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通常的Cortex-M內(nèi)核MCU一般都會(huì)內(nèi)嵌并行NOR Flash，這個(gè)并行NOR Flash是直接掛在Cortex-M內(nèi)核高性能AHB總線上的，知名IDE如果支持這款MCU，也都會(huì)同時(shí)集成對應(yīng)Flash的下載算法，方便用戶直接在IDE里下載代碼進(jìn)Flash和XIP調(diào)試，但是i.MXRT內(nèi)部并沒有Flash，用戶需要自己外接Flash，那該怎么辦？還能在線XIP調(diào)試么？別著急，i.MXRT可以支持外接并行NOR和串行NOR實(shí)現(xiàn)XIP，從節(jié)省管腳數(shù)的角度，最常見的做法是將串行NOR Flash掛在i.MXRT FlexSPI總線上，F(xiàn)lexSPI支持XIP特性，所以原理上可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，今天痞子衡就為大家介紹i.MXRT上在外部串行Flash調(diào)試的原理

　　大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MX RT1xxx系列EVK在串行NOR Flash調(diào)試的原理。

　　本文是i.MXRT硬件那些事系列第二篇的續(xù)集，在第二篇首集中痞子衡給大家詳細(xì)介紹了EVK板載調(diào)試器用法，有了調(diào)試器在手，從此調(diào)試不用愁。從調(diào)試代碼所在目標(biāo)存儲器類別上來分，調(diào)試一般分為在SRAM調(diào)試和在Flash調(diào)試。在SRAM調(diào)試實(shí)現(xiàn)比較簡單，程序直接從JTAG/SWD口灌進(jìn)RAM即可；在Flash調(diào)試，則相對復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)槭紫刃枰蠪lash下載算法，下載成功后才能調(diào)試。

　　通常的Cortex-M內(nèi)核MCU一般都會(huì)內(nèi)嵌并行NOR Flash，這個(gè)并行NOR Flash是直接掛在Cortex-M內(nèi)核高性能AHB總線上的，知名IDE如果支持這款MCU，也都會(huì)同時(shí)集成對應(yīng)Flash的下載算法，方便用戶直接在IDE里下載代碼進(jìn)Flash和XIP調(diào)試，但是i.MXRT內(nèi)部并沒有Flash，用戶需要自己外接Flash，那該怎么辦？還能在線XIP調(diào)試么？別著急，i.MXRT可以支持外接并行NOR和串行NOR實(shí)現(xiàn)XIP，從節(jié)省管腳數(shù)的角度，最常見的做法是將串行NOR Flash掛在i.MXRT FlexSPI總線上，F(xiàn)lexSPI支持XIP特性，所以原理上可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，今天痞子衡就為大家介紹i.MXRT上在外部串行Flash調(diào)試的原理：

一、ARM CoreSight調(diào)試架構(gòu)

　　要實(shí)現(xiàn)在串行Flash調(diào)試，首先要能對內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試。i.MXRT芯片是基于Cortex-M內(nèi)核的，而Cortex內(nèi)核的調(diào)試和跟蹤，當(dāng)然離不開CoreSight，它是ARM公司于2004年推出的一種新的調(diào)試體系結(jié)構(gòu)，也是內(nèi)核授權(quán)的一部分。

　　CoreSight功能非常強(qiáng)大，其包含了很多調(diào)試組件（即各種協(xié)議），下圖來自于 CoreSight技術(shù)簡介手冊，圖中標(biāo)出了CoreSight架構(gòu)下的各種調(diào)試組件之間的聯(lián)系，這么多組件一下子看起來會(huì)有點(diǎn)暈，如果我們按功能將這些組件分組，它們可以被分成如下三組：

源部件（Source）：芯片上跟蹤數(shù)據(jù)的來源，產(chǎn)生跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送到ATB(AMBA Trace Bus)。比如STM和ETM都屬于Source部分。

控制訪問部件（Sink）：配置和控制數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生，但是不產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，即那些可以保持從Source過來數(shù)據(jù)的模塊。比如DAP和ECT(包含CTI和CTM)都屬于Sink部分。

匯聚點(diǎn)（Link）：芯片上跟蹤數(shù)據(jù)的終點(diǎn)，用于引導(dǎo)從Source到Sink過程中的類似于通道作用的模塊。比如TPIU、ETB和SWO都屬于匯聚點(diǎn)。

　　本文主要是概述性地介紹i.MXRT在外部串行Flash調(diào)試的原理，并不想深入探析CoreSight，因此對于CoreSight，我們只需要知道是它完成了主要的調(diào)試工作，而CoreSight唯一的依賴就是要保證能通過DAP組件從AMBA總線實(shí)時(shí)訪問系統(tǒng)內(nèi)存和外設(shè)寄存器（當(dāng)然包括外部串行Flash中的代碼）。

二、i.MXRT FlexSPI外設(shè)特性

　　要實(shí)現(xiàn)在串行Flash調(diào)試，其次是代碼要能在串行Flash中XIP(原地執(zhí)行)，即CPU要能實(shí)時(shí)從串行Flash中任意位置取指令和數(shù)據(jù)。本文講的串行Flash一般指SPI接口的NOR Flash，SPI模式可以是Single/Dual/Quad/Octal。無論是哪種SPI模式，這種接口的Flash本質(zhì)上都屬于串行Flash，地址線和數(shù)據(jù)線不僅共享而且是串行的。而按照通常的理解，要能夠?qū)崿F(xiàn)XIP，F(xiàn)lash應(yīng)該是并行總線接口掛在AMBA上，這個(gè)并行總線應(yīng)有獨(dú)立的地址線和數(shù)據(jù)線，且地址線寬度跟Flash大小相對應(yīng)。那么串行Flash為什么能在i.MXRT上實(shí)現(xiàn)XIP呢？答案就是FlexSPI外設(shè)。

