什么是串行Flash的Continuous read模式？

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式。

前面關于串行Flash傳輸時序的文章 《Fast Read Quad I/O SDR模式》 與 《Fast Read Quad I/O DTR模式》， 痞子衡介紹的其實都屬于經(jīng)典SPI工作模式大類下的Non-Continuous read傳輸模式，即任何獨立的Fast Read Quad I/O讀數(shù)據(jù)時序（一次CS低有效期間），都必須由Command子序列（命令碼0xEB/0xEC/0xED/0xEE）先行，且不管是SDR還是DTR模式，命令碼都是要在8個SCK周期內(nèi)由IO0信號進行傳輸（別小看這8個SCLK周期，對于小數(shù)據(jù)塊讀取時序，它在總傳輸時間里占比是不可忽視的）。

我們知道在XIP情況下CPU從Flash里取指令數(shù)據(jù)往往是非常隨機且零碎無序的，這時候雖然有L1 Cache和和FlexSPI Prefetch Buffer加速，但如果還想再進一步提升訪問性能，就只能從Flash底層傳輸序列里想辦法了。Flash讀時序里有五大子序列CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ，其中除了CMD和DUMMY子序列是固定的，其他子序列參數(shù)值都可能會變，會變的就不能被優(yōu)化，所以只能想辦法在CMD和DUMMY子序列里做文章。今天痞子衡要介紹的Continuous read模式就是拿CMD子序列開刀：

一、什么是Continuous read模式？

Continuous read顧名思義就是連續(xù)讀。在串行Flash世界里，連續(xù)讀的意思是讀傳輸時序里除了第一次CS有效期必須傳輸Command子序列，其后的讀傳輸時序里均省去Command子序列。下面痞子衡結合i.MXRT的FlexSPI外設來對比介紹Non-Continuous read與Continuous read模式的區(qū)別：

1.1 FlexSPI的XIP Enhanced Mode

我們知道NOR Flash因為支持主設備隨機讀取其任意地址處的數(shù)據(jù)，因此從原理上可以用作XIP設備。但因為是串行接口，所以不能直接XIP（沒有獨立并行地址線，CPU無法直接尋址），需要FlexSPI外設在底層完成AHB總線讀訪問的實時響應工作，這個實時響應工作就是FlexSPI的XIP特性。

FlexSPI的XIP特性可以支持任意串行NOR Flash，對Flash廠商設計沒要求。為了提升XIP代碼執(zhí)行效率，F(xiàn)lexSPI中也集成了XIP Enhanced Mode特性（其實就是Continuous read模式），見下圖，CS1是包含CMD子序列的讀時序（即第一次CS），CS2/3（包括后續(xù)所有CS）相比CS1少了CMD子序列，這就是Continuous read訪問時序。

FlexSPI的XIP Enhanced Mode特性并不能夠用于任意串行NOR Flash，這對Flash廠商設計有要求，必須Flash本身支持Continuous read模式才行。

1.2 Fast Read Quad I/O Continuous read時序

了解了XIP Enhanced Mode，我們再來看LUT里Quad I/O Read SDR Continuous read傳輸序列，它由CMD_SDR + RADDR_SDR + MODE8_SDR + DUMMY_SDR + READ_SDR + JMP_ON_CS + STOP七個子序列組成，如下表所示。

這個Continuous read傳輸序列相比Non-Continuous read傳輸時序主要有兩處區(qū)別：

1. 原MODE8_SDR子序列里參數(shù)值不同：這個參數(shù)值用于通知Flash器件當前傳輸類型（Non-Continuous read/Continuous read），具體數(shù)值由Flash廠商定義。下圖是以Cypress S25FS-S系列Flash為例的，0xA0表明Flash需進入/保持Continuous read模式。
2. 新增了JMP_ON_CS子序列：該子序列是FlexSPI外設實現(xiàn)Continuous read的核心，第一次CS有效傳輸時序里CMD_SDR子序列命令碼會被自動存在該子序列參數(shù)值里，這樣后續(xù)傳輸FlexSPI就不用再發(fā)命令碼了。

