做嵌入式這么多年第一次認(rèn)真用瑞薩RZ/N2L做量產(chǎn)項(xiàng)目遇到的第一道坎就是啟動(dòng)方式。原先方案是SPI NOR存固件、I2C EEPROM存參數(shù)板子改版時(shí)客戶要求少放器件干脆把參數(shù)也塞進(jìn)同一顆QSPI Flash里。這個(gè)決定看起來省事實(shí)際做下來牽扯到啟動(dòng)模式配置、BootROM對(duì)Flash的初始化時(shí)序、RASC生成的驅(qū)動(dòng)代碼以及參數(shù)存儲(chǔ)的磨損均衡和掉電保護(hù)一環(huán)扣一環(huán)每一環(huán)都有值得記錄的坑。這篇文章就是這次實(shí)戰(zhàn)的完整記錄核心圍繞兩件事RZ/N2L怎么從QSPI Flash啟動(dòng)以及參數(shù)存儲(chǔ)怎么做才能扛得住長時(shí)間運(yùn)行。內(nèi)容包括硬件接法、RASC工程配置、Keil環(huán)境搭建、底層驅(qū)動(dòng)移植、參數(shù)區(qū)規(guī)劃和常見故障排查適合準(zhǔn)備用RZ/N2L做產(chǎn)品、或者想把代碼和參數(shù)統(tǒng)一放到外部Flash上的朋友。如果你用過瑞薩RA6M5或者熟悉e2 studio那套操作上手RZ/N2L會(huì)更輕松因?yàn)榕渲盟悸肥窍嗤ǖ牡讓蛹?xì)節(jié)差異不小建議還是從頭過一遍。1. 為什么我選了QSPI啟動(dòng)需求拆解與方案對(duì)比1.1 啟動(dòng)方式選型先把硬件資源算清楚RZ/N2L支持多種啟動(dòng)介質(zhì)包括QSPI Flash、SD卡、串行接口等。項(xiàng)目里選擇QSPI啟動(dòng)不是拍腦袋決定的主要從三個(gè)方面考量。第一是引腳開銷。RZ/N2L作為MPU級(jí)別的芯片功能外設(shè)多引腳本來就不寬裕。QSPI接口只需要SCLK、CS、IO0到IO3六根信號(hào)線就能接一顆大容量NOR Flash而并行NOR需要幾十根線在小型化板卡上完全不現(xiàn)實(shí)。第二是容量和成本。QSPI NOR Flash的單價(jià)和容量比EEPROM友好太多一顆16MB的W25Q128或者國產(chǎn)GD25Q128價(jià)格只有同容量并行Flash的零頭空間還綽綽有余。固件、文件系統(tǒng)、參數(shù)區(qū)可以全放進(jìn)去產(chǎn)品后續(xù)要加OTA升級(jí)也留得住空間。第三是XIP能力。QSPI控制器支持內(nèi)存映射模式Flash可以被映射到CPU的地址空間代碼可以直接在Flash上執(zhí)行不需要上電后先搬運(yùn)到SRAM再跑。這一點(diǎn)對(duì)啟動(dòng)速度幫助很大BootROM把QSPI初始化好之后CPU取指直接走內(nèi)存映射通道省掉了先加載后跳轉(zhuǎn)的那段等待。1.2 參數(shù)存儲(chǔ)選擇QSPI Flash到底合不合適很多人覺得參數(shù)存儲(chǔ)應(yīng)該老老實(shí)實(shí)用EEPROM擔(dān)心Flash磨損和掉電丟數(shù)據(jù)。這個(gè)顧慮在十年前有道理但放到現(xiàn)在的應(yīng)用場(chǎng)景只要設(shè)計(jì)合理QSPI NOR Flash做參數(shù)存儲(chǔ)完全夠用甚至更合適。NOR Flash的特點(diǎn)是按扇區(qū)擦除、按頁寫入擦除操作會(huì)把扇區(qū)全部置為0xFF寫入只能把1寫成0。這個(gè)特性決定了參數(shù)存儲(chǔ)不能像EEPROM那樣原地覆蓋必須做雙備份或者輪換寫入。但換個(gè)角度想正因?yàn)椴翆憜挝淮蠓炊浦闳ピO(shè)計(jì)合理的寫入策略最終的效果是數(shù)據(jù)可靠性比EEPROM方案更高因?yàn)槊恳环輸?shù)據(jù)都會(huì)被校驗(yàn)、被備份、被輪換。參數(shù)存儲(chǔ)對(duì)Flash的另一個(gè)要求是掉電保護(hù)。實(shí)際產(chǎn)品中參數(shù)寫入瞬間掉電是常態(tài)如果只寫一個(gè)區(qū)域斷電后數(shù)據(jù)可能半新半舊。