痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU外設那些事（2）- 百變星君FlexRAM

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子，今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU的FlexRAM外設，

　　本文是外設系列第二篇，上一篇講的是離內核最近的高速快取L1 Cache，今天咱們聊離內核第二近的靜態記憶體SRAM，眾所周知，i.MXRT系列內部沒有非易失性存盤器，但內部SRAM還是必備的，這個SRAM可用于存放data、Stack、Heap段或者Non-XIP代碼text段等，我們知道Cortex-M7架構引入了TCM屬性的靜態記憶體，以Cortex-M7為內核的i.MXRT當然要支持TCM，除了TCM之外，i.MXRT還支持普通的OCRAM（On-chip SRAM），TCM和OCRAM在i.MXRT里都有著各自不可替代的應用場合，而在不同的具體應用中，TCM和OCRAM大小需求是不同的，為了能夠靈活調整TCM和OCRAM大小，i.MXRT中引入了FlexRAM這個外設，今天痞子衡就跟大家聊一聊FlexRAM：

一、FlexRAM原理

　　關于FlexRAM原理，下面這一張模塊框圖基本就概括了FlexRAM方方面面，包含FlexRAM三種形態（ITCM/DTCM/OCRAM）、系統總線連接、區域供電控制、大小分配控制等，下面咱們就來分別聊：

1.1 記憶體結構

　　先說FlexRAM記憶體結構，不管FlexRAM處于哪種形態（ITCM/DTCM/OCRAM），其本質上還是SRAM，因為FlexRAM需要被動態配置成不同形態，因此SRAM被劃分成很多小塊，每個小塊稱為一個Bank，Bank是配置形態的最小單元，i.MXRT里每個Bank的SRAM大小為32KB（見下圖中RAM_x_y，每個Bank雖由2個16KB RAM Block組成，但這兩個RAM block是系結在一條線上的，不可分割）

1.2 速度(性能)

　　再聊FlexRAM性能，FlexRAM三種形態（ITCM/DTCM/OCRAM）訪問速度是不一樣的，這主要是因為掛的總線型別不一樣，TCM分為ITCM和DTCM，分別掛在64bit的I-TCM和2x32bit的D-TCM總線上，而OCRAM則掛在了64bit的AXI總線上，

? Integrated I-TCM and D-TCM RAM controller
  ? 64-bit I-TCM interface and 2x 32-bit D-TCM interface.
  ? Synchronous interface to the M7 Core,run at the same frequency as the core
? Integrated OCRAM controller
  ? As slave module on the 64-bit system AXI bus
  ? Synchronous to the system bus, runs at the same frequency as bus fabric

　　TCM總線總是跟內核同頻，AXI Master總線也是跟內核同頻，但是AXI總線經由NIC-301模塊中轉處理后才輸出給OCRAM，NIC-301固定作業在1/4內核主頻下，因此OCRAM主頻也只有內核頻率的1/4，
　　下圖是RT1050上FlexRAM與內核之間的具體連接（圖中SIM_M7頻率是132MHz，這是以528MHz標準內核主頻的1/4來算的）：

　　下圖是RT1170上FlexRAM與內核之間的具體連接（圖中SIM_M7頻率是240MHz，這是以960MHz標準內核主頻的1/4來算的）：

　　雖然OCRAM作業頻率比TCM低，但并不意味著放在OCRAM上的資料訪問效率永遠都比TCM訪問效率低，TCM因為速度與L1 Cache一樣，因此系統設計里其不會被L1 Cache快取，但OCRAM是可以掛在L1 Cache上，有了Cache助陣，OCRAM上資料訪問效率并不一定比TCM慢，

1.3 供電管理

　　說說FlexRAM功耗控制，這部分在不同i.MXRT芯片上差異較大，FlexRAM最多有三個電源域，分別是PDRET、PDRAM0、PDRAM1，這三個域在不同的系統功耗模式下的開關狀態如下：

　　PDRET域只在SNVS模式下才會關閉，基本上算是永遠在作業了，PDRAM0域僅當內核suspend的時候，才可以被主動關閉，PDRAM1域在任意IDLE模式都可以被主動關閉，PDRAMx域的開關控制在GPC模塊里（PDRAM0的控制在GPC->CNTR，PDRAM1的控制在PGC->MEGA_CTRL，PGC是GPC里的子模塊），
　　下面我們來看一下目前唯一一款三個FlexRAM電源域均支持的i.MXRT芯片（RT1050）上具體FlexRAM劃分，從下圖中我們可以看出Bank0屬于PDRET域，Bank1-7屬于PDRAM0域，Bank8-15屬于PDRAM1域，

