概述

MCXN947芯片是一款高度集成的微控制器，具有強(qiáng)大的處理能力、豐富的外設(shè)支持和高級(jí)安全特性，適用于多種復(fù)雜應(yīng)用。其中有個(gè)非常重要的外設(shè)為FlexSPI。

FlexSPI是一種可擴(kuò)展的串行外設(shè)接口，主要用于連接固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，如QuadSPI NOR Flash、QuadSPI NAND Flash、HyperRAM等。FlexSPI是一種全面的、靈活的、高性能的解決方案，可以配置成不同的模式以適應(yīng)不同的存儲(chǔ)設(shè)備。

NXP FRDM-MCXN947板是一款基于MCXN947設(shè)備的低成本設(shè)計(jì)與評(píng)估板。NXP為MCXN947設(shè)備提供了包括硬件評(píng)估板、軟件開發(fā)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）、示例應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序在內(nèi)的工具和軟件支持。該板FlexSPI接口默認(rèn)接了一塊MT35XU512 NOR Flash。

在本文中，我們將探討如何在MCXN947板的FlexSPI接口接HyperRAM。

硬件環(huán)境：

開發(fā)板：FRDM-MCXN947

HyperRAM：W956D8MBYA

軟件環(huán)境：

IDE：MCUXpresso IDE v11.9.0

SDK：SDK Builder | MCUXpresso SDKBuilder (nxp.com)

HyperRAM原理圖

以下是官方FRDM-MCXN947中的八線Flash的原理圖，由于W956D8MBYA的HyperRAM的封裝都為TFBGA 24-Ball 5 x 5 Array，所以可以直接進(jìn)行替換。

根據(jù)以上原理圖，總結(jié)出HyperRAM存儲(chǔ)器的信號(hào)連接方式見表:

HyperRAM配置流程

3.1 時(shí)鐘配置

FlexSPI的時(shí)鐘需要正確配置。

我們?cè)谡{(diào)試程序的階段還是保險(xiǎn)地選擇低一點(diǎn)的頻率，這里選擇75MHz。

3.2 FlexSPI初始化配置結(jié)構(gòu)體詳解

接下來是FlexSPI相關(guān)配置，我們可以調(diào)用FLEXSPI_GetDefaultConfig獲取一些針對(duì)FlexSPI特性結(jié)構(gòu)體flexspi_config_t的一些默認(rèn)配置，這個(gè)默認(rèn)配置具有一定的普遍性，能兼容大部分的FlexSPI設(shè)備，對(duì)于該W956D8MBYA 的HyperRAM，在默認(rèn)配置的基礎(chǔ)上，增加如下幾個(gè)參數(shù)：

config.ahbConfig.enableAHBPrefetch = true;

config.ahbConfig.enableAHBBufferable = true;

config.ahbConfig.enableReadAddressOpt= true;

config.ahbConfig.enableAHBCachable = true;

config.rxSampleClock= kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackFromDqsPad;

（1）enableAHBPrefetch：是否使能AHB預(yù)讀取特性，當(dāng)使能時(shí)，F(xiàn)lexSPI會(huì)讀取比當(dāng)前AHB突發(fā)讀取更多的數(shù)據(jù)。

（2）enableAHBBufferable ：是否使能AHB寫緩沖訪問，在執(zhí)行寫命令后，不等待其執(zhí)行完畢就返回，允許后續(xù)指令繼續(xù)執(zhí)行，提高系統(tǒng)的并發(fā)性。

（3）enableReadAddressOpt：控制是否移除AHB讀取突發(fā)起始地址對(duì)齊限制，若使能，突發(fā)讀取地址沒有字節(jié)對(duì)齊限制。

（4）enableAHBCachable：使能AHB總線緩存讀取，若命中則從緩存中讀取，但要確保數(shù)據(jù)的一致性

（5）rxSampleClock：讀數(shù)據(jù)使用的時(shí)鐘源，對(duì)于HyperRAM來說，HyperRAM提供讀選通脈沖并從DQS引腳輸入。

3.3 FlexSPI外部設(shè)備配置結(jié)構(gòu)體詳解

FlexSPI與外部設(shè)備通訊時(shí)常常需要與設(shè)備協(xié)調(diào)通訊的時(shí)序，如時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)有效時(shí)間等內(nèi)容，NXP軟件庫提供了結(jié)構(gòu)體類型flexspi_device_config_t專門用于配置這些參數(shù)。

typedef struct _flexspi_device_config


{


uint32_t flexspiRootClk;


bool isSck2Enabled;


uint32_t flashSize;


flexspi_cs_interval_cycle_unit_t CSIntervalUnit;


uint16_t CSInterval;


uint8_t CSHoldTime;


uint8_t CSSetupTime;


uint8_t dataValidTime;


uint8_t columnspace;


bool enableWordAddress;


uint8_t AWRSeqIndex;


uint8_t AWRSeqNumber;


uint8_t ARDSeqIndex;


uint8_t ARDSeqNumber;


flexspi_ahb_write_wait_unit_t AHBWriteWaitUnit;


uint16_t AHBWriteWaitInterval;


bool enableWriteMask;


} flexspi_device_config_t;

(1) flexspiRootClk = 75000000，此參數(shù)與前面設(shè)置的FlexSPI的時(shí)鐘頻率一致。

(2) flashSize = 0x2000, Flash的大小，以KB為單位。對(duì)于W956D8MBYA，64Mb = 8MB = 8 *1024KB。

(3) CSIntervalUnit = kFLEXSPI_CsIntervalUnit1SckCycle，此參數(shù)用于配置CS信號(hào)線間隔的時(shí)間單位。

(4) CSInterval = 2，此參數(shù)用于配置CS信號(hào)線有效與無效切換的最小時(shí)間間隔，單位為上面CSIntervalUnit成員的配置。

