痞子衡嵌入式：淺聊恩智浦i.MXRT官方SDK裡關於序列Flash相關的驅動與例程資源(上篇)

痞子衡發表於2024-07-07

　　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恩智浦i.MXRT官方SDK裡關於序列Flash相關的驅動與例程資源。

　　經常有同事以及 i.MXRT 客戶諮詢痞子衡，咱們恩智浦官方 SDK 裡有哪些序列 Flash 相關的示例，每一次痞子衡都是按照詢問需求將 SDK 裡相應資源路徑發給對方。看來那句俗話說得也不盡然對，酒香也怕巷子深，今天痞子衡就給大家全面梳理一下 SDK 裡和序列 Flash 相關的全部資源。

  • Note 1: 本文內容主要以 SDK_2_15_100_EVKB-IMXRT1050 軟體包裡的資源為例
  • Note 2: 本文共分為上下兩篇，本篇是上篇，主要介紹 drivers 和 components

一、Flash相關驅動概覽

　　首先直接開門見山，痞子衡把 SDK 裡和 Flash 有關係的驅動全部羅列如下，分佈在 device driver、components、middleware、azure-rtos 裡。 這四個目錄下的驅動關係簡單概括如下：

1. device driver 就是晶片底層外設的 HAL 級驅動，程式碼裡直接操作外設暫存器。
2. components 是基於 device driver 而設計的面向某個外圍器件/具體小功能的驅動，程式碼裡直接呼叫 devcie driver 裡的 API。
3. middleware 則是面向某類具體功能的更大型的軟體庫，程式碼裡一般呼叫 components 裡的 API，強調與晶片外設底層隔離，主打平臺無關的通用性。
4. azure-rtos 本身是硬體無關的 RTOS，但是其也同時包含了一些類似 middleware 功能實現，這些 middlware 會呼叫 components 裡的 API。

二、Flash驅動解釋及例程

2.1 drivers

2.1.1 flexspi

　　fsl_flexspi 驅動是晶片外設 FlexSPI 的 HAL 級驅動，其是操作 FlexSPI 暫存器以實現 1-8bit SPI 類主裝置方式資料收發，其 API 本身和 Flash 晶片操作並沒有直接的聯絡，這從如下主要 API 原型可以看出來：

void FLEXSPI_Init(FLEXSPI_Type *base, const flexspi_config_t *config);
void FLEXSPI_SetFlashConfig(FLEXSPI_Type *base, flexspi_device_config_t *config, flexspi_port_t port);
void FLEXSPI_UpdateLUT(FLEXSPI_Type *base, uint32_t index, const uint32_t *cmd, uint32_t count);
status_t FLEXSPI_WriteBlocking(FLEXSPI_Type *base, uint8_t *buffer, size_t size);
status_t FLEXSPI_ReadBlocking(FLEXSPI_Type *base, uint8_t *buffer, size_t size);
status_t FLEXSPI_TransferBlocking(FLEXSPI_Type *base, flexspi_transfer_t *xfer);
status_t FLEXSPI_TransferNonBlocking(FLEXSPI_Type *base, flexspi_handle_t *handle, flexspi_transfer_t *xfer);

　　如下配套例程呼叫 fsl_flexspi 驅動裡 API 實現了官方 RT1050-EVKB 板卡上的 hyperflash （S26KS512S） 和四線 nor flash （IS25WP064A） 的讀寫功能驗證。

例程路徑： \SDK_2_15_100_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\driver_examples\flexspi
  - Hyper Flash 驅動： \driver_examples\flexspi\hyper_flash\polling_transfer\flexspi_hyper_flash_ops.c
  - Nor Flash 驅動：   \driver_examples\flexspi\nor\polling_transfer\flexspi_nor_flash_ops.c

