痞子衡嵌入式：簡析i.MXRT1170 MECC64功能特點及其保護片內OCRAM1,2之道

痞子衡發表於2023-12-28

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是i.MXRT1170 MECC64功能特點及其保護片內OCRAM1,2之道。

　　ECC是 “Error Correcting Code” 的簡寫，ECC 能夠實現錯誤檢查和糾正，含有 ECC 功能的記憶體一般稱為 ECC 記憶體，使用了 ECC 記憶體的系統在穩定性和可靠性上得到很大提升。相比前幾代不帶 ECC 的 i.MXRT10xx 型號，新一代 i.MXRT1170 在ECC上做了全面武裝，從 eFuse 到 FlexRAM，從 OCRAM 到外部儲存空間全都加上了 ECC 功能。如下表所示，不同型別的儲存由不同的 ECC 控制器來守護：

　　今天痞子衡給大家簡單介紹一下 i.MXRT1170 上用於保護片內 OCRAM1,2 的 MECC64 功能：

一、MECC64功能簡介

1.1 MECC64特點

　　從使用者角度來說，其實 MECC64 的設計特別簡單，當 MECC64 使能後，任何對受保護的 OCRAM1/2 發起的 AXI 訪問都會被 MECC64 模組接管，MECC64 元件負責根據使用者寫入的資料產生 ECC 校驗值並將其存放於專用 OCRAM1/2_ECC 裡，讀訪問時根據使用者讀取的地址從相應 OCRAM1/2_ECC 地址處獲取 ECC 檢驗值並做檢驗處理後再返回資料。

　　MECC64 模組框圖裡畫了四個 ECC 校驗流程（分別對應四個 RAM Bank 控制器），這跟單個 512KB OCRAM 由四個 128KB Bank 組成一一對應（便於轉化 AXI64 介面到 RAM 介面），這樣的設計有如下兩個注意點：

Note1. OCRAM 四個 Bank 掛載在 AXI64 系統匯流排上，AXI[1:0] 決定了訪問得是 Bank0-3，這樣的設計可以支援對不同 Bank 的讀、寫操作同時進行。
Note2. ECC 計算單元是 64bits，這 64bits 資料必須在同一 Bank 裡，這個設計對 ECC 初始化操作影響較大，因此避免用 memset 函式去做初始化（STR指令是 byte access）。

　　MECC64 模組一共有兩個，分別是 MECC1、MECC2，分別對應保護 OCRAM1、OCRAM2。此外還有兩個專用 OCRAM1_ECC、 OCRAM2_ECC 存放 ECC 校驗值（當 MECC64 沒使能時，OCRAM1/2_ECC 也可當作普通 OCRAM 使用）。

MECC1 base address: 4001_4000h
MECC2 base address: 4001_8000h

1.2 關於MECC64設計細節

　　關於 MECC64 基本概念，參看《簡析i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC功能特點、開啟步驟、效能影響》的 1.2節，這裡不予贅述。

1.2.1 MECC64檢驗能力

　　MECC64 中每 64bits 資料就會計算出一個 ECC 校驗值（8bits），ECC 演算法用得是經典的 Hsiao Hamming。

儲存型別	ECC校驗資料塊大小	ECC校驗值長度	ECC校驗能力
Raw NAND	512 bytes	4 bytes	5-bit檢錯，4-bit糾錯
MECC64	64bits	8bits	2-bit檢錯，1-bit糾錯

1.2.2 ECC錯誤觸發處理

　　ECC 錯誤分兩種，分別是 1-bit 錯誤和 2-bit 錯誤（針對 64bits 資料而言）。從軟體層面來看，1-bit 錯誤可以不用管，MECC64 模組會自動糾錯。我們主要處理 2-bit 錯誤，由於 2-bit 錯誤僅能檢錯，無法糾錯，所以發生了這個錯誤，就意味著讀取的資料不可靠了。對於 1/2 bit錯誤，MECC64 均提供了中斷響應（MECCx_INT_IRQn / MECCx_FATAL_INT_IRQn）。

