串行NOR Flash执行性能的究极模式 - QPI/OPI

发布时间:2023-02-02  

今天给大家介绍的是在FDCB里使能串行NOR Flash的QPI/OPI模式。


我们知道 Flash 读时序里有五大子序列 CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ,Continuous read 模式是为了在适当的情况下精简掉连续读访问里的后续 CMD 子序列,它可以进一步提高 Flash 访问性能,这已经是极限了吗?其实没有,还差最后一招,那就是痞子衡今天要讲的 QPI/OPI 模式。


一、什么是QPI/OPI模式?

截至到目前为止,不管是四线 Flash 还是 八线 Flash,痞子衡讲的所有 Flash 传输时序中的 CMD 子序列都是以 1 线形式发送的(即只通过 IO0 来发送),我想你肯定也曾经觉得奇怪过,为何其他子序列都有 1/2/4/8 线模式可选,偏偏这个 CMD 子序列总是 1 线模式?其实这也不能怨 CMD,毕竟所有的 Flash 传输时序都从 CMD 子序列开始的,后续子序列的 Pad 模式都是靠 CMD 命令码来区分的,为了保证 CMD 值能被正确获取,只能牺牲 CMD 序列的灵活性,就固定以 1 线形式发送,这也就是所谓的 SPI 模式。

为了不让 CMD 子序列太委屈,Flash 厂商也为了它单独做了设计,四线 Flash 可以切换到 4 线模式来发送 CMD 子序列(即 QPI 模式),八线 Flash 可以切换到 8 线模式来发送 CMD 子序列(即 OPI 模式),默认上电是 SPI 模式,然后在 SPI 模式下做指定设置可以切换到 QPI/OPI 模式,在 QPI/OPI 模式下做指定设置或者复位也能再回到 SPI 模式。


1.1 四线Flash的QPI模式

下面是一款典型的四线 Flash(芯成 IS25WP128) 在 QPI 模式下的 Fast Read Quad I/O 传输时序,此时 CMD 子序列仅在 2 个 CLK 内就完成了传输,因为 IO[3:0] 均参与了 CMD 发送,效率是 SPI 模式下的 4 倍。后面的子序列与 SPI 模式下一模一样。

1.2 八线Flash的OPI模式

下面是一款典型的八线 Flash(旺宏 MX25UM51345) 在 OPI 模式下的 OCTA Read 传输时序,此时 CMD 子序列仅在 1 个 CLK 内就完成了传输,因为 SIO[7:0] 均参与了 CMD 发送,效率是 SPI 模式下的 8 倍。后面的子序列与 SPI 模式下一模一样。

二、不同Flash厂商关于QPI/OPI切换设计

现在跟着痞子衡去看几家主流Flash厂商关于 QPI/OPI 模式切换的设计(如果你想快速确认某一款型号Flash是否支持这个特性,找到其数据手册搜索"QPI/OPI"看有没有结果):


2.1 四线 Flash 上切换设计

QPI 模式是四线 Flash 上一个性能模式特性,并不是所有 Flash 都支持这个特性。而对于支持 QPI 模式的 Flash,不同厂商的切换设计也不太相同,不过大部分厂商都是选择发一个 CMD 命令时序来切换,比如芯成 IS25WP128 就是如下的时序进入和退出 QPI 模式:

痞子衡找了几家市面上比较常见的四线 Flash,并整理了它们进出 QPI 模式命令码如下:

Flash型号 进入QPI模式命令码 退出QPI模式命令码
Adesto AT25SL系列 0x38 0xFF
芯成IS25WP系列 0x35 0xF5
华邦W25QxxJV-DTR系列 0x38 0xFF
兆易创新GD25Q系列 不支持 不支持

当然也有一些厂商不是发一个 CMD 命令时序来切换的设计,而是通过设置 Flash 内部寄存器的方式来做切换,比如赛普拉斯 S25FS-S 系列就是设置如下的寄存器来进入和退出 QPI 模式:

2.2 八线 Flash 上切换设计

对于八线 Flash,即使 OPI 模式也算性能模式特性,但是基本上所有 Flash 都能支持这个特性(毕竟目前生产 8 线 Flash 的厂商并不多)。这些厂商都是提供设置 Flash 内部寄存器的方式来做切换:

如下是旺宏 MX25UM51345 切换 OPI 模式的寄存器定义:

如下是镁光 MT35X 系列切换 OPI 模式(即 Octal 模式)的寄存器定义:

三、在i.MXRT1170-EVK上实战(IS25WP128)

了解了上面关于 QPI/OPI 模式知识后,我们在恩智浦 i.MXRT1170-EVK 板子上实践一下。默认连接的 Flash 是IS25WP128,这款 Flash 是支持 QPI 模式的,我们随便在SDK包里找一个 XIP 例程,修改工程里 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里的 FDCB 启动头如下,改完下载程序进 Flash 运行,代码执行效率应该会有所提升。


#define CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI 7

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {

    .memConfig =

        {

            // ... 默认设置省略

            

            // 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 (将 CMD_SDR 的 Pad 模式由 FLEXSPI_1PAD 改为 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),

                },

        },

    // ... 默认设置省略

};


关于 OPI 模式使能的例子可以直接参考 MIMXRT500/600 SDK,因为其配套 EVK 使用的是旺宏 MX25UM51345,所以官方 SDK 里启动头 FDCB 都是包含开启 OPI 模式的配置代码的。


和使能 Continuous read 模式一样,使能 QPI/OPI 模式后,对项目最大的影响是考虑软复位后芯片再次启动的问题。


至此,在FDCB里使能串行NOR Flash的QPI/OPI模式便介绍完毕了,掌声在哪里


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>