QSPI方案配合雙Slot設(shè)計(jì)和CRC校驗(yàn)可以保證掉電后要么拿到舊數(shù)據(jù)要么拿到新數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)中間態(tài)。2. 硬件設(shè)計(jì)與啟動(dòng)引腳配置先把底子打牢2.1 啟動(dòng)模式引腳和QSPI信號(hào)一個(gè)都不能接錯(cuò)RZ/N2L的啟動(dòng)介質(zhì)選擇由啟動(dòng)模式引腳的上下拉電平?jīng)Q定。具體是MD_BOOT還是其他命名一定要以芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)和硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)為準(zhǔn)原理圖階段就要和FAE確認(rèn)清楚。我這次就吃了個(gè)虧以為啟動(dòng)引腳默認(rèn)拉低就是QSPI啟動(dòng)結(jié)果打樣回來發(fā)現(xiàn)默認(rèn)電平對(duì)應(yīng)的是串行接口模式BootROM壓根沒去初始化QSPI調(diào)試器連上后CPU直接跑飛。啟動(dòng)模式引腳的電平需要在復(fù)位釋放前穩(wěn)定所以不要圖省事直接接固定電平最好預(yù)留0歐電阻或者跳線方便量產(chǎn)階段切換啟動(dòng)介質(zhì)。比如調(diào)試時(shí)用串行接口模式燒寫B(tài)ootloader測(cè)試完成后切回QSPI啟動(dòng)這個(gè)跳線能避免反復(fù)焊Flash。QSPI信號(hào)線的接法也要注意。WP和HOLD引腳在四線模式下會(huì)復(fù)用為IO2和IO3如果不用四線模式這兩個(gè)引腳絕對(duì)不能懸空。懸空狀態(tài)下Flash在復(fù)位或上電瞬間可能誤進(jìn)入HOLD狀態(tài)導(dǎo)致通信一直掛起。正確的做法是分別通過10K電阻上拉到VCC或下拉到GND具體選擇取決于Flash芯片手冊(cè)。2.2 信號(hào)完整性和電源處理高頻啟動(dòng)別翻車QSPI工作在幾十MHz到上百M(fèi)Hz信號(hào)完整性比SPI模式要求高。PCB上QSPI四根數(shù)據(jù)線盡量等長誤差控制在5mm以內(nèi)SCLK和數(shù)據(jù)線之間不要差太多否則高速讀時(shí)序會(huì)出現(xiàn)采樣點(diǎn)偏移。走線避免跨分割底層如果有完整地平面信號(hào)質(zhì)量會(huì)明顯好過跨區(qū)走線。電源方面Flash的VCC引腳要就近放一個(gè)0.1uF陶瓷電容如果板上有空間再并一個(gè)1uF電容。QSPI Flash對(duì)電源紋波不算特別敏感但如果Flash供電和主控?cái)?shù)字電源共用一條細(xì)線擦除瞬間的大電流沖擊可能引起波形毛刺嚴(yán)重時(shí)造成通信錯(cuò)誤。還有一個(gè)小細(xì)節(jié)RZ/N2L的QSPI控制器時(shí)鐘源來自內(nèi)部PLL還是外部晶振決定了啟動(dòng)時(shí)Flash最高能跑多快。BootROM初始化QSPI時(shí)用的是系統(tǒng)默認(rèn)時(shí)鐘如果你的外部Flash最高支持133MHz但BootROM階段只跑到幾十MHz這沒關(guān)系只要應(yīng)用代碼里重新初始化QSPI把它切換到高速模式即可。啟動(dòng)階段不用追求極限速度穩(wěn)定才是第一位的。3. RASCKeil環(huán)境搭建從配置到第一行代碼3.1 RASC創(chuàng)建工程先選對(duì)芯片型號(hào)和FSP版本瑞薩的圖形化配置工具RASCRenesas Advanced Smart Configurator是RZ/N2L開發(fā)的主入口和e2 studio里的配置界面是同一套東西。如果你是從RA6M5這類RA系列轉(zhuǎn)過來會(huì)發(fā)現(xiàn)操作方式很熟悉但RZ/N2L屬于RZ系列FSP套件版本和RA系列不完全一樣生成的代碼結(jié)構(gòu)也有差異。