痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)


  大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RT1170 1bit SPI NOR恢复启动时间

  本篇是i.MXRT1170启动时间评测第三弹了,前两篇分别给大家评测了Raw NAND启动时间(基于A0芯片的EVK)、Serial NOR启动时间(基于B0芯片和EVB),今天痞子衡拿到了B0芯片配套的EVK (Rev.C),其实i.MXRT1170系列EVK还有个区别于i.MXRT10xx系列EVK的地方就是首次放了Secondary Boot Flash(挂在LPSPI接口上),老规矩,痞子衡继续为大家测一测从LPSPI Flash的恢复启动时间(这里指在ITCM执行,暂不考虑在SDRAM执行)。

一、准备工作

1.1 知识储备

  在开始测试之前,你需要认真读一下痞子衡的旧文 《恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13)- 从Serial(1-bit SPI) EEPROM/NOR恢复启动》,对i.MXRT从1bit NOR恢复启动的原理有一个充分认识。

  无论是Raw NAND还是Serial NOR,都属于Primary Flash,它们是一级启动设备。仅当选中的一级启动设备中没有可启动的App时(比如Flash被误擦除,比如Flash信号线有干扰,比如开启了签名但验签失败等),1bit SPI NOR才会发挥作用,BootROM会从1bit SPI NOR起始地址处加载initial image数据(4KB),再根据initial image里的IVT,Boot Data获取Application起始地址以及总长度,然后再将Application全部拷贝到相应SRAM里去启动,其过程如下图所示:

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图

1.2 时间界定

  关于时间终点,参考《FlexSPI NOR启动时间》 里的1.2节,方法保持一致。

1.3 制作应用程序

  关于应用程序制作,参考《SEMC NAND启动时间》 里的1.3节。

1.4 下载应用程序

  应用程序的下载需借助痞子衡开发的 NXP-MCUBootUtility 工具(v2.4版本及以上),EVK上的Flash型号是MX25L4006,并且连接的是主芯片的LPSPI1引脚(注意并不是任意Pinmux的LPSPI1都可以的,具体请查看芯片参考手册里System Boot章节的第一段)。

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图(2)

  翻看MX25L4006的数据手册,它的总容量是512KB,Page Size是256bytes,两种Sector Size(4KB/64KB),在1bit模式下最高速度可达86MHz,因此使用 NXP-MCUBootUtility 下载时做如下配置(Spi Speed最高仅能设20MHz,这主要受限于LPSPI外设):

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图(4)

  i.MXRT1170中关于1bit SPI NOR恢复启动的eFuse配置与之前i.MXRT10xx型号有所不同(精简了SPI Address选项),我们在下载App时会顺便烧录eFuse。

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图(6)

1.5 示波器抓取信号

  一切准备就绪,可以用示波器抓1bit SPI NOR启动时间了。通道一监测主芯片POR信号,通道三监测Secondary Flash片选信号(LPSPI1_PCS0),通道四监测LED GPIO信号。为了更直观地看从Primary Flash启动失败进入Secondary Flash恢复启动的过程,痞子衡特地加了通道二监测Primary Flash片选信号(FlexSPI_A_SS0)。

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图(8)

二、开始测试

2.1 测试结果

  在公布结果之前,痞子衡先带大家分析一下示波器抓取的启动时间波形,方便大家理解后续表格里的各项组成。

  通道一连接POR引脚,电平拉高是启动计时的开始,启动后会先经历BootROM时间(CM7内核先执行ROM代码,做一些常规系统初始化,读取用户启动配置(假设启动设备选的FlexSPI NOR),然后配置好FlexSPI模块),底下经历Primary Device时间,即先尝试读一下挂在FlexSPI接口上的Flash(先读FDCB,如果没有FDCB则启动失败),通道二(FlexSPI Flash的片选)信号有短暂的拉低,底下才经历BootFlash时间(此时开始访问挂在LPSPI接口上的Flash,从Flash里读取IVT、BootData以及搬移App,所以你会看到通道三(LPSPI Flash的片选)信号持续拉低了,搬移完成之后便跳转到App里执行),最后你会看到通道四电平拉高了(App在执行)。

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事(13.A)- LPSPI NOR启动时间(RT1170)插图(9)

  分析完了启动时间组成,让我们看结果吧。痞子衡基于App长度一共做了2个测试,结果如下表所示(注:表中结果都是在2.5M次/秒的采样率下所得):

Flash型号
Timing模式
App长度
(bytes)
App执行位置 BootROM时间 PrimaryDevice时间 BootFlash时间 总启动时间
MX25L4006
1bit, SDR, 20MHz
18066 ITCM 6.940 ms 0.916 ms 13.88 ms 21.735 ms
253586 ITCM 6.952 ms 0.920 ms 146.928 ms 154.8 ms

2.2 结果分析

  根据原理和测试结果,我们有三个结论:

  • 结论1:BootROM时间差不多是固定的,大概在6.9ms
  • 结论2:Primary Device时间需根据实际情况而定,不同的一级启动设备以及不同的非完整App都可能影响最终时间
  • 结论3:BootFlash时间跟App长度成正比,跟Flash工作模式(SPI速率)也是正比(虽然没有实测)

  至此,恩智浦i.MX RT1170 1bit SPI NOR恢复启动时间痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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