痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU硬體那些事（2.6）- 串列NOR Flash下載演算法(MCUXpresso IDE篇)

2020 年 12 月 25 日
筆記
D2.單片機i.MXRT-CM7

　　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MCUXpresso IDE開發環境下i.MXRT的串列NOR Flash下載演算法設計。

　　在i.MXRT硬體那些事系列之《在串列NOR Flash XIP調試原理》一文中，痞子衡簡單提了一下串列NOR Flash下載演算法的概念，並沒有介紹具體設計細節，關於NOR Flash下載演算法每個IDE都有自己的一套設計，雖然基本設計理念是一樣的，但是細節方面還是有區別。在前面的文章里，痞子衡分別介紹過《J-Link下演算法設計》、《Keil MDK下演算法設計》、《IAR EWARM下演算法設計》，今天痞子衡就來細聊MCUXpresso IDE下的NOR Flash下載演算法：

一、MCUXpresso IDE各版本對i.MXRT的支援

　　MCUXpresso IDE是飛思卡爾和恩智浦合併之後推出的全新IDE，這個IDE是免費的，可用於新恩智浦全系列ARM Cortex-M控制器（Kinetis、LPC、JN、QN、i.MXRT等）。熟悉這兩家公司的人應該知道，其實MCUXpresso IDE就是原恩智浦LPCXpresso IDE與原飛思卡爾Kinetis Design Studio IDE的合體。

　　從恩智浦官網上看，目前最新的MCUXpresso IDE版本是v11.2.1，其能夠支援目前所有已量產的i.MXRT系列。從 MCUXpresso IDE歷史各版本Release Note 上看，我們可以看到其各版本對i.MXRT支援情況如下：

各版本下載地址：//nxp.flexnetoperations.com/control/frse/product?child_plneID=756637&ver=ARC

　　MCUXpresso IDE對新MCU型號的支援雖然並不是與自身版本嚴格綁定，但通過類似打patch的方式比較複雜，且官方不支援這麼做，反正這個IDE是免費的，升級又不要錢，也不需要申請license，最好還是通過安裝最新版本的方式來實現新型號的支援。

二、為當前MCUXpresso IDE增加新下載演算法支援

　　痞子衡安裝的是最新的v11.2.1，我們以為RT600這顆晶片新增flash下載演算法為例介紹MCUXpresso IDE下的使用。在開始之前要特彆強調一下MCUXpresso IDE與MDK/IAR非常不同的地方，MDK/IAR自帶的flash下載演算法是跟具體硬體模擬器無關的，它可以在所有支援的模擬器（JLink/DAPLink等）下正常使用，但是MCUXpresso IDE自帶的flash下載演算法只能在CMSIS-DAP類型的模擬器下使用。如果你在MCUXPresso IDE下使用JLink，那麼下載演算法只能用JLink的演算法。

　　現在我們隨便打開一個i.MXRT600 SDK工程，右擊工程進入Properties設置介面，在MCU Settings下可以看到LinkServer Flash Driver的設置介面，這裡就是選擇flash下載演算法。MCUXpresso IDE默認自帶了非常多的flash下載演算法（文件後綴名是.cfx，其實就是可執行文件elf），即使是同一顆晶片RT600，可以看到其有很多個.cfg可選，這分別對應了不同的flash種類以及與主晶片連接埠。

　　如果默認選擇的Flash下載演算法文件不適用你的板子，那麼你需要自己提供合適的演算法文件(.cfx)，並將其放入MCUXpresso IDE安裝目錄下(\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\binaries\Flash)，重新打開工程選項，新增的演算法會自動刷新到待選演算法列表：

三、NOR Flash下載演算法設計

　　MCUXpresso IDE下Flash下載演算法是公開的，\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 文檔的 LinkServer Flash Support 章節有一些使用方面的介紹，可以看一下。

3.1 下載演算法模板工程

　　雖然下載演算法本身是公開的，但設計文檔很少，只給了示例工程。但對於工程師來說，還有什麼比給程式碼來得更直接呢。

示例演算法工程路徑：\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\Examples\Flashdrivers\NXP\iMXRT

