概述

MCXN947芯片是一款高度集成的微控制器，具有強大的處理能力、豐富的外設支持和高級安全特性，適用于多種復雜應用。其中有個非常重要的外設為FlexSPI。

FlexSPI是一種可擴展的串行外設接口，主要用于連接固態存儲設備，如QuadSPI NOR Flash、QuadSPI NAND Flash、HyperRAM等。FlexSPI是一種全面的、靈活的、高性能的解決方案，可以配置成不同的模式以適應不同的存儲設備。

NXP FRDM-MCXN947板是一款基于MCXN947設備的低成本設計與評估板。NXP為MCXN947設備提供了包括硬件評估板、軟件開發集成開發環境（IDE）、示例應用程序和驅動程序在內的工具和軟件支持。該板FlexSPI接口默認接了一塊MT35XU512 NOR Flash。

在本文中，我們將探討如何在MCXN947板的FlexSPI接口接HyperRAM。

硬件環境：

開發板：FRDM-MCXN947

HyperRAM：W956D8MBYA

軟件環境：

IDE：MCUXpresso IDE v11.9.0

SDK：SDK Builder | MCUXpresso SDKBuilder (nxp.com)

HyperRAM原理圖

以下是官方FRDM-MCXN947中的八線Flash的原理圖，由于W956D8MBYA的HyperRAM的封裝都為TFBGA 24-Ball 5 x 5 Array，所以可以直接進行替換。

根據以上原理圖，總結出HyperRAM存儲器的信號連接方式見表:

HyperRAM配置流程

3.1 時鐘配置

FlexSPI的時鐘需要正確配置。

我們在調試程序的階段還是保險地選擇低一點的頻率，這里選擇75MHz。

3.2 FlexSPI初始化配置結構體詳解

接下來是FlexSPI相關配置，我們可以調用FLEXSPI_GetDefaultConfig獲取一些針對FlexSPI特性結構體flexspi_config_t的一些默認配置，這個默認配置具有一定的普遍性，能兼容大部分的FlexSPI設備，對于該W956D8MBYA 的HyperRAM，在默認配置的基礎上，增加如下幾個參數：

config.ahbConfig.enableAHBPrefetch = true;

config.ahbConfig.enableAHBBufferable = true;

config.ahbConfig.enableReadAddressOpt= true;

config.ahbConfig.enableAHBCachable = true;

config.rxSampleClock= kFLEXSPI_ReadSampleClkLoopbackFromDqsPad;

（1）enableAHBPrefetch：是否使能AHB預讀取特性，當使能時，FlexSPI會讀取比當前AHB突發讀取更多的數據。

（2）enableAHBBufferable ：是否使能AHB寫緩沖訪問，在執行寫命令后，不等待其執行完畢就返回，允許后續指令繼續執行，提高系統的并發性。

（3）enableReadAddressOpt：控制是否移除AHB讀取突發起始地址對齊限制，若使能，突發讀取地址沒有字節對齊限制。

（4）enableAHBCachable：使能AHB總線緩存讀取，若命中則從緩存中讀取，但要確保數據的一致性

（5）rxSampleClock：讀數據使用的時鐘源，對于HyperRAM來說，HyperRAM提供讀選通脈沖并從DQS引腳輸入。

3.3 FlexSPI外部設備配置結構體詳解

FlexSPI與外部設備通訊時常常需要與設備協調通訊的時序，如時鐘頻率、數據有效時間等內容，NXP軟件庫提供了結構體類型flexspi_device_config_t專門用于配置這些參數。

typedef struct _flexspi_device_config


{


uint32_t flexspiRootClk;


bool isSck2Enabled;


uint32_t flashSize;


flexspi_cs_interval_cycle_unit_t CSIntervalUnit;


uint16_t CSInterval;


uint8_t CSHoldTime;


uint8_t CSSetupTime;


uint8_t dataValidTime;


uint8_t columnspace;


bool enableWordAddress;


uint8_t AWRSeqIndex;


uint8_t AWRSeqNumber;


uint8_t ARDSeqIndex;


uint8_t ARDSeqNumber;


flexspi_ahb_write_wait_unit_t AHBWriteWaitUnit;


uint16_t AHBWriteWaitInterval;


bool enableWriteMask;


} flexspi_device_config_t;

(1) flexspiRootClk = 75000000，此參數與前面設置的FlexSPI的時鐘頻率一致。

(2) flashSize = 0x2000, Flash的大小，以KB為單位。對于W956D8MBYA，64Mb = 8MB = 8 *1024KB。

(3) CSIntervalUnit = kFLEXSPI_CsIntervalUnit1SckCycle，此參數用于配置CS信號線間隔的時間單位。

(4) CSInterval = 2，此參數用于配置CS信號線有效與無效切換的最小時間間隔，單位為上面CSIntervalUnit成員的配置。

(5) CSHoldTime = 3，此參數用于設定CS信號線的保持時間，單位為FlexSPI根時鐘周期。

(6) CSSetupTime=3，此參數用于設定CS信號線的建立時間，單位為FlexSPI根時鐘周期。

根據MCXNx4x datasheet，= 6ns，最小的= 8.3ns，最小的= 9.8ns。時鐘為75M的周期時間大約是13.3ns。故CSHoldTime和CSSetupTime大于等于1即可，均配置成3。