打開RASC后第一步是選擇具體芯片型號(hào)。RZ/N2L下面還有多個(gè)子型號(hào)區(qū)別主要在封裝、內(nèi)置SRAM大小、外設(shè)數(shù)量上。選錯(cuò)型號(hào)會(huì)導(dǎo)致引腳分配不對(duì)后期改起來非常痛苦。我建議在原理圖定稿后就把型號(hào)確認(rèn)好RASC建工程時(shí)直接鎖定。創(chuàng)建工程時(shí)還需要選目標(biāo)編譯器。RASC支持生成Keil、IAR、GCC等工具鏈的工程文件。我們用的是Keil MDK所以在RASC里選擇對(duì)應(yīng)的工具鏈生成后直接用MDK打開工程不需要手動(dòng)移植。FSP版本方面不要盲目追求最新版。有些新版本對(duì)老型號(hào)的支持存在回歸問題我踩過一次升級(jí)FSP后QSPI的片選時(shí)序配置項(xiàng)位置變了生成代碼和手冊(cè)對(duì)不上。穩(wěn)妥做法是選擇當(dāng)前型號(hào)的長期支持版本至少等一個(gè)版本發(fā)布三個(gè)月后再考慮升級(jí)。3.2 QSPI外設(shè)配置重點(diǎn)看時(shí)序參數(shù)在RASC的Stacks配置頁里添加QSPI驅(qū)動(dòng)配置界面會(huì)列出一堆選項(xiàng)包括Bus Width總線寬度、Command Sequence命令序列、時(shí)鐘分頻等。這些參數(shù)不是隨便填的要和實(shí)際Flash芯片的指令集對(duì)應(yīng)上。例如W25Q128JV的頁寫指令有0x02單線和0x32四線頁寫部分廠商是0x32擦除指令有扇區(qū)擦除0x20、塊擦除0xD8。RASC配置界面里會(huì)把對(duì)應(yīng)的操作類型列出你需要把Flash手冊(cè)上的指令碼填進(jìn)去。填錯(cuò)了不會(huì)立刻報(bào)錯(cuò)但讀寫數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)詭異性錯(cuò)誤。時(shí)鐘分頻配置要略留余量。如果Flash標(biāo)稱最高支持104MHzQSPI時(shí)鐘設(shè)置為80MHz到90MHz比較穩(wěn)妥這個(gè)頻率貼上限跑長時(shí)間工作加上溫度變化時(shí)序余量不足會(huì)導(dǎo)致偶發(fā)讀錯(cuò)。不要為了跑分好看把頻率拉到極限嵌入式產(chǎn)品穩(wěn)定壓倒一切。RASC生成代碼后QSPI驅(qū)動(dòng)的初始化、讀寫接口都會(huì)被封裝好實(shí)際使用時(shí)通常從R_QSPI_Open開始然后通過R_QSPI_Read、R_QSPI_Write、R_QSPI_Erase等接口操作Flash。具體函數(shù)名以生成代碼為準(zhǔn)但調(diào)用邏輯和標(biāo)準(zhǔn)FSP驅(qū)動(dòng)是一致的熟悉一家以后換型號(hào)很容易上手。3.3 Keil工程導(dǎo)入與下載算法配置RASC生成完工程用Keil MDK打開后第一個(gè)要處理的問題是下載算法。默認(rèn)工程里一般只包含片內(nèi)Flash的編程算法外部QSPI Flash不在其中直接點(diǎn)下載會(huì)提示找不到算法。Keil里為外部Flash添加下載算法有兩種方式。一種是選擇Keil安裝目錄下現(xiàn)成的Flash算法文件比如針對(duì)W25Q系列通常能找到對(duì)應(yīng)的.FLM文件另一種是通過調(diào)試器的QSPI Flash Loader實(shí)現(xiàn)J-Link的J-Flash軟件支持大多數(shù)常見QSPI Flash型號(hào)配置好之后可以在線燒寫。如果芯片的QSPI Flash型號(hào)比較冷門找不到現(xiàn)成下載算法還有一個(gè)通用辦法先用串行接口啟動(dòng)模式通過UART把一段一級(jí)Bootloader燒到片內(nèi)SRAM再由Bootloader通過QSPI驅(qū)動(dòng)把完整的Bootloader和應(yīng)用固件寫到外部Flash。