大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是導致序列NOR Flash在i.MXRT下無法正常下載/啟動的常見因素之QE bit。
i.MXRT系列MCU釋出已兩年多了，基於i.MXRT的客戶產品也越來越多，可以說是全面開花了。痞子衡作為i.MXRT產品線的系統應用工程師，早期的時候還可以盡情做參考設計，現在基本大量時間都被客戶支援佔據了。
因為i.MXRT系列都沒有內建Flash（RT1064, RT1024等SIP型號除外），因此為其搭配一塊序列NOR Flash去啟動是客戶專案的頭等大事，而序列NOR Flash廠商非常多，客戶選擇餘地很大，因此我們不得不與客戶一起同茫茫Flash型號打交道，痞子衡也常常調侃自己已淪為Flash測試工程師。
痞子衡在支援客戶解決序列NOR Flash下載啟動問題過程中主要遇到幾個常見因素，這幾個因素可能會影響Flash在i.MXRT下無法正常使用，上篇痞子衡講了 《SFDP因素》， 今天痞子衡重點跟大家聊聊QE bit這個因素。
一、什麼是QE bit？
QE是Quad Enable的縮寫，中文叫四線使能，我們需要結合i.MXRT EVK上預設放置的QSPI NOR Flash（ISSI IS25WP064AJBLE）來解釋這個概念。
1.1 QE定義
如下是 IS25WP064AJBLE 的引腳圖，也是最經典的QSPI NOR Flash封裝形式（SOIC-8），8個引腳，除去必備的電源和地，還剩6根訊號線。這6根訊號線中用藍色框括起來的Pin1/2/5/6即嵌入式通訊裡常見的SPI介面。除此以外，還有2根用綠色框括起來的訊號線Pin3/7，它倆是功能複用的，要解釋QE，就跟它倆功能定位有關。
QE往簡單了說就是，Pin3/7用作IO2/3當資料傳輸功能，即是QE使能；而Pin3/7用作WP#、HOLD#控制功能則是QE不使能。
1.2 QE意義
QE不使能Pin3/7用作WP#、HOLD#功能這個很好理解，就是通過外部引腳電平設定來保護Flash資料安全（主要是不被誤擦寫）。那麼QE使能有什麼意義呢？這得要從QSPI NOR Flash工作模式說起。
一個標準的NOR Flash操作時序正常由：CMD + ADDR + dummy + DATA 四部分組成，怎麼傳輸這些資料決定了Flash工作模式。從大的分類來說，Flash工作模式分為兩種，即SPI模式和QPI模式：
- SPI模式：資料線IO0是大哥，CMD只能由IO0發出，其他資料傳輸可以跟IO[3:1]一起上（具體怎麼上，方式特別多，後面會介紹）
- QPI模式：四根資料線IO[3:0]地位對等，所有資料傳輸都是四兄弟一起上，從I/O使用效率來說，屬它最高。
Flash晶片預設上電都是在SPI模式，需要在SPI模式下傳送特殊的命令（QPIEN - 0x35）才會進入QPI模式，而且進入QPI模式後，QE控制功能就不生效了（無論QE什麼設定，都相當於QE使能狀態），原因是QPI模式下必須IO[3:0]一起上。因為i.MXRT BootROM預設不支援QPI模式（想做也行，但麻煩），所以我們僅討論SPI模式。
Flash操作主要是讀、寫、擦，我們就以最常見的讀來討論SPI模式。繼續翻看 IS25WP064AJBLE 手冊，找到其命令集，可以看到讀相關的命令特別多，一共有9種。不算DTR（雙邊沿取樣）的話光SDR下（單邊沿取樣）就有6種，痞子衡前面說過，SPI模式下IO[3:0]具體怎麼傳資料方式很多就體現在這裡。
痞子衡重點介紹效率最低的Normal Read Mode（NORD - 0x03）和效率最高的Fast Read Quad I/O（FRQIO - 0xEB）。下圖是兩者時序對比圖，可以看到NORD模式下（下圖左邊），僅使用IO[1:0]，IO0負責傳送命令、地址，IO1負責收資料，並且SCK最高50MHz；而FRQIO模式下（下圖右邊），除了IO0傳送命令外，其餘地址、資料都是由IO[3:0]一起完成的，而且SCK可達133MHz，效率堪比QPI模式了。
為了充分利用Flash去執行程式碼（XIP），我們肯定希望Flash能工作在FRQIO模式下，而FRQIO模式能否正常使用顯然取決於QE設定。
二、QE bit位置差異
前面介紹了QE功能，那麼在Flash裡是如何設定QE功能的呢？其實Flash內部除了Memory塊外，通常還有一些暫存器來記錄使用者配置或儲存狀態。
2.1 幾個不同QE bit設計
如下是 IS25WP064AJBLE 的狀態暫存器（Status Register），其有僅有一個SR，其中SR1[6]即是QE bit，用以設定QE功能，並且需要注意的是QE bit是非易失性的，這意味著Flash即使掉過電，這個QE設定還在。
IS25WP064AJBLE 裡讀寫SR有專門的CMD，其中寫SR命令字（WRSR）是常見的0x01：
是不是所有廠商的Flash都統一按上面這樣來設計QE bit的呢？很遺憾，並不是！讓我們再來看一款來自華邦的 W25Q64JVSIM，其內部共有三個SR，而SR2[1]才是QE bit：