(7) dataValidTime=2，寄存器DLLACR和DLLBCR，本成員用于配置通訊中的數據有效時間，單位為納秒。

(8) columnspace = 3，低位列地址寬度，對于這個HyperRAM來說，是用行列進行尋址的，這里列地址的寬度為3位。

(9) enableWordAddress = true，配置是否使能2字節可尋址功能，使能后會以16位的數據格式對HyperRAM進行訪問。

(10) AWRSeqIndex = 1，對應寫的時序序列在LUT中的索引。

(11) AWRSeqNumber =1，此參數配置AHB寫命令的序列數目。

(12) ARDSeqIndex = 0，對應讀的時序序列在LUT中的索引。

(13) ARDSeqNumber =1，此參數配置AHB讀命令的序列數目。

(14) enableWriteMask = true，此參數用于設置FlexSPI寫外部設備時是否使能驅動DQS位作為掩碼，這種功能在訪問數據寬度為16位時用于地址對齊。

3.4 LUT表格配置

下面是HyperRAM 讀和寫的時序LUT表格的代碼示例，

const uint32_t customLUT[CUSTOM_LUT_LENGTH] = {


/* Read Data */


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0xA0, kFLEXSPI_Command_RADDR_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x18),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_CADDR_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x10, kFLEXSPI_Command_DUMMY_RWDS_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x07),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_READDATA + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_READ_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x04, kFLEXSPI_Command_STOP, kFLEXSPI_1PAD, 0x00),


   /* Write data */


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x20, kFLEXSPI_Command_RADDR_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x18),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA + 1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_CADDR_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x10, kFLEXSPI_Command_DUMMY_RWDS_DDR, kFLEXSPI_8PAD, 0x07),


   [4 * PSRAM_CMD_LUT_SEQ_IDX_WRITEDATA + 2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(kFLEXSPI_Command_WRITE_DDR,kFLEXSPI_8PAD, 0x04, kFLEXSPI_Command_STOP, kFLEXSPI_1PAD, 0x00),






};

(1) 我們使用的是8線差分的HyperRAM，在時鐘的雙邊沿都采樣，所以與外部存儲器通信時用的數據線的個數均為kFLEXSPI_8PAD。

(2) HyperRAM和HyperFlash是基于Cypress Semiconductor的HyperBus接口規范設計的存儲器產品，這個operand是在該規范中定義的，所以讀操作operand固定為0xA0，寫數據的operand固定為0x20。

(3) CADDR_DDR列地址，由于一次傳輸的字節一定是8的倍數，如果你傳的行列地址大于特定大小的HyperRAM最大的行和列，FlexSPI會自動將高位置0。

上表中顯示低16位是列地址，有效位有3位，高13位是預留兼容的列地址位，需要置0。所以這里列地址的時序參數需要填16，即0x10。

(4) RADDR_DDR行地址，如圖所示，如果 FLSHxxCR1[CAS] 位不為 0 ，那么 FlexSPI 外設在傳輸時序里會拆分實際映射 Flash Address （即存儲器自身偏移地址） 為行地址 FA[31:CAS] 和列地址 [CAS-1:1] 來分別傳輸。對于字可尋址閃存設備，不需要地址的最后一位，因為閃存是按照兩個字節讀取和編程的。Flexspi 一個字為兩個字節，所有需要如果2個字節對齊，就需要少一位地址。行列地址加一起少一位。W956D8MBYA有64Mbit，即2^26，列地址還有3位，所以理論上行地址需要傳輸26-1-3=22位，即可尋址整個HyperRAM。然后向8位對齊，不然FlexSPI會在低位補0，就不是我們要訪問的地址了。所以參數為0x18，即24位。

實驗驗證 我們可以利用簡單的AHB讀寫來驗證此HyperRAM是否可以工作。

代碼如下:

for (i = 0; i < sizeof(s_psram_write_buffer); i++)


{


s_psram_write_buffer[i] = i;


}


memcpy((uint32_t*)(EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE), s_psram_write_buffer, sizeof(s_psram_write_buffer));


memcpy(s_psram_read_buffer,(uint32_t*)(EXAMPLE_FLEXSPI_AMBA_BASE) , sizeof(s_psram_read_buffer));


if (memcmp(s_psram_read_buffer, s_psram_write_buffer,sizeof(s_psram_write_buffer)) == 0)


{


      PRINTF("AHB Command Read/Write data successfully !
");


}

當你的串口打印出"AHB Command Read/Write data successfully!"

證明你的FlexSPI接HyperRAM現在可以正常工作啦！

作者：Hang Zhang