　　痞子衡前面講過，FlexRAM功耗控制在不同i.MXRT芯片上差異較大，主要是因為這三個電源域在不同i.MXRT芯片上控制的Bank不同，之所以有這種差異是因為不同i.MXRT芯片Bank數量不一，并且有的i.MXRT除了支持FlexRAM之外，還支持額外的OCRAM（不屬于FlexRAM范疇），因此功耗管理策略不一，下表很好地總結了不同i.MXRT芯片上FlexRAM電源域控制：

二、FlexRAM配置

　　前面扯了些FlexRAM原理，痞子衡知道大家略嫌枯燥，下面咱就上點干貨，談一談大家最關心的FlexRAM怎么具體配置三種形態（ITCM、DTCM、OCRAM），這也是大家在做專案時最常用的功能，

2.1 記憶體容量

　　i.MXRT各芯片記憶體容量是不一樣的，我們知道每個SRAM Bank都是32KB，記憶體容量不同則Bank數量不同，下表羅列了各i.MXRT芯片FlexRAM大小及Bank數：

2.2 映射地址

　　在講FlexRAM配置前，首先有必要交待一下FlexRAM各形態在ARM 4GB地址空間中的映射，對于CM7主核而言，ITCM永遠是從0x0000_0000地址開始映射，DTCM永遠是從0x2000_0000開始映射，而OCRAM的起始映射地址因i.MXRT芯片而異（如果i.MXRT中沒有非FlexRAM屬性的OCRAM，那么就從0x2020_0000開始映射；如果i.MXRT中有獨立的OCRAM，那么那個獨立的OCRAM從0x2020_0000開始映射，屬于FlexRAM的OCRAM則緊隨其后映射），
　　下表是RT1050上的FlexRAM映射地址（RT1050沒有獨立的OCRAM，則OCRAM從0x2020_0000開始映射）：

　　下表是RT1060上的FlexRAM映射地址（RT1060有512KB獨立的OCRAM，屬于FlexRAM的OCRAM則從0x2028_0000開始映射）：

　　下表是RT1170的CM7內核上的FlexRAM映射地址（其實CM7/CM4核下均可以看到全部1.375MB獨立的OCRAM，屬于FlexRAM的OCRAM則從0x2036_0000開始映射，這里需要注意FlexRAM總大小顯示有640KB，其中包含了128KB的ECC RAM（如ECC功能不啟動，則就是普通OCRAM））：

2.3 靜態配置

　　確定了FlexRAM各形態起始映射地址，那么FlexRAM配置主要就是關心每個形態（ITCM/DTCM/OCRAM）的容量各配置多少，芯片POR上電后，i.MXRT默認從eFuse中獲取FlexRAM各形態容量分配值，如果想用這種方式配置FlexRAM，只需要根據下面表格，找到合適的值燒寫進eFuse即可，關于eFuse燒寫，可參考痞子衡這篇文章 《eFUSE及其燒寫方法》，需要注意的是燒寫完eFuse之后，需要復位才會生效，
　　下表適用128KB容量FlexRAM的RT10xx系列（如RT1011、RT1015）：

　　下表適用256KB容量FlexRAM的RT10xx系列（如RT1021）：

　　下表適用512KB容量FlexRAM的RT10xx系列（如RT105x、RT106x）：

　　下表適用512KB容量FlexRAM的RT11xx系列（如RT117x）：

2.4 動態配置

　　i.MXRT也支持利用IOMUXC_GPR暫存器來動態配置FlexRAM，這也是為了解決利用eFuse靜態配置FlexRAM的兩個主要缺點：

• Fuse燒寫僅可一次，因此無法多次調整FlexRAM配置
• Fuse中僅4/6bit配置位，沒有窮盡所有FlexRAM Bank組合

　　利用IOMUXC_GPR暫存器可以多次重復配置FlexRAM各形態容量，并且配置是立即生效的，而且IOMUXC_GPR暫存器僅在POR時才被復位，普通System Reset無法復位其值，利用IOMUXC_GPR暫存器配置FlexRAM需要按照如下步驟來操作：

2.4.1 分配Bank

　　首先是指定FlexRAM各Bank的分配情況，利用IOMUXC_GPR17暫存器的FLEXRAM_BANK_CFG位，你可以自由指定每個Bank最終形態（ITCM/DTCM/OCRAM），

