痞子衡嵌入式：致使串行NOR Flash在i.MXRT下没法正常下载/启动的常见因素之QE bit

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　　你们好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给你们介绍的是致使串行NOR Flash在i.MXRT下没法正常下载/启动的常见因素之QE bit。

　　i.MXRT系列MCU发布已两年多了，基于i.MXRT的客户产品也愈来愈多，能够说是全面开花了。痞子衡做为i.MXRT产品线的系统应用工程师，早期的时候还能够尽情作参考设计，如今基本大量时间都被客户支持占据了。

　　由于i.MXRT系列都没有内置Flash（RT1064, RT1024等SIP型号除外），所以为其搭配一块串行NOR Flash去启动是客户项目的头等大事，而串行NOR Flash厂商很是多，客户选择余地很大，所以咱们不得不与客户一块儿同茫茫Flash型号打交道，痞子衡也经常调侃本身已沦为Flash测试工程师。

　　痞子衡在支持客户解决串行NOR Flash下载启动问题过程当中主要遇到几个常见因素，这几个因素可能会影响Flash在i.MXRT下没法正常使用，上篇痞子衡讲了 《SFDP因素》， 今天痞子衡重点跟你们聊聊QE bit这个因素。

1、什么是QE bit？

　　QE是Quad Enable的缩写，中文叫四线使能，咱们须要结合i.MXRT EVK上默认放置的QSPI NOR Flash（ISSI IS25WP064AJBLE）来解释这个概念。

1.1 QE定义

　　以下是 IS25WP064AJBLE 的引脚图，也是最经典的QSPI NOR Flash封装形式（SOIC-8），8个引脚，除去必备的电源和地，还剩6根信号线。这6根信号线中用蓝色框括起来的Pin1/2/5/6即嵌入式通信里常见的SPI接口。除此之外，还有2根用绿色框括起来的信号线Pin3/7，它俩是功能复用的，要解释QE，就跟它俩功能定位有关。

　　QE往简单了说就是，Pin3/7用做IO2/3当数据传输功能，便是QE使能；而Pin3/7用做WP#、HOLD#控制功能则是QE不使能。

1.2 QE意义

　　QE不使能Pin3/7用做WP#、HOLD#功能这个很好理解，就是经过外部引脚电平设置来保护Flash数据安全（主要是不被误擦写）。那么QE使能有什么意义呢？这得要从QSPI NOR Flash工做模式提及。

　　一个标准的NOR Flash操做时序正常由：CMD + ADDR + dummy + DATA 四部分组成，怎么传输这些数据决定了Flash工做模式。从大的分类来讲，Flash工做模式分为两种，即SPI模式和QPI模式：

• SPI模式：数据线IO0是大哥，CMD只能由IO0发出，其余数据传输能够跟IO[3:1]一块儿上（具体怎么上，方式特别多，后面会介绍）
• QPI模式：四根数据线IO[3:0]地位对等，全部数据传输都是四兄弟一块儿上，从I/O使用效率来讲，属它最高。

　　Flash芯片默认上电都是在SPI模式，须要在SPI模式下发送特殊的命令（QPIEN - 0x35）才会进入QPI模式，并且进入QPI模式后，QE控制功能就不生效了（不管QE什么设置，都至关于QE使能状态），缘由是QPI模式下必须IO[3:0]一块儿上。由于i.MXRT BootROM默认不支持QPI模式（想作也行，但麻烦），因此咱们仅讨论SPI模式。

　　Flash操做主要是读、写、擦，咱们就以最多见的读来讨论SPI模式。继续翻看 IS25WP064AJBLE 手册，找到其命令集，能够看到读相关的命令特别多，一共有9种。不算DTR（双边沿采样）的话光SDR下（单边沿采样）就有6种，痞子衡前面说过，SPI模式下IO[3:0]具体怎么传数据方式不少就体如今这里。

　　痞子衡重点介绍效率最低的Normal Read Mode（NORD - 0x03）和效率最高的Fast Read Quad I/O（FRQIO - 0xEB）。下图是二者时序对比图，能够看到NORD模式下（下图左边），仅使用IO[1:0]，IO0负责发送命令、地址，IO1负责收数据，而且SCK最高50MHz；而FRQIO模式下（下图右边），除了IO0发送命令外，其他地址、数据都是由IO[3:0]一块儿完成的，并且SCK可达133MHz，效率堪比QPI模式了。

　　为了充分利用Flash去执行代码（XIP），咱们确定但愿Flash能工做在FRQIO模式下，而FRQIO模式可否正常使用显然取决于QE设置。

2、QE bit位置差别

　　前面介绍了QE功能，那么在Flash里是如何设置QE功能的呢？其实Flash内部除了Memory块外，一般还有一些寄存器来记录用户配置或保存状态。

2.1 几个不一样QE bit设计

　　以下是 IS25WP064AJBLE 的状态寄存器（Status Register），其有仅有一个SR，其中SR1[6]便是QE bit，用以设置QE功能，而且须要注意的是QE bit是非易失性的，这意味着Flash即便掉过电，这个QE设置还在。

