痞子衡嵌入式：簡析i.MXRT1170 XECC功能特點及其保護串行NOR Flash和SDRAM之道

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　　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 XECC功能特點及其保護串行NOR Flash和SDRAM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 功能的內存一般稱為 ECC 內存，使用了 ECC 內存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 到外部存儲空間全都加上了 ECC 功能。如下表所示，不同類型的存儲由不同的 ECC 控制器來守護：

　　今天痞子衡給大家簡單介紹一下 i.MXRT1170 上用於保護掛載在 FlexSPI 和 SEMC 接口上的外部存儲器的 XECC 功能：

一、XECC功能簡介

1.1 XECC特點

　　從用戶角度來說，其實 XECC 的設計特別簡單，當 XECC 使能后，任何對 ECC 保護區域的 AHB 訪問（注意僅 AHB 方式才能激活 XECC，IPG 方式是不受 XECC 影響的）都會被 XECC 模塊接管，WECC 組件負責根據用戶寫入的數據值產生 ECC 校驗值一並存入目標地址，RECC 組件負責根據用戶讀取的地址獲取相應 ECC 檢驗值並做檢驗處理后再返回數據值。WECC 和 RECC 組件可獨立開關控制。

　　XECC 模塊一共有三個，分別是 XECC_FLEXSPI1、XECC_FLEXSPI2、XECC_SEMC，每個模塊均支持 4 個 ECC 區域的設置（區域最小單位 4KB，即 ECC_BASE/EDD_ADDRx 寄存器的低 12bits 總是 0）。

1.2 關於ECC設計細節

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

1.2.1 ECC檢驗能力

　　XECC 中每 4bits 數據就會計算出一個 ECC 校驗值（4bits），不同於 FlexRAM ECC 會有專門的獨立存儲空間用於存放 ECC 校驗值，XECC 校驗值是緊跟着放在源數據后面的，這意味着 XECC 校驗值會占據目標存儲器（Flash 或 SDRAM）里受 ECC 保護區域的一半空間。

存儲類型	ECC校驗數據塊大小	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
XECC	4bits	4bits	2-bit檢錯，1-bit糾錯

　　為便於 master 通過 AHB 總線訪問，實際 XECC 檢驗值是拓展到 32bits 來存儲的，即 32bits 原始數據后面會緊跟着 32bits XECC 檢驗值，如此往復如下圖所示。

　　比如 XECC 保護掛在 FlexSPI1 上的 Flash，設置的 Flash ECC 保護區域為 0x30000000 - 0x30000FFF，共 4KB 空間。那么從實際物理空間角度（IPG 方式去讀）來說 0x30000000 處保存的是原始 4bytes 用戶數據（D0），0x30000004 處保存的是 4bytes XECC 校驗值（E0），0x30000008 處保存的又是原始 4bytes 用戶數據（D1），0x3000000c 處保存的又是 4bytes XECC 校驗值（E1）...

　　注意上述地址均表述的是實際物理地址，但 master 通過 AHB 總線直接讀寫 Flash 時，僅需訪問 0x30000000 - 0x300007FF 空間里的 2KB 實際用戶數據即可，完全不需在意另外 2KB 的 XECC 檢驗值的處理，SoC 系統里直接做了自動處理與地址轉換，即 0x30000000 處對應校驗后的 4bytes 用戶數據（D0），0x30000004 處對應校驗后的 4bytes 用戶數據（D1）...

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 4bits 數據而言）。從軟件層面來看，1-bit 錯誤可以不用管，XECC 模塊會自動糾錯。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，就意味着讀取的數據不可靠了。對於 1/2 bit錯誤，XECC 均提供了中斷響應（XECC_xxModule_INT_IRQn / XECC_xxModule_FATAL_INT_IRQn）。

　　對於 32bits 數據而言，XECC 是可以糾正其中發生的 8bits 錯誤的，但前提是按序分割開的每 4bits 數據位僅能有 1bit 錯誤，如果這 4bits 數據位里有多 bit 錯誤，我們依然想校正的話，需要借助 Data Swap 功能，這里不再單獨展開，可查看 RM 了解細節。