　　其中例程裡的 flexspi_xxx_flash_ops.c 原始檔設計其實有那麼一點 components 的味道，從 API 命名來看其實現了面向 Flash 的讀寫擦功能，但是 API 裡的程式碼實現比較簡潔，沒有過度設計，對於不同廠商/型別的 Flash 支援，主要依賴使用者定義的 LUT 表裡的命令序列。

void flexspi_nor/hyper_flash_init(FLEXSPI_Type *base);
status_t flexspi_nor_flash_erase_sector(FLEXSPI_Type *base, uint32_t address);
status_t flexspi_nor_flash_page_program(FLEXSPI_Type *base, uint32_t dstAddr, const uint32_t *src);
status_t flexspi_nor_flash_read(FLEXSPI_Type *base, uint32_t dstAddr, const uint32_t *src, uint32_t length);
2.1.2 lpspi

　　fsl_lpspi 驅動是晶片外設 LPSPI 的 HAL 級驅動，其是操作 LPSPI 暫存器以實現 1bit（4bit） SPI 主/從裝置方式資料收發，API 本身和 Flash 晶片也沒有直接的聯絡。

void LPSPI_MasterInit(LPSPI_Type *base, const lpspi_master_config_t *masterConfig, uint32_t srcClock_Hz);
void LPSPI_SlaveInit(LPSPI_Type *base, const lpspi_slave_config_t *slaveConfig);
status_t LPSPI_MasterTransferBlocking(LPSPI_Type *base, lpspi_transfer_t *transfer);
status_t LPSPI_MasterTransferNonBlocking(LPSPI_Type *base, lpspi_master_handle_t *handle, lpspi_transfer_t *transfer);
status_t LPSPI_SlaveTransferNonBlocking(LPSPI_Type *base, lpspi_slave_handle_t *handle, lpspi_transfer_t *transfer);

　　該驅動的配套例程是單純的 SPI 匯流排傳輸，並沒有針對 Flash，這裡就不展開了，但是它會在 components/flash 裡被用到，後文會提及。

2.1.3 romapi

　　fsl_romapi 驅動是晶片固化 BootROM 所匯出的通用 Flash API，在 BootROM 裡整合了基於 FlexSPI 外設驅動而寫成的通用 Flash 驅動，這個 Flash 驅動設計差不多是 components 級別，具體原始碼原則上不可見，但其實我們可以在 middleware/mcu_bootloader 裡大概知道。

例程路徑： \SDK_2_15_100_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\driver_examples\fsl_romapi

　　該驅動的 API 比較有意思，既有面向 Flash 的寫擦功能，也有偏 FlexSPI 外設 HAL 級別的介面。前者相比 flexspi 驅動配套的例程裡對於 Flash 的支援就強大多了，使用者完全可以僅靠 API 定義的簡化引數來支援不同廠商/型別的 Flash；而後者存在的意義是為了讓使用者能夠進一步設計面向 Flash 的功能函式。

status_t ROM_FLEXSPI_NorFlash_Init(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config);
status_t ROM_FLEXSPI_NorFlash_ProgramPage(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config, uint32_t dstAddr, const uint32_t *src);
status_t ROM_FLEXSPI_NorFlash_EraseSector(uint32_t instance, flexspi_nor_config_t *config, uint32_t address);
status_t ROM_FLEXSPI_NorFlash_CommandXfer(uint32_t instance, flexspi_xfer_t *xfer);
status_t ROM_FLEXSPI_NorFlash_UpdateLut(uint32_t instance, uint32_t seqIndex, const uint32_t *lutBase, uint32_t seqNumber);

　　總結一下，使用 fsl_romapi 例程相比 fsl_flexspi 例程去操作 Flash，好處是省程式碼空間且不需要考慮 Read-While-Write 限制（僅對驅動本身執行而言，無需程式碼重定向，但是全域性中斷問題仍要考慮），壞處是原始碼是個黑盒子，出問題不容易定位。

