i.MX RT中FlexSPI外設(shè)不常用的讀選通采樣時鐘源

最近碰到一個客戶，他們在 i.MX RT500 上使能了 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2（即 loopbackFromSckPad），這個選項字面上的意思是設(shè)置讀選通采樣時鐘源為 SCK 引腳，這個選項在恩智浦官方的代碼包里未曾使能過。

客戶在使用過程中遇到高頻時 SCK 引腳被降壓的問題（從正常的 1.8V 降至 1.2V），那么這個 loopbackFromSckPad 選項到底是什么作用，以及有什么使用限制呢？

注1: 參考手冊里顯示支持loopbackFromSckPad選項的型號有 i.MX RT1040/1050/1060/1064/1180/500

注2: 參考手冊里沒有提及支持loopbackFromSckPad選項的型號有 i.MX RT1010/1015/1020/1024/1160/1170/600

一、為什么存在Read Strobe？

對于串行 SPI 接口存儲器，F(xiàn)lexSPI 外設(shè)主要支持如下兩種讀數(shù)據(jù)時序：一是所謂的經(jīng)典 SPI 模式，IO0 (MOSI) 專用于發(fā)送命令和地址，IO1 (MISO) 專用于接收數(shù)據(jù)（圖中上面的時序）。二是 Multi-I/O SPI 模式，SIO[n:0] 一起用于發(fā)送命令地址以及接收數(shù)據(jù)（圖中下面的時序）。

顯然經(jīng)典 SPI 模式下 IO[1:0] 是單向的，而 Multi-I/O SPI 模式下，SIO[n:0] 是雙向的。當 SIO 用于雙向傳輸時，過程中必然存在引腳方向切換，而 FlexSPI 外設(shè)在處理 SIO 方向切換時，無法做到零等待周期讀取數(shù)據(jù)，這就是為什么 Multi-I/O SPI 讀時序中總是會存在 Dummy 周期。

因為 Dummy 周期的存在，F(xiàn)lexSPI 外設(shè)內(nèi)部實際上有一個 Read Strobe 信號（即 DQS）來控制數(shù)據(jù)的選通性（即什么時候開始數(shù)據(jù)有效，將數(shù)據(jù)存入內(nèi)部 FIFO）。更直白點說，Read Strobe 信號的存在就是由于 FlexSPI 外設(shè)無法支持如下這種情況的讀時序（下圖中 COMMAND 實際應(yīng)為 COMMAND ADDR）。

二、FlexSPI內(nèi)部Read Strobe設(shè)計

在i.MX RT參考手冊里有如下 FlexSPI 前端采樣單元框圖，其中 ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 即是 Read Strobe 信號，它控制著 FIFO 中實際數(shù)據(jù)的存儲。

ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 信號共有四種來源，最原始的信號源由 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] 選擇，中間可能還會經(jīng)過 DLLxCR 單元（這部分以后會另寫文章單獨介紹）、Phase Chain 單元做處理，然后送到采樣單元里。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 0 的情況，此時 Read Strobe 經(jīng)由 ipp_do_dqs0_fa/b 純內(nèi)部 loopback 回來，沒有經(jīng)過任何延遲單元。這種配置一般僅用于經(jīng)典 SPI 傳輸模式（低速 60MHz SDR 場合），適用低容量 SPI NOR / EEPROM，這時候 FlexSPI DQS Pad 可用作其它功能或者 GPIO。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1 的情況，此時 Read Strobe 經(jīng)由懸空的 DQS 引腳 ipp_do_dqs1_fa/b 再 loopback 回來，此時有了 DQS 引腳繞一圈的延遲。這種配置可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（較高速 133MHz SDR 場合），適用不含 DQS 引腳的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是 FlexSPI DQS Pad 需要懸空。

注: 有一篇舊文《使能串行NOR Flash的DTR模式》跟這種配置相關(guān)，這時候 dummy cycle 數(shù)的設(shè)置很關(guān)鍵。

下圖是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 3 的情況，此時 Read Strobe 完全由外部存儲器的 DQS 引腳輸出 ipp_ind_dqs3_fa/b 直通進來。這種配置可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（最高速 166MHz/200MHz DDR 場合），適用于包含 DQS 引腳的 OctalSPI NOR Flash，這時 FlexSPI DQS Pad 與外部存儲器相連。

注: 我有兩篇舊文《串行NOR Flash的DQS信號功能》、《啟動含DQS的Octal Flash可不嚴格設(shè)Dummy Cycle》跟這種配置相關(guān)。

三、loopbackFromSckPad選項意義

前面鋪墊了那么多，終于來到本文的主題了，即下圖 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 的情況，此時 Read Strobe 經(jīng)由 SCK 引腳 ipp_ind_sck_fa/b 再 loopback 回來，此時有了 SCK 引腳繞一圈的延遲。

這種配置從應(yīng)用角度與 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1（即 loopbackFromDqsPad） 差不多，也可用于 Multi-I/O SPI 傳輸模式（較高速 133MHz SDR 場合），適用不含 DQS 引腳的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是這時候 FlexSPI DQS Pad 被解放出來了，這也是它的最主要意義。

別小看只是省了一個 DQS 引腳，也許你認為 i.MX RT 有那么多I/O，省一個引腳意義不大，但是如果某些 FlexSPI 引腳組不帶 DQS 信號，你又想配置 FlexSPI 以 60MHz 以上頻率去訪問 Flash，這時候 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 選項就會幫上大忙了，見舊文《不支持DQS的FlexSPI引腳組連接串行NOR Flash注意事項》。

四、loopbackFromSckPad使用限制

FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 選項雖好，但有如下兩個實際使用限制：

存在信號完整性問題：主要出現(xiàn)在 SCK 頻率過高或者板級 PCB 上 SCK 信號走線過長時。

SCK自由運行模式下不可用：對于某些 FPGA 應(yīng)用，有時需要設(shè)置 FlexSPI->MCR0[SCKFREERUNEN] = 1，即 SCK 需要持續(xù)給外部設(shè)備內(nèi)部 PLL 提供參考時鐘。

來源：恩智浦MCU加油站

審核編輯：湯梓紅