W25Q64JVSIM 裡讀寫SR有三組CMD，其中用於設定QE的寫SR2命令字是0x31：
看起來在QE bit設計這一塊，各廠商Flash不一定是一樣的，據痞子衡所知，目前市面上至少存在四種不一樣的QE bit設計，痞子衡就不一一列舉了。更有甚者，同一個廠商的不同系列Flash的QE設計也可能不一樣，比如兆易創新的Flash。
2.2 SFDP - JESD216A規範
對於存在的不同的QE bit設計，想要用一套軟體驅動去開啟QE，變得有點困難，那該怎麼辦？這時候JEDEC站了出來。痞子衡在 《SFDP因素》 一文第一節裡提到JESD216標準從2011年開始至今發展了5個版本，其中最初的版本JESD216裡沒有對於QE bit位置的定義（SFDP裡Basic Flash Parameter Table僅包含9個DWORD），從JESD216A開始QE bit位置資訊也被記錄在了SFDP表中（Basic Flash Parameter Table擴充套件到16個DWORD），QE bit資訊就記錄在如下Table 15：
所以對於不支援SFDP或者僅是JESD216版本SFDP的Flash，我們需要手動查其資料手冊找到QE bit資訊。而JESD216A及以上版本的Flash，我們直接讀出SFDP表即可知道QE bit資訊。
三、預設QE bit狀態
現在我們對QE bit已經有了全面的瞭解，還剩最後一個問題，各廠商的Flash出廠時其QE bit初始是什麼狀態？據痞子衡瞭解，每個廠商幾乎同時都有QE預設是開或者關的Flash型號，這在Part Number上會有體現，比如下面華邦W25Q系列的命名規則，最後一位代表了預設QE狀態：
其他Flash廠商關於QE狀態的命名規則各有不同，需要自行檢視手冊去了解。
四、在i.MXRT下如何處理不同QE bit的Flash
現在我們開始探討不同QE bit情況對於i.MXRT下載啟動的影響，第一步是檢視Flash是否有SFDP，以及明確其SFDP版本。
4.1 明確SFDP版本
以i.MXRT EVK上預設IS25WP064AJBLE這款Flash為例，從資料手冊裡看，其支援SFDP，但是找不到具體JESD216版本，所以需要我們直接從Flash裡讀出SFDP，找到第一個Parameter Header裡的Minor Revision，發現其值是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 設定QE資訊去下載
因為IS25WP064AJBLE的SFDP版本較高，所以其QE資訊可以不從手冊裡檢視了，而如果Flash不支援SFDP或者SFDP是初版，則需要查資料手冊記錄QE bit位置及初始狀態。
我們知道無論是Jlink還是各大IDE下載演算法或是痞子衡的MCUBootUtility工具，在i.MXRT下基本都是同一套下載演算法設計，即 《ROM API實現IAP》 中2.2節那樣的用法。對於經典的四線QSPI NOR，我們只需要簡單修改option值即可。
對於i.MXRT1060下的IS25WP064AJBLE，我們直接設option = 0xc0000008。即標準四線，速度為133MHz，QE預設是NotConfig（注意option[11:8]表示QuadMode），為什麼QE設NotConfig？那是因為這顆Flash的SFDP版本高，下載演算法能從SFDP中找到QE資訊並且會嘗試使能它。
enum
{
kSerialNorQuadMode_NotConfig = 0,
kSerialNorQuadMode_StatusReg1_Bit6 = 1,
kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit1 = 2,
kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit7 = 3,
kSerialNorQuadMode_StatusReg2_Bit1_0x31 = 4,
};
而如果Flash是非SFDP或JESD216且QE預設是關的，那麼option[11:8]必須要設定正確，否則下載校驗時會報錯。比如前面介紹的W25Q64JVSIM，痞子衡不確定其是什麼SFDP版本，保險起見，我們可以直接設option = 0xc0000408。
上面的option值QE設定與痞子衡的MCUBootUtility下載工具是對應的：
4.3 匹配FDCB去啟動
下載時如果能夠成功將Flash裡的QE開啟，i.MXRT啟動時就可以不用特殊做什麼，直接用SDK裡提供的FDCB即可。為了達到最高XIP效能，FDCB裡的LUT都是配的四線I/O模式的Fast Read，而QE此時已經開啟，那麼CPU去Flash裡讀指令不會有任何問題。
至此，導致序列NOR Flash在i.MXRT下無法正常下載/啟動的常見因素之QE bit痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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