2.2 components

2.2.1 mx25r_flash

　　mx25r_flash 元件其實是為 LPC54114 板卡上的旺宏寬電壓四線 NOR Flash MX25R 系列而設計的，其在 \SDK_2_xxx_LPCXpresso54114\boards\lpcxpresso54114\driver_examples\spi\polling_flash 例程裡有被呼叫，而在 i.MXRT 系列 SDK 裡並沒有相關例程使用它（不要疑問為啥會出現在軟體包裡，多就是好）。這個元件設計得挺有意思，其程式碼實現完全與晶片具體外設隔離，外設介面傳輸函式是透過 callback 形式傳入的，充滿了程式碼抽象（物件導向）的味道，有興趣可以檢視原始碼。

mx25r_err_t mx25r_init(struct mx25r_instance *instance, transfer_cb_t callback, void *callback_prv);
mx25r_err_t mx25r_cmd_read(struct mx25r_instance *instance, uint32_t address, uint8_t *buffer, uint32_t size);
mx25r_err_t mx25r_cmd_write(struct mx25r_instance *instance, uint32_t address_256_align, uint8_t *buffer, uint32_t size_256_max);
mx25r_err_t mx25r_cmd_sector_erase(struct mx25r_instance *instance, uint32_t address);
2.2.2 internal_flash

　　internal_flash 元件從名字上看像是為片內 Flash 而設計的，但是 i.MXRT 系列並無片內 Flash（RT1024/1064 只是 SIP 了序列 NOR Flash，本質上還是片外）。大家不要被這個名字騙了，這個元件最早確實是用於恩智浦 Kinetis/LPC 系列片內 Flash 的，但是在 i.MX RT 上因為配套 EVK 上有支援 XIP 的外接 NOR Flash，所以這個元件也沿用給這些外接 NOR Flash 了，因此其是基於 flexspi 驅動的元件。

　　在 \components\internal_flash\fsl_adapter_flash.h 檔案裡一共定義了 10 個 API 介面，其中如下 4 個是必須要實現的，其餘 6 個可以不用實現（跟 Kinetis/LPC 片內 Flash 特性緊相關）。因為 RT1050-EVKB 預設連線的 hyperflash，所以該元件也僅為其做了相應實現 \components\internal_flash\hyper_flash。這個元件程式碼實現跟 flexspi 驅動配套例程裡對於 Flash 的支援差不多。

hal_flash_status_t HAL_FlashInit(void);
hal_flash_status_t HAL_FlashProgram(uint32_t dest, uint32_t size, uint8_t *pData);
hal_flash_status_t HAL_FlashEraseSector(uint32_t dest, uint32_t size);
hal_flash_status_t HAL_FlashRead(uint32_t src, uint32_t size, uint8_t *pData);

　　internal_flash 元件設計的意義在於 SDK 其它例程中如果有 IAP 操作或者儲存執行引數需求，均可以呼叫這個統一介面來實現，當然客戶應用有相應需求，也一樣可以使用。

2.2.3 flash

　　flash 元件裡一共有三個： nor、nand、mflash，咱們一個個來說：

2.2.3.1 nor

　　先來介紹 nor 元件，從 \components\flash\nor\fsl_nor_flash 檔案裡的 API 命名來看，肯定是面向 NOR Flash 的讀寫擦功能，介面設計上對於底層外設採用了輕度抽象的方法，形參不涉及具體外設，但是函式實現裡不同外設需要不同的實現，這也是為什麼我們能看到 \nor\flexspi 和 \nor\lpspi 兩個資料夾裡的原始碼。雖然底層外設不同，但是它們要操作的均是相同的序列 NOR Flash。

status_t Nor_Flash_Init(nor_config_t *config, nor_handle_t *handle);
status_t Nor_Flash_Read(nor_handle_t *handle, uint32_t address, uint8_t *buffer, uint32_t length);
status_t Nor_Flash_Page_Program(nor_handle_t *handle, uint32_t address, uint8_t *buffer);
status_t Nor_Flash_Erase_Sector(nor_handle_t *handle, uint32_t address);
status_t Nor_Flash_Is_Busy(nor_handle_t *handle, bool *isBusy);