　　我們就以iMXRT1050_QSPI.zip示例包里程式碼來分析其結構設計。這個示例包包含兩個工程（LPCXFlashDriverLib和iMXRT1050_QSPI），需要先編譯LPCXFlashDriverLib工程生成libLPCXFlashDriverLib.a，這個庫是iMXRT1050_QSPI工程的源文件，然後編譯iMXRT1050_QSPI工程生成我們需要的演算法文件MIMXRT1050-EVK_IS25WP064A.cfx。

　　MCUXpresso IDE下載演算法這種兩級編譯的設計，與IAR/MDK下載演算法結構完全不同，這麼設計的主要原因是恩智浦ARM Cortex-M內核MCU產品線眾多，而MCUXpresso IDE需要支援所有MCU，因此將公共設計的部分提取到了LPCXFlashDriverLib工程里（為了通用性，工程採用CM0指令集來編譯）。此外，從工程名你就能看出，還保留著上一代LPCXpresso IDE的基因。

　　LPCXFlashDriverLib工程有很多build，可以根據ServiceMessages.c文件里的條件編譯宏了解到它們的差異，其中Release_SectorHashing工程是默認選擇用於最終生成.cfx的，這個build主要是利用32 bit Fowler/Noll/Vo FNV-1a哈希演算法對每個Sector的數據下載做了校驗。

　　再到iMXRT1050_QSPI工程，這個工程就是採用具體MCU的內核指令集（CM7）來編譯，在工程設置里可以看到鏈接了LPCXFlashDriverLib工程的Release_SectorHashing生成的.a文件，如果LPCXFlashDriverLib工程選擇了其他build，這裡也要相應改一下。

3.2 下載演算法結構設計

　　演算法本身設計算是幾個常用IDE里最複雜的一個了。iMXRT1050_QSPI工程除了一般的FlexSPI驅動外，有兩個源文件FlashDev.c和FlashPrg.c，對這文件名有沒有很熟悉？是的，這就是標準的CMSIS開源flash演算法API定義，裡面的內容也是類似的，這裡就不贅述了，需要特彆強調的是這些Flash擦寫API並不是MCUXpresso IDE在下載時實際調用入口。

　　演算法最核心的設計在LPCXFlashDriverLib工程，先看lpcx_flash_memdev.c里內容，這個文件里定義了一個重要的常量結構體MemoryDevice，這個MemoryDevice會被鏈接在演算法執行區域（前64KB的DTCM）的起始位置（0x20000000），給MCUXpresso IDE調試器提供演算法全部的資訊。

// MemoryDevice Instance (fill it in)
EXTERN_MEMORY_DEVICE
MemoryDeviceMsg_t MemoryDevice =
{
  MEM_FLASH_VER2_MAJ+0x0,       // Version of flash interface
                                // Magic number to identify flash driver
                                // interface
  { 0x01, 0x23, 0x45, 0x00, 0x00, 0x54, 0x32, 0x10 },
  (uint32_t)&__load_base,         // Driver load address
  (uint32_t)&__image_size,        // Size of .text and .data
  (uint32_t)&__cache,             // RAM buffer location
  (uint32_t)&__cache_size,        // RAM buffer size
  (uint32_t)&__initial_sp,        // Stack top
  (uint32_t)&__stack_size,        // Stack size
  (uint32_t)&__opmap_val,         // Bitmap of available operations - 0 = everything there
  &FlashDevice,                   // Flash Device configuration
  ServiceMessages,                // Service mailbox flash operation message
  0                               // Reserved
};

　　MemoryDevice有一個成員是ServiceMessages()函數，這個函數可以說是演算法最靈魂的部分了，它才是MCUXpresso IDE調試器調用Flash擦寫API的真正入口，調試器通過傳入msg參數（所謂Mailbox結構）讓演算法來執行具體Flash操作並得到執行結果。這種特殊的設計可能也是MCXPpresso IDE演算法僅能在CMSIS-DAP類型模擬器下使用的原因吧。

　　至此，MCUXpresso IDE開發環境下i.MXRT的串列NOR Flash下載演算法設計痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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