這個(gè)流程雖然繞但在量產(chǎn)階段很實(shí)用尤其是調(diào)試器算法兼容性出問題時(shí)。下載算法配置好之后還有一個(gè)坑Keil的Flash Download選項(xiàng)里Programming Algorithm和RAM for Algorithm這兩組地址空間要和芯片的QSPI映射地址范圍匹配。RZ/N2L的QSPI內(nèi)存映射地址通常是0x80000000開頭的一段區(qū)間算法配置里的起始地址必須寫對(duì)這個(gè)值否則程序能下載但上電后無法從Flash啟動(dòng)。4. QSPI底層驅(qū)動(dòng)快速移植讀、寫、擦除完整實(shí)現(xiàn)4.1 QSPI控制器的工作方式先理解再動(dòng)手RZ/N2L的QSPI控制器支持兩種工作模式間接模式和內(nèi)存映射模式。間接模式適合指令發(fā)送、狀態(tài)讀取、小塊數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存映射模式適合大塊數(shù)據(jù)讀取也就是XIP。理解這兩種模式的區(qū)別對(duì)接下來的代碼設(shè)計(jì)很重要。間接模式下代碼像操作普通外設(shè)一樣往控制器的傳輸寄存器里寫數(shù)據(jù)觸發(fā)QSPI控制器自動(dòng)產(chǎn)生SCLK時(shí)序。這種方式靈活可以發(fā)任意指令缺點(diǎn)是效率偏低每筆數(shù)據(jù)傳輸都要軟件參與。內(nèi)存映射模式下Flash被映射到CPU地址空間CPU直接讀地址就能拿到數(shù)據(jù)效率最高但不適合寫入操作因?yàn)閷懖僮餍枰暾牟翆懥鞒獭?shù)存儲(chǔ)的優(yōu)化思路就在這里讀取參數(shù)時(shí)走內(nèi)存映射模式直接以指針方式訪問寫入?yún)?shù)時(shí)切換到間接模式執(zhí)行擦除、寫使能、頁寫一系列命令。不少工程師忽略了這個(gè)區(qū)分全程用間接模式讀Flash導(dǎo)致系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀參數(shù)耗時(shí)幾十毫秒完全沒有發(fā)揮QSPI的性能優(yōu)勢(shì)。4.2 核心驅(qū)動(dòng)代碼忙檢測(cè)、頁寫、扇區(qū)擦除QSPI NOR Flash的操作基礎(chǔ)是命令序列。常見的命令包括寫使能0x06、讀狀態(tài)寄存器0x05、頁寫0x02、扇區(qū)擦除0x20、塊擦除0xD8、讀數(shù)據(jù)0x03單線高速讀0x0B。驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)把這些命令封裝成基礎(chǔ)函數(shù)上層按需組合。下面這段代碼是一個(gè)精簡的忙等待和頁寫實(shí)現(xiàn)基于瑞薩FSP生成代碼的基礎(chǔ)上做的簡化實(shí)際工程中要做超時(shí)保護(hù)/* 讀QSPI Flash狀態(tài)寄存器 */ static uint8_t qspi_read_status(void) { uint8_t status 0; uint8_t cmd 0x05; /* Read Status Register-1 */ R_QSPI_Command(cmd, 1, status, 1); return status; } /* 等待Flash空閑帶超時(shí) */ static int qspi_wait_busy(uint32_t timeout_ms) { uint32_t tick 0; while (tick timeout_ms) { if ((qspi_read_status() 0x01) 0) { return 0; } R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); tick; } return -1; } /* 頁寫len為1~256字節(jié) */ static int