　　這裡還需要特別提醒一下，當讀訪問是 64bits 時，發生 ECC 錯誤僅產生一次 ECC 中斷，但是如果是 32/16/8bits 讀訪問則會連續產生兩次 ECC 中斷，因為 ECC 校驗總是以 64bits 為基本資料單元。

二、開啟MECC64的步驟

2.1 啟用MECC64特性

　　晶片出廠，預設是沒有啟用 MECC64 特性的，如果需要開啟 MECC64，需要燒寫 efuse，fusemap 中 0x840[2] 對應的是 MECC_ENABLE bit，我們需要將這個 bit 燒寫成 1，才能啟用 MECC64 特性。

2.2 SDK驅動初始化MECC64

　　然後可以直接利用 SDK 裡的 fsl_mecc 驅動對 MECC64 模組進行初始化，程式碼非常簡單，如下示例程式碼就是初始化 MECC1，使能 OCRAM1 區域的讀寫 ECC 功能：

#include "fsl_mecc.h"

void init_mecc(void)
{
    mecc_config_t config;
    MECC_GetDefaultConfig(&config);

    // 使能 MECC64，並且指明受保護的 OCRAM 空間
    config.enableMecc         = true;
    config.Ocram1StartAddress = 0x20240000;
    config.Ocram1EndAddress   = 0x202BFFFF;

    // 初始化 MECC64 模組，並且初始化 OCRAM 區域為全 0
    MECC_Init(MECC1, &config);
}

　　進 MECC_Init() 函式內部可以看到其對 OCRAM 區域的初始化用得是 64bits 賦值（1.1小節裡的 Note2），這樣可以保證正確生成首次 ECC 校驗值，等 OCRAM 區域全部初始化過後，底下就可以對 OCRAM 進行任意資料長度的訪問了。

2.3 AXI方式讀寫OCRAM區域

　　現在我們直接除錯 \SDK_2_14_0_MIMXRT1170-EVKB\boards\evkbmimxrt1170\driver_examples\mecc\mecc_single_error\cm7\iar 工程，跑到 MECC 初始化結束後，開啟 Memory 視窗，可以看到 OCRAM1 區域（0x20240000 - 0x202BFFFF）已經是全 0，OCRAM1_ECC 區域（0x20340000 - 0x2034FFFF）也是全 0。但是往 0x20240020 處寫入 8 位元組測試資料後，並沒有看到 OCRAM1_ECC 區域有資料上的變化，說明 ECC 校驗碼資料是受保護的，僅能被 MECC64 模組訪問，對使用者不可見。

三、啟用MECC64特性後的影響

　　前面講到 fusemap 中 0x840[2] 對應的是 MECC_ENABLE bit，這個 bit 被燒錄為 1 後，我們還需要初始化 MECC64 模組裡（開啟MECC->PIPE_ECC_EN[ECC_EN]）才能真正開啟 OCRAM ECC 功能，但是別忘了晶片參考手冊裡 MECC64 章節有一個提醒：

　　是的，BootROM 上電執行，第一件事就是檢查 fuse MECC_ENABLE bit 位，如果已經置 1，那就立刻開啟 MECC1 和 MECC2 模組的 PIPE_ECC_EN[ECC_EN]，即啟用 OCRAM ECC，但是 BootROM 並沒有初始化全部 OCRAM1 和 OCRAM2 區域，僅僅初始化了 OCRAM1 前 48KB，這部分是 BootROM 程式的 RW 區。

　　痞子衡找了兩塊 RT1170 板卡做了對比測試（晶片設為 Serial Downloader模式，掛上 JLink 讀取記憶體），未啟用 MECC64 特性的晶片 OCRAM 區域讀取出來全是隨機值，而啟用了 MECC64 特性的晶片僅 ROM RW 區被初始化了以及 OCRAMx_ECC 不可訪問外，其餘區域全是隨機值（這裡的讀取其實不太可靠，畢竟使能了 ECC 後首次訪問必須是寫，然後才能正常被讀寫）。