痞子衡嵌入式：藉助Serial Plot軟體測量i.MXRT系列FlexSPI驅動Flash頁程式設計執行時間

痞子衡發表於2021-11-01
Flex程式設計

　　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i.MXRT系列FlexSPI驅動Flash頁程式設計執行時間。

　　痞子衡之前寫過一篇文章 《序列NOR Flash的頁程式設計模式對於量產效率的影響》，簡要分析了 NOR Flash 的 Page Program 命令不同模式對於整體量產時間的影響，文章僅從理論計算角度做了分析，假定了 Flash 中所有 Page 擦寫表現都是一致的，但是每個 Page 的表現真的是完全一致嗎？今天我們從一個客戶問題出發來探討下這個話題：

一、引入客戶問題

　　最近有一個 i.MXRT1170 客戶反饋，他們的應用程式裡 IAP 功能程式碼對於 Flash 擦寫表現不穩定。他們的 IAP 程式碼就是移植的 \SDK_2.10.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\driver_examples\flexspi\nor\polling_transfer 例程，Flash 選用得跟官方 EVK 上一樣的型號 IS25WP128-JBLE，測試程式碼會把整個 Flash 的 16MB 迴圈擦除寫入，反覆進行測試，在測試過程中發現的部分割槽域表現速度較慢，這個慢的定義是在部分 256 位元組（一個 Page）寫入時，寫入 API 返回時間較長（因為是輪詢模式），但是返回狀態是正確的。

　　由於客戶並沒有進一步給出 Page 寫入快慢時間分別是多少，痞子衡只能先盲猜。既然寫入 API 返回狀態是正確的，那說明 FlexSPI 驅動是能正常工作的，先排除板級硬體設計問題。那麼只剩下兩種可能：一、FlexSPI 軟體驅動執行穩定性問題；二、Flash 本身 Page 表現一致性問題。這兩個問題都可以通過觀察統計全部 Page 的寫入時間來進一步確認。對於第二個可能性，從 Flash 手冊裡我們可以得知 Page 寫入命令的等待時間典型值是 0.2ms，最大值是 0.8ms，但這個表述並沒有明確這是針對不同 Flash 晶片而言，還是針對同一 Flash 內不同 Page 而言。

二、確定測量方案

　　帶著上述疑問，痞子衡決定在官方 MIMXRT1170-EVK 上實測一下，我們僅需簡單改造一下 \SDK_2.10.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\driver_examples\flexspi\nor\polling_transfer 例程，在 flexspi_nor_polling_transfer.c 原始檔中 main() 函式里加入計時程式碼統計 flexspi_nor_flash_page_program() 函式執行時間即可，其中計時實現可用 https://github.com/JayHeng/microseconds 專案，具體用法參考 《通用微秒(microseconds)計時函式框架設計與實現》 一文。

// 儲存 65536 個 Page 的寫入 API 執行時間
uint16_t timeRes[65536];

int main(void)
{
    // 省略原 Flash 初始化、擦除程式碼

    microseconds_init();

#if !(defined(XIP_EXTERNAL_FLASH))
    uint32_t startAddr = 0;
#else
    uint32_t startAddr = 0x8000;
#endif
    uint32_t endAddr = 0x1000000;
    while (startAddr < endAddr)
    {
        // 計時開始
        uint64_t startTicks = microseconds_get_ticks();
        uint64_t endTicks = startTicks;
        uint64_t deltaTicks = 0;
        status_t status = flexspi_nor_flash_page_program(FLEXSPI1, startAddr, (void *)s_nor_program_buffer);
        if (status == kStatus_Success)
        {
            // 計時結束
            endTicks = microseconds_get_ticks();
            deltaTicks = endTicks - startTicks;
            uint16_t costMicroseconds = microseconds_convert_to_microseconds(deltaTicks);
            timeRes[startAddr / 256] = costMicroseconds;
        }
        startAddr += 256;
    }

    for (uint32_t i = 0; i < sizeof(timeRes) /sizeof(uint16_t); i++)
    {
        PRINTF("%d\r\n", timeRes[i]);
    }
    
    while (1)
    {
    }
}

三、選一款串列埠波形顯示軟體

　　上一節程式碼中，我們把所有 Page 的寫入時間都通過串列埠列印了出來，現在需要一款串列埠波形顯示軟體，來直觀地看這 65536 個時間結果的差異。痞子衡試用了好幾款軟體：Serial Plot v0.12.0、Serial Chart V034、Serial Hunter V31，發現做得最完善的是 Serial Plot 軟體，推薦給大家：

　　Serial Plot 軟體做得最好的地方是對串列埠接收資料格式的完善支援，既可以是 Binary（單通道位元組長度可設），也可以是 ASCII 碼（通道間隔符可設），還可以是自定義資料幀（幀頭、幀格式可設），通道數也可以任意設，基本上可以滿足大部分串列埠波形顯示需求了。

四、測試結果分析

　　準備就緒，給板卡通上電，將測試程式下載進去跑起來，開啟 Serial Plot 設定好串列埠接收引數後觀測結果，我們發現波形顯示是一條直線，即 65536 個 Page 寫入時間是穩定的，都是 271us（測試工程選擇的是 debug build），這個結果推翻了我們之前的兩個猜測，寫入 API 執行時間是穩定的，Flash 的各 Page 表現也是一致的。後來跟客戶進一步溝通，客戶反饋他們是在 ThreadX 的 LevelX 中發現的，所以看起來客戶問題和 ThreadX 系統排程有關，那就是另外一個話題了，以後再展開。

　　至此，i.MXRT系列FlexSPI驅動Flash頁程式設計執行時間痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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