qspi_page_program(uint32_t addr, const uint8_t *buf, uint16_t len) { uint8_t write_enable 0x06; R_QSPI_Command(write_enable, 1, NULL, 0); return R_QSPI_Write(addr, buf, len); } /* 扇區(qū)擦除4KB */ static int qspi_sector_erase(uint32_t addr) { uint8_t write_enable 0x06; uint8_t erase_cmd 0x20; R_QSPI_Command(write_enable, 1, NULL, 0); R_QSPI_Command(erase_cmd, 1, NULL, 0); return qspi_wait_busy(500); }頁寫有個(gè)容易被忽略的坑如果寫入數(shù)據(jù)跨過了256字節(jié)頁邊界Flash內(nèi)部會(huì)自動(dòng)回卷把后半段數(shù)據(jù)寫到頁首導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。所以驅(qū)動(dòng)里一定要做長度和跨頁判斷超過頁邊界就拆分成多次寫入每次最多寫到本頁結(jié)尾。擦除等待時(shí)間也要給足。扇區(qū)擦除典型時(shí)間是50ms到400ms塊擦除更長。等待循環(huán)里如果超時(shí)閾值設(shè)置太短會(huì)誤報(bào)出錯(cuò)。我習(xí)慣把扇區(qū)擦除超時(shí)設(shè)置到500ms塊擦除設(shè)置到2s給芯片留足余量。4.3 讀性能優(yōu)化內(nèi)存映射模式一次搞定實(shí)際產(chǎn)品里參數(shù)結(jié)構(gòu)體可能包含幾十個(gè)字段分布在幾百字節(jié)范圍內(nèi)。如果用間接模式一條條讀每次都要拉起CS、發(fā)送命令效率非常低。正確做法是在系統(tǒng)初始化時(shí)把QSPI控制器切換到內(nèi)存映射模式然后直接用指針讀取#define QSPI_MAPPED_BASE 0x80000000UL #define PARAM_AREA_OFFSET 0x00100000UL const param_struct_t *param_ptr; param_ptr (const param_struct_t *)(QSPI_MAPPED_BASE PARAM_AREA_OFFSET); if (param_ptr-magic PARAM_MAGIC) { /* 參數(shù)有效直接使用 */ local_param *param_ptr; }這段代碼的執(zhí)行速度比間接模式快一個(gè)數(shù)量級(jí)讀取時(shí)不占用CPU等待時(shí)間。寫入時(shí)再切換回間接模式完成擦寫后重新切回內(nèi)存映射模式。需要注意的是切換操作要嚴(yán)格配對(duì)防止寫操作執(zhí)行到一半切模式導(dǎo)致總線異常。5. 參數(shù)存儲(chǔ)優(yōu)化實(shí)戰(zhàn)磨損均衡與掉電保護(hù)5.1 存儲(chǔ)區(qū)布局設(shè)計(jì)代碼和參數(shù)分家參數(shù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的首要原則是參數(shù)區(qū)和代碼區(qū)必須物理隔離不能混在一起。否則一次參數(shù)擦除失誤可能把固件代碼一同抹掉產(chǎn)品直接變磚。我習(xí)慣把QSPI Flash分成四個(gè)區(qū)域一級(jí)Bootloader、應(yīng)用固件區(qū)、參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)、日志區(qū)。