　　\nor\flexspi 裡的程式碼實現跟 romapi 驅動實現方式有點像，其會從 Flash 裡讀取 SFDP 表進行解析從而自動獲取所需操作命令，不依賴使用者填充 LUT 命令。

例程路徑： \SDK_2_15_000_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\component_examples\flash_component\flexspi_nor

　　\nor\lpspi 裡的程式碼實現則比較簡單，因為 LPSPI 外設本身主要支援 1bit SPI 傳輸，所以其也僅實現了一線方式對 Flash 進行讀寫擦，這部分命令是通用的，也無需使用者填充 LUT。

2.2.3.2 nand

　　再來介紹 nand 元件，從 \components\flash\nand\fsl_nand_flash.h 檔案裡的 API 命名來看，肯定是面向 NAND Flash 的讀寫擦功能，介面設計上對於底層外設同樣採用了輕度抽象的方法，形參不涉及具體外設，但是函式實現裡不同外設需要不同的實現，這也是為什麼我們能看到 \nand\flexspi 和 \nor\semc 兩個資料夾裡的原始碼。不過 flexspi 外設和 semc 外設所支援的 NAND 不是一個產品，前者是序列 NAND，後者是並行 NAND，完全是兩類不同的儲存器標準。

　　\nand\flexspi 裡的程式碼實現則比較簡潔，因為序列 NAND 發展不如序列 NOR 那樣豐富多樣，所以其使用了固定 LUT 裡的預設命令序列，基本能夠支援華邦等主流四線序列 NAND 產品。

status_t Nand_Flash_Init(nand_config_t *config, nand_handle_t *handle);
status_t Nand_Flash_Read_Page(nand_handle_t *handle, uint32_t pageIndex, uint8_t *buffer, uint32_t length);
status_t Nand_Flash_Page_Program(nand_handle_t *handle, uint32_t pageIndex, const uint8_t *src, uint32_t length);
status_t Nand_Flash_Erase_Block(nand_handle_t *handle, uint32_t blockIndex);
2.2.3.3 mflash

　　最後要重點介紹 mflash 元件，其分為 drv 層和 file 層兩種不同型別的 API，drv 層提供基於晶片外設的底層 Flash 操作（詳見 \mflash\mimxrt1052 資料夾下程式碼），file 層則是基於 drv 層裡的 API 而設計的輕量級靜態檔案系統，簡單理解就是將 Flash 虛擬成一個由具有固定最大長度的預定義命名檔案集組成的儲存空間，我們可以將小資料以檔名索引的方式寫入 Flash，適用於需要儲存執行引數或者裝置配置資料的場合。

// 來自 \components\flash\mflash\mflash_file.h
bool mflash_is_initialized(void);
status_t mflash_init(const mflash_file_t *dir_template, bool init_drv);
status_t mflash_file_save(char *path, uint8_t *data, uint32_t size);
status_t mflash_file_mmap(char *path, uint8_t **pdata, uint32_t *psize);

// 來自 \components\flash\mflash\mflash_common.h
int32_t mflash_drv_init(void);
int32_t mflash_drv_sector_erase(uint32_t sector_addr);
int32_t mflash_drv_page_program(uint32_t page_addr, uint32_t *data);
int32_t mflash_drv_read(uint32_t addr, uint32_t *buffer, uint32_t len);
void *mflash_drv_phys2log(uint32_t addr, uint32_t len);
uint32_t mflash_drv_log2phys(void *ptr, uint32_t len);

　　mflash 元件會在 middleware 以及 rtos 裡被廣泛使用，這個痞子衡將會在下篇裡再具體介紹。

　　至此，恩智浦i.MXRT官方SDK裡關於序列Flash相關的驅動與例程資源痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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