　　讓我們打開RT1050參考手冊，找到FlexSPI外設(shè)章節(jié)，可以看到如下FlexSPI模塊框圖，框圖右邊是FlexSPI與外部串行Flash的信號連接，框圖左邊是FlexSPI與i.MXRT系統(tǒng)內(nèi)部總線連接，總線連接分為兩種，分別是32bit IPS BUS（即手動(dòng)操作FlexSPI寄存器發(fā)送Flash讀寫命令），64bit AHB BUS（由FlexSPI翻譯AHB訪問地址并自動(dòng)發(fā)送相應(yīng)Flash讀寫命令），串行Flash能夠XIP的奧秘就在FlexSPI外設(shè)的AHB BUS連接。

　　關(guān)于這個(gè)64bit AHB BUS連接，我們可以FlexSPI特性里的Memory mapped read/write access by AHB Bus一欄找到更多細(xì)節(jié)。i.MXRT為FlexSPI外設(shè)在系統(tǒng)內(nèi)存里分配了AHB訪問地址映射（對于XIP調(diào)試來說主要是讀訪問），當(dāng)CPU取指到FlexSPI AHB地址映射空間時(shí)，F(xiàn)lexSPI外設(shè)會(huì)自動(dòng)完成從外部串行Flash讀取指令數(shù)據(jù)的工作，并將指令數(shù)據(jù)存放到AHB RX buffer里（一共8個(gè)），CPU直接從AHB RX buffer里獲取指令去執(zhí)行，AHB RX buffer可以有效降低讀延時(shí)。

AHB RX Buffer implemented to reduce read latency. Total AHB RX Buffer size: 128 x 64 Bits

16 AHB masters supported with priority for read access

8 flexible and configurable buffers in AHB RX Buffer

AHB TX Buffer implemented to buffer all write data from one AHB burst. AHB TX Buffer size: 8 x 64 Bits

All AHB masters share this AHB TX Buffer. No AHB master number limitation for Write Access.

　　關(guān)于FlexSPI AHB地址映射，可見下面的RT1050 memory map表，AHB映射起始地址為0x60000000，最大支持504MB的空間（適用RT1010/RT1020/RT1050/RT1060）。如果是RT1064，AHB映射起始地址改為0x70000000；如果是RT1170，除了0x60000000映射地址外還新增了0x30000000的地址映射。FlexSPI AHB映射地址讀訪問包含以下特點(diǎn)：

Cachable and Non-Cachable access

Prefetch Enable/Disable

Burst size: 8/16/32/64 bits

All burst type: SINGLE/INCR/WRAP4/INCR4/WRAP8/INCR8/WRAP16/INCR16

三、串行NOR Flash下載算法

　　要實(shí)現(xiàn)在串行Flash調(diào)試，最后要確保代碼被成功下載到串行Flash中。串行Flash的讀寫不像訪問RAM那樣簡單，是需要一套專門的FlexSPI NOR Flash驅(qū)動(dòng)的，即所謂的Flash下載算法。

　　串行Flash種類很多，雖然大多都符合JESD216標(biāo)準(zhǔn)，但是具體到某個(gè)廠家生產(chǎn)的Flash，還是有細(xì)微區(qū)別的。有的Flash下載算法力求支持盡可能多的Flash，而有的Flash下載算法則僅針對某個(gè)系列Flash。不管是哪種Flash下載算法，對于i.MXRT這樣沒有內(nèi)部Flash的芯片而言，F(xiàn)lash下載算法都是要跟具體的i.MXRT開發(fā)板相關(guān)聯(lián)的，因?yàn)殚_發(fā)板決定了Flash連接的pinmux，F(xiàn)lash下載算法里FlexSPI管腳初始化要與開發(fā)板相匹配。

　　每個(gè)IDE的Flash下載算法設(shè)計(jì)不盡相同，本文暫不詳細(xì)介紹具體Flash下載算法，后續(xù)文章會(huì)對常見IDE的Flash下載算法設(shè)計(jì)進(jìn)行詳解。

四、在串行Flash調(diào)試過程

　　CoreSight架構(gòu)，F(xiàn)lexSPI特性，NOR Flash下載算法都介紹過了，在串行Flash調(diào)試的充分條件都有了。現(xiàn)在痞子衡為大家綜合介紹一下調(diào)試過程。下面是痞子衡特地畫的簡圖，其實(shí)調(diào)試過程概述起來并不復(fù)雜，當(dāng)你啟動(dòng)IDE調(diào)試時(shí)，預(yù)先放在IDE里的Flash下載算法（可執(zhí)行文件）會(huì)首先通過調(diào)試器下載到i.MXRT內(nèi)部FlexRAM中，下載算法需要提供FlexSPI外設(shè)初始化和NOR Flash擦除、燒寫功能API，然后調(diào)試器繼續(xù)將應(yīng)用程序代碼（二進(jìn)制機(jī)器碼）分段緩存在FlexRAM里，并調(diào)用Flash下載算法API去完成應(yīng)用程序的燒寫（從FlexRAM到Flash中），應(yīng)用程序完全下載結(jié)束之后，便由CoreSight開始接管調(diào)試工作，此時(shí)CPU已經(jīng)可以通過AHB總線訪問掛在FlexSPI外設(shè)上的串行Flash里的應(yīng)用程序代碼數(shù)據(jù)，所以CoreSight當(dāng)然可以完成實(shí)時(shí)代碼運(yùn)行控制與跟蹤，你在IDE里也就可以進(jìn)行單步調(diào)試?yán)病?/p>