典型布局參考如下區(qū)域起始地址大小用途Bootloader0x00000064KB啟動(dòng)加載、異常恢復(fù)應(yīng)用固件0x0100001MB主程序XIP運(yùn)行參數(shù)存儲(chǔ)0x200000256KB參數(shù)雙Slot輪換日志區(qū)0x240000剩余空間運(yùn)行日志、升級(jí)記錄參數(shù)區(qū)劃分256KB相對(duì)整個(gè)Flash容量不算大但用雙Slot輪換設(shè)計(jì)已經(jīng)非常寬裕。每個(gè)Slot對(duì)齊到扇區(qū)邊界方便獨(dú)立擦除。如果固件本身不足1MB可以把參數(shù)區(qū)擴(kuò)大存儲(chǔ)余量更充足。參數(shù)結(jié)構(gòu)體建議這樣定義typedef struct { uint32_t magic; /* 固定魔數(shù)識(shí)別參數(shù)有效性 */ uint32_t version; /* 參數(shù)版本號(hào) */ uint32_t sequence; /* 遞增序號(hào)區(qū)分新舊 */ uint32_t crc32; /* CRC校驗(yàn)值 */ uint8_t data[512]; /* 實(shí)際參數(shù)字段 */ } param_slot_t;magic用于快速判斷區(qū)域是否被寫過version支持不同版本固件之間參數(shù)格式升級(jí)sequence在雙Slot設(shè)計(jì)中區(qū)分新舊數(shù)據(jù)crc32確保數(shù)據(jù)完整性。這四樣缺一不可少了任何一個(gè)后續(xù)排查都會(huì)很痛苦。5.2 雙Slot輪換寫入掉電也不怕參數(shù)寫入最怕掉電。設(shè)想一下寫主Slot到一半斷電主Slot的數(shù)據(jù)既不是舊值也不是新值如果系統(tǒng)只認(rèn)主Slot這次斷電就造成參數(shù)損壞。雙Slot設(shè)計(jì)就是為了解決這個(gè)問題。寫入流程這樣設(shè)計(jì)讀取當(dāng)前有效Slot的sequence值記為old_seq。擦除空閑Slot把新參數(shù)和遞增后的sequence寫入該Slot。寫入完成后讀回校驗(yàn)CRC正確才認(rèn)為寫入成功。將另一個(gè)Slot標(biāo)記為無效把magic清掉。上電時(shí)掃描兩個(gè)Slot取magic有效且sequence較大的那個(gè)作為當(dāng)前參數(shù)。這里的關(guān)鍵在于任何時(shí)候至少保留一份完整有效的參數(shù)。寫入過程只動(dòng)空閑Slot老數(shù)據(jù)始終在另一個(gè)Slot里躺著就算寫一半掉電上電后仍能讀到完整舊數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)時(shí)用一段簡單的掃描函數(shù)static param_slot_t *find_valid_slot(void) { param_slot_t *slots[2]; int idx; slots[0] (param_slot_t *)(QSPI_MAPPED_BASE SLOT0_OFFSET); slots[1] (param_slot_t *)(QSPI_MAPPED_BASE SLOT1_OFFSET); /* 先判斷magic是否都有效 */ if (slots[0]-magic ! PARAM_MAGIC slots[1]-magic ! PARAM_MAGIC) { return NULL; /* 兩個(gè)槽都無效使用默認(rèn)參數(shù) */ } idx 0; if (slots[1]-magic PARAM_MAGIC) { if (slots[0]-magic ! PARAM_MAGIC || slots[1]-sequence slots[0]-sequence) { idx 1; } } if (crc32_check(slots[idx]) ! 0) { return NULL; /* CRC校驗(yàn)失敗用默認(rèn)參數(shù)并報(bào)警 */ } return slots[idx]; }這段邏輯還要配合CRC校驗(yàn)。CRC計(jì)算放在寫入之前讀回校驗(yàn)放在上電階段。