(5) CSHoldTime = 3，此參數(shù)用于設(shè)定CS信號(hào)線的保持時(shí)間，單位為FlexSPI根時(shí)鐘周期。

(6) CSSetupTime=3，此參數(shù)用于設(shè)定CS信號(hào)線的建立時(shí)間，單位為FlexSPI根時(shí)鐘周期。

根據(jù)MCXNx4x datasheet，= 6ns，最小的= 8.3ns，最小的= 9.8ns。時(shí)鐘為75M的周期時(shí)間大約是13.3ns。故CSHoldTime和CSSetupTime大于等于1即可，均配置成3。

(7) dataValidTime=2，寄存器DLLACR和DLLBCR，本成員用于配置通訊中的數(shù)據(jù)有效時(shí)間，單位為納秒。

(8) columnspace = 3，低位列地址寬度，對(duì)于這個(gè)HyperRAM來說，是用行列進(jìn)行尋址的，這里列地址的寬度為3位。

(9) enableWordAddress = true，配置是否使能2字節(jié)可尋址功能，使能后會(huì)以16位的數(shù)據(jù)格式對(duì)HyperRAM進(jìn)行訪問。

(10) AWRSeqIndex = 1，對(duì)應(yīng)寫的時(shí)序序列在LUT中的索引。

(11) AWRSeqNumber =1，此參數(shù)配置AHB寫命令的序列數(shù)目。

(12) ARDSeqIndex = 0，對(duì)應(yīng)讀的時(shí)序序列在LUT中的索引。

(13) ARDSeqNumber =1，此參數(shù)配置AHB讀命令的序列數(shù)目。

(14) enableWriteMask = true，此參數(shù)用于設(shè)置FlexSPI寫外部設(shè)備時(shí)是否使能驅(qū)動(dòng)DQS位作為掩碼，這種功能在訪問數(shù)據(jù)寬度為16位時(shí)用于地址對(duì)齊。

3.4 LUT表格配置

下面是HyperRAM 讀和寫的時(shí)序LUT表格的代碼示例，

const uint32_t customLUT[CUSTOM_LUT_LENGTH] = {


/* Read Data */


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0xA0, kFLEXSPI_Command_RADDR_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x18),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_CADDR_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x10, kFLEXSPI_Command_DUMMY_RWDS_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x07),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_READ_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x04, kFLEXSPI_Command_STOP, kFLEXSPI_1PAD, 0x00),


   /* Write data */


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x20, kFLEXSPI_Command_RADDR_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x18),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_CADDR_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x10, kFLEXSPI_Command_DUMMY_RWDS_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x07),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_WRITE_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x04, kFLEXSPI_Command_STOP, kFLEXSPI_1PAD, 0x00),






};

(1) 我們使用的是8線差分的HyperRAM，在時(shí)鐘的雙邊沿都采樣，所以與外部存儲(chǔ)器通信時(shí)用的數(shù)據(jù)線的個(gè)數(shù)均為kFLEXSPI_8PAD。

(2) HyperRAM和HyperFlash是基于Cypress Semiconductor的HyperBus接口規(guī)范設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器產(chǎn)品，這個(gè)operand是在該規(guī)范中定義的，所以讀操作operand固定為0xA0，寫數(shù)據(jù)的operand固定為0x20。

(3) CADDR_DDR列地址，由于一次傳輸?shù)淖止?jié)一定是8的倍數(shù)，如果你傳的行列地址大于特定大小的HyperRAM最大的行和列，F(xiàn)lexSPI會(huì)自動(dòng)將高位置0。

上表中顯示低16位是列地址，有效位有3位，高13位是預(yù)留兼容的列地址位，需要置0。所以這里列地址的時(shí)序參數(shù)需要填16，即0x10。

(4) RADDR_DDR行地址，如圖所示，如果 FLSHxxCR1[CAS] 位不為 0 ，那么 FlexSPI 外設(shè)在傳輸時(shí)序里會(huì)拆分實(shí)際映射 Flash Address （即存儲(chǔ)器自身偏移地址） 為行地址 FA[31:CAS] 和列地址 [CAS-1:1] 來分別傳輸。對(duì)于字可尋址閃存設(shè)備，不需要地址的最后一位，因?yàn)殚W存是按照兩個(gè)字節(jié)讀取和編程的。Flexspi 一個(gè)字為兩個(gè)字節(jié)，所有需要如果2個(gè)字節(jié)對(duì)齊，就需要少一位地址。行列地址加一起少一位。W956D8MBYA有64Mbit，即2^26，列地址還有3位，所以理論上行地址需要傳輸26-1-3=22位，即可尋址整個(gè)HyperRAM。然后向8位對(duì)齊，不然FlexSPI會(huì)在低位補(bǔ)0，就不是我們要訪問的地址了。所以參數(shù)為0x18，即24位。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 我們可以利用簡(jiǎn)單的AHB讀寫來驗(yàn)證此HyperRAM是否可以工作。

代碼如下:

for (i = 0; i < sizeof(s_psram_write_buffer); i++)


{


s_psram_write_buffer[i] = i;


}


memcpy((uint32_t*)(EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE), s_psram_write_buffer, sizeof(s_psram_write_buffer));


memcpy(s_psram_read_buffer,(uint32_t*)(EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE) , sizeof(s_psram_read_buffer));


if (memcmp(s_psram_read_buffer, s_psram_write_buffer,sizeof(s_psram_write_buffer)) == 0)


{


      PRINTF("AHB Command Read/Write data successfully !
");


}

當(dāng)你的串口打印出"AHB Command Read/Write data successfully!"

證明你的FlexSPI接HyperRAM現(xiàn)在可以正常工作啦！

作者：Hang Zhang