LUT中Quad I/O Read DDR Continuous read傳輸序列如下，差異與前面SDR下的分析一致，這里不予贅述。

二、不同F(xiàn)lash廠商關于Continuous read特性設計

現(xiàn)在跟著痞子衡去看幾家主流Flash廠商關于Continuous read特性的設計（如果你想快速確認某一款型號Flash是否支持這個特性，找到其數(shù)據(jù)手冊搜索"Continuous read"看有沒有如下時序圖）：

2.1 賽普拉斯S25FS-S系列

MODE子序列里參數(shù)值M[7:4]通過包含/不包含Command子序列來控制下一次讀傳輸時序的長度，M[7:4] = 0xA則進入/保持Continuous Read模式，否則不進入/退出。

2.2 Adesto AT25SL系列

MODE子序列里參數(shù)值M[7:4] = 0xA則進入/保持Continuous Read模式，否則不進入/退出。

2.3 芯成IS25WP系列

MODE子序列里參數(shù)值M[7:4] = 0xA則進入/保持AX Read模式（就是Continuous Read），否則不進入/退出。

2.4 華邦W25QxxJV-DTR系列

MODE子序列里參數(shù)值M[5:4] = 2'b10則進入/保持Continuous Read模式（有的型號上也叫Read Command Bypass Mode，比如W25QxxJW-DTR），否則不進入/退出。如果要退出Continuous Read模式，F(xiàn)lash數(shù)據(jù)手冊里特別推薦下一次時序里命令碼臨時設為0xFF，以保證M4=1使得Flash徹底回到Non-Continuous Read模式。

Note: 華邦Flash型號絲印后綴為IQ，則不支持Continuous Read模式；為IM則支持。

2.5 兆易創(chuàng)新GD25Q系列

MODE子序列里參數(shù)值M[5:4] = 2'b10則進入/保持Continuous Read模式，否則不進入/退出。

三、在i.MXRT1170-EVK上實戰(zhàn)（IS25WP128）

了解了上面關于Continuous read模式知識后，我們在恩智浦i.MXRT1170-EVK板子上實踐一下。默認連接的Flash是IS25WP128，這款Flash是支持Continuous read模式的，我們隨便在SDK包里找一個XIP例程，修改工程里 evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c 文件里的 FDCB 啟動頭如下（主要就是改LUT表），改完下載程序進Flash運行，代碼執(zhí)行效率應該會有所提升（等下一篇QPI模式文章寫完，痞子衡會設計一個用例一起來實測下性能）。

const flexspi_nor_config_t qspiflash_config_100mhz_sdr_cont = {
    .memConfig =
        {
            .tag              = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
            .version          = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
            .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackFromDqsPad,
            .csHoldTime       = 3u,
            .csSetupTime      = 3u,
            // Enable Safe configuration
            .controllerMiscOption = 0x10,
            .deviceType           = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
            .sflashPadType        = kSerialFlash_4Pads,
            .serialClkFreq        = kFlexSpiSerialClk_100MHz,
            .sflashA1Size         = 16u * 1024u * 1024u,
            .lookupTable =
                {
                    // Fast Read Quad I/O LUTs
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                                                                   // MODE8_SDR里參數(shù)值填入0xA0
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0xA0, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
                                                                                                  // 增加JMP_ON_CS子序列
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR,  FLEXSPI_4PAD, 0x04, JMP_ON_CS, FLEXSPI_1PAD, 0x01),
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_READ + 3] = FLEXSPI_LUT_SEQ(STOP,      FLEXSPI_1PAD, 0x00, 0, 0, 0),
                },
        },
    .pageSize           = 256u,
    .sectorSize         = 4u * 1024u,
    .blockSize          = 256u * 1024u,
    .isUniformBlockSize = false,
};

至此，在FDCB里使能串行NOR Flash的Continuous read模式痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~