痞子衡嵌入式:i.MXRT中FlexSPI外设不常用的读选通采样时钟源 - loopbackFromSckPad

大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子 。今天痞子衡给大家分享的是i.MXRT中FlexSPI外设不常用的读选通采样时钟源 - loopbackFromSckPad 。
最近碰到一个客户,他们在 i.MXRT500 上使能了 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2(即 loopbackFromSckPad),这个选项字面上的意思是设置读选通采样时钟源为 SCK 引脚,这个选项在恩智浦官方的代码包里未曾使能过 。客户在使用过程中遇到高频时 SCK 引脚被降压的问题(从正常的 1.8V 降至 1.2V),那么这个 loopbackFromSckPad 选项到底是什么作用以及有什么使用限制呢?且听痞子衡道来:

  • Note1: 参考手册里显示支持 loopbackFromSckPad 选项的型号有 i.MXRT1040/1050/1060/1064/1180/500
  • Note2: 参考手册里没有提及支持 loopbackFromSckPad 选项的型号有 i.MXRT1010/1015/1020/1024/1160/1170/600
一、为什么存在Read Strobe?对于串行 SPI 接口存储器,FlexSPI 外设主要支持如下两种读数据时序:一是所谓的经典 SPI 模式,IO0 (MOSI) 专用于发送命令和地址,IO1 (MISO) 专用于接收数据(图中上面的时序) 。二是 Multi-I/O SPI 模式,SIO[n:0] 一起用于发送命令地址以及接收数据(图中下面的时序) 。
显然经典 SPI 模式下 IO[1:0] 是单向的,而 Multi-I/O SPI 模式下,SIO[n:0] 是双向的 。当 SIO 用于双向传输时,过程中必然存在引脚方向切换 , 而 FlexSPI 外设在处理 SIO 方向切换时无法做到零等待周期读取数据,这就是为什么 Multi-I/O SPI 读时序中总是会存在 Dummy 周期 。
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因为 Dummy 周期的存在,FlexSPI 外设内部实际上有一个 Read Strobe 信号(即 DQS)来控制数据的选通性(即什么时候开始数据有效,将数据存入内部 FIFO) 。更直白点说,Read Strobe 信号的存在就是由于 FlexSPI 外设无法支持如下这种情况的读时序(下图中 COMMAND 实际应为 COMMAND&ADDR) 。
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二、FlexSPI内部Read Strobe设计在 i.MXRT 参考手册里有如下 FlexSPI 前端采样单元框图,其中 ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 即是 Read Strobe 信号 , 它控制着 FIFO 中实际数据的存储 。
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ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 信号共有四种来源,最原始的信号源由 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] 选择,中间可能还会经过 DLLxCR 单元(这部分以后会另写文章单独介绍)、Phase Chain 单元做处理 , 然后送到采样单元里 。
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下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 0 的情况,此时 Read Strobe 经由 ipp_do_dqs0_fa/b 纯内部 loopback 回来,没有经过任何延迟单元 。这种配置一般仅用于经典 SPI 传输模式(低速 60MHz SDR 场合),适用低容量 SPI NOR / EEPROM,这时候 FlexSPI DQS Pad 可用作其它功能或者 GPIO 。
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下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1 的情况,此时 Read Strobe 经由悬空的 DQS 引脚 ipp_do_dqs1_fa/b 再 loopback 回来 , 此时有了 DQS 引脚绕一圈的延迟 。这种配置可用于 Multi-I/O SPI 传输模式(较高速 133MHz SDR 场合),适用不含 DQS 引脚的大容量 QuadSPI NOR Flash,但是 FlexSPI DQS Pad 需要悬空 。
  • Note: 痞子衡有一篇旧文 《使能串行NOR Flash的DTR模式》 跟这种配置相关,这时候 dummy cycle 数的设置很关键 。

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下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 3 的情况,此时 Read Strobe 完全由外部存储器的 DQS 引脚输出 ipp_ind_dqs3_fa/b 直通进来 。这种配置可用于 Multi-I/O SPI 传输模式(最高速 166MHz/200MHz DDR 场合) , 适用于包含 DQS 引脚的 OctalSPI NOR Flash,这时 FlexSPI DQS Pad 与外部存储器相连 。
  • Note: 痞子衡有两篇旧文 《串行NOR Flash的DQS信号功能》、《启动含DQS的Octal Flash可不严格设Dummy Cycle》 跟这种配置相关 。

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三、loopbackFromSckPad选项意义前面铺垫了那么多,终于来到本文的主题了,即下图 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 的情况,此时 Read Strobe 经由 SCK 引脚 ipp_ind_sck_fa/b 再 loopback 回来,此时有了 SCK 引脚绕一圈的延迟 。
这种配置从应用角度与 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1(即 loopbackFromDqsPad) 差不多,也可用于 Multi-I/O SPI 传输模式(较高速 133MHz SDR 场合),适用不含 DQS 引脚的大容量 QuadSPI NOR Flash,但是这时候 FlexSPI DQS Pad 被解放出来了,这也是它的最主要意义 。

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