不要省CRC魔數(shù)只能在某種程度上防止未擦除區(qū)域被誤讀但無法防止數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)或者部分寫失敗。CRC才是數(shù)據(jù)完整性的最終保障。5.3 磨損均衡計(jì)算Flash壽命到底夠不夠雙Slot方案解決了掉電保護(hù)問題但磨損均衡的效果取決于Slot數(shù)量和寫入頻率。這里做一個(gè)簡單計(jì)算把理論壽命算清楚。假設(shè)使用W25Q12816MB參數(shù)區(qū)256KB劃分為兩個(gè)Slot每個(gè)Slot占128KB一個(gè)Slot內(nèi)包含32個(gè)4KB扇區(qū)。每次參數(shù)更新寫一個(gè)扇區(qū)。Flash扇區(qū)擦寫壽命為10萬次。兩個(gè)Slot始終各有一個(gè)扇區(qū)在參與寫入磨損均衡后相當(dāng)于有64個(gè)扇區(qū)輪流被擦寫實(shí)際上每次寫一個(gè)扇區(qū)后下次會(huì)優(yōu)先選擇擦寫次數(shù)最少的扇區(qū)。那么使用壽命約為64個(gè)扇區(qū) × 100,000次 / 每天寫入次數(shù) 6,400,000 / 每天寫入次數(shù)如果設(shè)備每10分鐘寫一次參數(shù)一天144次壽命約為44444天超過120年。就算每秒鐘寫一次一天86400次壽命也有74天對(duì)于參數(shù)保存來說完全夠用。這個(gè)計(jì)算說明一個(gè)道理磨損均衡的效果取決于參與輪換的扇區(qū)數(shù)量。如果只用固定一個(gè)扇區(qū)擦寫10萬次壽命很快耗盡但只要把參與輪換的扇區(qū)數(shù)量做大壽命會(huì)線性增長。所以參數(shù)區(qū)不要?jiǎng)澐值脫笓杆阉讯嘟o幾個(gè)扇區(qū)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的磨損問題基本不用再管。6. 啟動(dòng)與存儲(chǔ)故障排查我踩過的坑都在這里6.1 啟動(dòng)失敗反復(fù)重啟先查BootROM階段遇到上電后系統(tǒng)反復(fù)重啟或者完全沒有響應(yīng)按下面的順序排查。首先檢查啟動(dòng)模式引腳的最終電平是否和預(yù)期一致。用萬用表量一下復(fù)位釋放時(shí)的電平不要只看原理圖。我遇到過原理圖上標(biāo)示正確但PCB布線時(shí)通過一個(gè)串聯(lián)電阻接到了錯(cuò)誤電平的情況。其次確認(rèn)Flash芯片是否被BootROM正確識(shí)別。RZ/N2L的BootROM在執(zhí)行QSPI啟動(dòng)時(shí)會(huì)從Flash的起始位置讀取有效引導(dǎo)頭引導(dǎo)頭的結(jié)構(gòu)在芯片應(yīng)用手冊(cè)里有明確說明。如果引導(dǎo)頭內(nèi)容不對(duì)BootROM會(huì)靜默放棄之后的行為取決于其他啟動(dòng)源是否配置。第三步是檢查Flash里是否確實(shí)燒寫了Bootloader。用調(diào)試器讀出Flash起始地址的二進(jìn)制數(shù)據(jù)看是否有意料之外的全FF或者全00。全FF說明Flash沒燒進(jìn)去或者擦除后未編程全00說明寫操作異常通常與寫使能時(shí)序有關(guān)。6.2 參數(shù)偶發(fā)丟失CRC和掉電時(shí)序是重點(diǎn)參數(shù)偶發(fā)丟失是排查起來最頭疼的問題因?yàn)閱栴}不一定能穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。我遇到過的原因主要有三類。第一類是CRC校驗(yàn)邏輯漏了字節(jié)。曾經(jīng)有個(gè)同事把結(jié)構(gòu)體里padding區(qū)也算進(jìn)CRC結(jié)果不同編譯優(yōu)化級(jí)別下結(jié)構(gòu)體填充字節(jié)不同導(dǎo)致同一份參數(shù)在不同固件下校驗(yàn)結(jié)果不一致。