 信號(hào)，你又想配置 FlexSPI 以 60MHz 以上頻率去訪問(wèn) Flash，這時(shí)候 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 選項(xiàng)就會(huì)幫上大忙了，見(jiàn)舊文《不支持DQS的FlexSPI引腳組連接串行NOR Flash注意事項(xiàng)》。

四、loopbackFromSckPad使用限制

FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 選項(xiàng)雖好，但有如下兩個(gè)實(shí)際使用限制：

存在信號(hào)完整性問(wèn)題：主要出現(xiàn)在 SCK 頻率過(guò)高或者板級(jí) PCB 上 SCK 信號(hào)走線過(guò)長(zhǎng)時(shí)。

SCK自由運(yùn)行模式下不可用：對(duì)于某些 FPGA 應(yīng)用，有時(shí)需要設(shè)置 FlexSPI->MCR0[SCKFREERUNEN] = 1，即 SCK 需要持續(xù)給外部設(shè)備內(nèi)部 PLL 提供參考時(shí)鐘。

來(lái)源：恩智浦MCU加油站

審核編輯：湯梓紅