二、開啟XECC的步驟

2.1 激活XECC特性

　　芯片出廠，默認是沒有激活 XECC 特性的，如果需要開啟 XECC，需要燒寫 efuse，fusemap 中 0x840[3] 對應的是 XECC_ENABLE bit，我們需要將這個 bit 燒寫成 1，才能激活 XECC 特性。

2.2 初始化存儲器接口外設

　　在初始化 XECC 模塊之前一般先初始化存儲器接口外設，這里我們先初始化 FlexSPI1，因為測試板卡 MIMXRT1170-EVK 上默認是 FlexSPI1 連接的串行 NOR Flash。

void init_flexspi_flash(void)
{
    flexspi_nor_flash_init(FLEXSPI1);

    // 盡量等待 FlexSPI 總線空閑再退出
    if ((FLEXSPI1->MCR0 & FLEXSPI_MCR0_MDIS_MASK) != FLEXSPI_MCR0_MDIS_MASK)
    {
        while (!FLEXSPI_GetBusIdleStatus(FLEXSPI1));
    }

    FLEXSPI_SoftwareReset(FLEXSPI1);
}

2.3 SDK驅動初始化XECC

　　然后可以直接利用 SDK 里的 fsl_xecc 驅動對 XECC 模塊進行初始化，代碼非常簡單，如下示例代碼就是初始化 XECC_FLEXSPI1，使能 0x30000000 - 0x30000FFF 區域的讀寫 ECC 功能：

#include "fsl_xecc.h"

void init_flexspi_xecc(void)
{
    xecc_config_t config;
    XECC_GetDefaultConfig(&config);

    // 同時使能讀寫 XECC
    config.enableXECC     = true;
    config.enableWriteECC = true;
    config.enableReadECC  = true;

    // 設置 ECC 區域（0x30000000 - 0x30000FFF）
    config.Region0BaseAddress = FlexSPI1_AMBA_BASE;
    config.Region0EndAddress  = FlexSPI1_AMBA_BASE + 0x1000;

    // 初始化 XECC 模塊
    XECC_Init(XECC_FLEXSPI1, config);
}

2.4 AHB方式讀寫ECC目標區域

　　最后就是利用 《其實i.MXRT下改造FlexSPI driver同樣支持AHB方式去寫入NOR Flash》 一文 3.3 節里的 flexspi_nor_flash_program() 函數來對 Flash 做 AHB 方式的寫入，以激活 XECC 工作。為了驗證 XECC 是否工作正常，可以分別用 IPG 和 AHB 方式讀回寫入的區域看最終結果。

SDK_ALIGN(static uint8_t s_nor_program_buffer[256], 4);
static uint8_t s_nor_ipg_read_buffer[256];
static uint8_t s_nor_ahb_read_buffer[256];

void test_flash_ecc_rw(void)
{
    // 擦除 Flash 0x30000000 開始的 4KB 區域（1個Sector）
    flexspi_nor_flash_erase_sector(FLEXSPI1, 0x0);

    for (uint32_t i = 0; i < 0xFFU; i++)
    {
        s_nor_program_buffer[i] = i;
    }
    // AHB 方式寫 256 字節數據進 Flash 0x30000000 開始的地址
    flexspi_nor_flash_program(FLEXSPI1, 0x30000000, s_nor_program_buffer, 256);

    DCACHE_CleanInvalidateByRange(0x30000000, 0x1000);

    // IPG 方式從 Flash 0x30000000 開始的地址讀出 256 字節數據
    flexspi_nor_flash_read(FLEXSPI1, 0x0, (void *)s_nor_ipg_read_buffer, 256);

    // AHB 方式從 Flash 0x30000000 開始的地址讀出 256 字節數據
    memcpy((void *)s_nor_ahb_read_buffer, (void *)0x30000000, 256);
}

　　至此，簡析i.MXRT1170 XECC功能特點及其保護串行NOR Flash和SDRAM之道痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

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