解決方案是定義一個(gè)固定布局的參數(shù)結(jié)構(gòu)體顯式添加保留字節(jié)CRC只計(jì)算固定區(qū)域。第二類是掉電瞬間的Flash內(nèi)部狀態(tài)被破壞。QSPI Flash在寫入過程中掉電Flash內(nèi)部的高壓發(fā)生器可能處于中間狀態(tài)雖然雙Slot機(jī)制能保住有效數(shù)據(jù)但下次擦除這個(gè)損壞的Slot時(shí)如果寫入電壓不穩(wěn)定擦除時(shí)間會(huì)異常拉長。解決辦法是給Flash供電加一點(diǎn)儲(chǔ)能電容讓掉電后還能維持幾十毫秒供電把正在進(jìn)行的擦寫流程走完。第三類是WP引腳保護(hù)意外開啟。很多Flash有狀態(tài)寄存器保護(hù)位一旦設(shè)置扇區(qū)或塊無法擦除。如果代碼里沒有寫狀態(tài)寄存器的操作但有外部干擾觸發(fā)了保護(hù)后續(xù)寫操作會(huì)一直失敗。排查時(shí)可以讀取狀態(tài)寄存器檢查BP位是否被意外置位。6.3 擦寫卡死和讀取錯(cuò)亂信號(hào)問題和驅(qū)動(dòng)問題兩手抓擦寫卡死最直接的原因是等待超時(shí)邏輯沒有生效流程一直卡在忙輪詢里。排查時(shí)要確認(rèn)超時(shí)計(jì)數(shù)器是否運(yùn)行正常以及是否在中斷環(huán)境下調(diào)用了驅(qū)動(dòng)且沒有處理臨界區(qū)。讀取錯(cuò)亂常見于高速模式。把QSPI時(shí)鐘從100MHz降到50MHz后故障消失基本可以斷定是信號(hào)完整性問題。排查PCB布線、串聯(lián)電阻取值、Flash供電濾波逐步降低時(shí)鐘直到穩(wěn)定。有時(shí)候問題不在硬件而是四線模式下的IO2/IO3引腳的復(fù)用配置不完整導(dǎo)致寫命令發(fā)出時(shí)數(shù)據(jù)線狀態(tài)錯(cuò)誤?，F(xiàn)象可能原因排查方法上電不啟動(dòng)復(fù)位循環(huán)啟動(dòng)模式引腳電平錯(cuò)誤萬用表量復(fù)位釋放時(shí)引腳電平下載報(bào)錯(cuò)找不到Flash算法Keil缺少對(duì)應(yīng).FLM或地址配置不對(duì)核對(duì)QSPI映射地址替換下載算法參數(shù)偶爾全零或全FFCRC校驗(yàn)失誤或雙Slot邏輯缺陷檢查CRC計(jì)算范圍打印兩個(gè)Slot有效狀態(tài)擦除200ms后仍返回忙狀態(tài)寄存器保護(hù)位被置位讀取SR檢查BP位數(shù)據(jù)高速讀錯(cuò)低速正常信號(hào)完整性問題降低時(shí)鐘、檢查布線等長QSPI初始化后讀寫全失敗命令序列配置和Flash型號(hào)不匹配對(duì)照Flash手冊(cè)核對(duì)指令碼排查這類問題效率最高的手段是提前在代碼里埋好診斷信息。每步初始化、每次擦寫執(zhí)行、每個(gè)CRC校驗(yàn)都記錄狀態(tài)碼。產(chǎn)品量產(chǎn)后出問題沒有l(wèi)og根本無從下手。日志區(qū)劃分出來的空間不是擺設(shè)就算只是異常時(shí)寫一個(gè)16字節(jié)的錯(cuò)誤碼也比整片F(xiàn)lash拆下來讀數(shù)據(jù)要靠譜。從RASC配置到Keil調(diào)試從間接模式到內(nèi)存映射模式這套方案跑通之后RZ/N2L的QSPI啟動(dòng)和參數(shù)存儲(chǔ)就不再是風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)了。以后再做新項(xiàng)目如果還是RZ系列配外部Flash我大概率會(huì)直接復(fù)用這套框架——把雙Slot輪換邏輯做成獨(dú)立模塊底層驅(qū)動(dòng)換成對(duì)應(yīng)芯片的FSP接口上層業(yè)務(wù)邏輯幾乎不用改。有一點(diǎn)想額外提醒量產(chǎn)固件里的QSPI時(shí)鐘頻率、超時(shí)時(shí)間這類參數(shù)一定要留成宏定義別散落在代碼里。后期換Flash型號(hào)或者調(diào)整PCB布局只需要改一處配置重新編譯就能用省去大范圍排查的工夫。