　　IS25WP064AJBLE 里读写SR有专门的CMD，其中写SR命令字（WRSR）是常见的0x01：

　　是否是全部厂商的Flash都统一按上面这样来设计QE bit的呢？很遗憾，并非！让咱们再来看一款来自华邦的 W25Q64JVSIM，其内部共有三个SR，而SR2[1]才是QE bit：

　　W25Q64JVSIM 里读写SR有三组CMD，其中用于设置QE的写SR2命令字是0x31：

　　看起来在QE bit设计这一块，各厂商Flash不必定是同样的，据痞子衡所知，目前市面上至少存在四种不同的QE bit设计，痞子衡就不一一列举了。更有甚者，同一个厂商的不一样系列Flash的QE设计也可能不同，好比兆易创新的Flash。

2.2 SFDP - JESD216A规范

　　对于存在的不一样的QE bit设计，想要用一套软件驱动去开启QE，变得有点困难，那该怎么办？这时候JEDEC站了出来。痞子衡在 《SFDP因素》 一文第一节里提到JESD216标准从2011年开始至今发展了5个版本，其中最初的版本JESD216里没有对于QE bit位置的定义（SFDP里Basic Flash Parameter Table仅包含9个DWORD），从JESD216A开始QE bit位置信息也被记录在了SFDP表中（Basic Flash Parameter Table扩展到16个DWORD），QE bit信息就记录在以下Table 15：

　　因此对于不支持SFDP或者仅是JESD216版本SFDP的Flash，咱们须要手动查其数据手册找到QE bit信息。而JESD216A及以上版本的Flash，咱们直接读出SFDP表便可知道QE bit信息。

3、默认QE bit状态

　　如今咱们对QE bit已经有了全面的了解，还剩最后一个问题，各厂商的Flash出厂时其QE bit初始是什么状态？据痞子衡了解，每一个厂商几乎同时都有QE默认是开或者关的Flash型号，这在Part Number上会有体现，好比下面华邦W25Q系列的命名规则，最后一位表明了默认QE状态：

　　其余Flash厂商关于QE状态的命名规则各有不一样，须要自行查看手册去了解。

4、在i.MXRT下如何处理不一样QE bit的Flash

　　如今咱们开始探讨不一样QE bit状况对于i.MXRT下载启动的影响，第一步是查看Flash是否有SFDP，以及明确其SFDP版本。

4.1 明确SFDP版本

　　以i.MXRT EVK上默认IS25WP064AJBLE这款Flash为例，从数据手册里看，其支持SFDP，可是找不到具体JESD216版本，因此须要咱们直接从Flash里读出SFDP，找到第一个Parameter Header里的Minor Revision，发现其值是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 设定QE信息去下载

　　由于IS25WP064AJBLE的SFDP版本较高，因此其QE信息能够不从手册里查看了，而若是Flash不支持SFDP或者SFDP是第一版，则须要查数据手册记录QE bit位置及初始状态。

　　咱们知道不管是Jlink仍是各大IDE下载算法或是痞子衡的MCUBootUtility工具，在i.MXRT下基本都是同一套下载算法设计，即 《ROM API实现IAP》 中2.2节那样的用法。对于经典的四线QSPI NOR，咱们只须要简单修改option值便可。

　　对于i.MXRT1060下的IS25WP064AJBLE，咱们直接设option = 0xc0000008。即标准四线，速度为133MHz，QE默认是NotConfig（注意option[11:8]表示QuadMode），为何QE设NotConfig？那是由于这颗Flash的SFDP版本高，下载算法能从SFDP中找到QE信息而且会尝试使能它。

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默认是关的，那么option[11:8]必需要设置正确，不然下载校验时会报错。好比前面介绍的W25Q64JVSIM，痞子衡不肯定其是什么SFDP版本，保险起见，咱们能够直接设option = 0xc0000408。

　　上面的option值QE设置与痞子衡的MCUBootUtility下载工具是对应的：

4.3 匹配FDCB去启动

　　下载时若是可以成功将Flash里的QE打开，i.MXRT启动时就能够不用特殊作什么，直接用SDK里提供的FDCB便可。为了达到最高XIP性能，FDCB里的LUT都是配的四线I/O模式的Fast Read，而QE此时已经打开，那么CPU去Flash里读指令不会有任何问题。

　　至此，致使串行NOR Flash在i.MXRT下没法正常下载/启动的常见因素之QE bit痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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