2.4.2 激活Bank分配

　　分配好各Bank形態后，將IOMUXC_GPR16暫存器的FLEXRAM_BANK_CFG_SET置位，FLEXRAM_BANK_CFG指定的配置即立刻生效，此時你去訪問ITCM/DTCM/OCRAM，已經是新配置下的映射空間了，

　　我們使用J-Link在RT1050上做個實驗：

2.4.3 禁掉TCM（可選）

　　如果前面Bank分配時，沒有分配ITCM或DTCM，那么最好在IOMUXC_GPR16暫存器里將對應INIT_ITCM/DTCM_EN位給清零，默認ITCM/DTCM都是使能的，如果INIT_ITCM/DTCM_EN位被禁掉，需要軟復位才會生效，軟復位后內核無法正常TCM映射地址空間，無論Bank分配時是否預留了TCM空間，痞子衡建議這一步可以不做，就一直默認TCM使能，

　　我們使用J-Link在RT1050上做個實驗：

2.4.4 調整TCM容量（可選）

　　最后就是根據前面的Bank分配，在IOMUXC_GPR14或者IOMUXC_GPR16暫存器里設定CFGITCMSZ/CFGDTCMSZ重新調整ITCM/DTCM容量，TCM容量調整是立刻生效的，這決定內核可能訪問到的最大TCM空間，默認ITCM/DTCM容量都是FlexRAM總容量，這并不代表ITCM/DTCM實際容量，只代表ITCM/DTCM可能的最大容量，痞子衡建議這一步也可以不做，就一直默認配置TCM到最大容量，

　　我們使用J-Link在RT1050上做個實驗：

2.4.5 示例代碼

　　如果使用FlexRAM動態配置，這段配置代碼需要嵌入到應用程式里，每次程式跑之前都需要配一次，由于涉及到FlexRAM重新配置了，因此配置代碼運行時必須不能依賴任何FlexRAM空間，程式text段最好是鏈接在外部Flash中或者外部RAM（SDRAM/HyperRAM）中，
　　如果text段鏈接是合乎條件的應用程式，配置代碼在應用程式中的邏輯位置也需要注意，需要放在data/bss段初始化以任何函式呼叫（壓堆疊）之前（此處假設TCM用作了存放data或STACK功能），因此最佳位置就是在Reset_Handler，應用程式一上來就執行FlexRAM動態配置，
　　RT1050示例匯編代碼如下（默認eFuse配置128KB ITCM, 128KB DTCM, 256KB DTCM，我們使用IOMUXC_GPR動態配置成64KB ITCM, 128KB DTCM, 320KB OCRAM），應用程式工程預編譯選項里應設FLEXRAM_CFG_ENABLE=1，并且無需定義FLEXRAM_ITCM/DTCM_ZERO_SIZE，

__iomux_gpr14_adr     EQU  0x400AC038
__iomux_gpr16_adr     EQU  0x400AC040
__iomux_gpr17_adr     EQU  0x400AC044

__flexram_bank_cfg    EQU  0x55555FAA

__flexram_itcm_size   EQU  0x7        ;64KB
__flexram_dtcm_size   EQU  0x8        ;128KB

Reset_Hanlder
    CPSID I                     ;關閉全域中斷

;//////////////////////////////////////
#ifdef FLEXRAM_CFG_ENABLE
    ;分配Bank，并且激活Bank配置
    LDR R0,=__iomux_gpr17_adr
    MOV32 R1,__flexram_bank_cfg
    STR R1,[R0]
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    ORR R1,R1,#4
    STR R1,[R0]
;//////////////////////////////
#ifdef FLEXRAM_ITCM_ZERO_SIZE
    ;禁掉ITCM
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    AND R1,R1,#0xFFFFFFFE
    STR R1,[R0]
#endif
;//////////////////////////////
#ifdef FLEXRAM_DTCM_ZERO_SIZE
    ;禁掉DTCM
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    AND R1,R1,#0xFFFFFFFD
    STR R1,[R0]
#endif
;//////////////////////////////////////
    ;調整TCM容量
    LDR R0,=__iomux_gpr14_adr
    LDR R1,[R0]
    MOVT R1,#0x0000
    MOV R2,#__flexram_itcm_size
    MOV R3,#__flexram_dtcm_size
    LSL R2,R2,#16
    LSL R3,R3,#20
    ORR R1,R2,R3
    STR R1,[R0]
#endif
;//////////////////////////////////////
    LDR R0,=0xE000ED08
    LDR R1,=__vector_table
    STR R1,[R0]
    LDR R2,[R1]
    MSR MSP,R2
    LDR R0,=SystemInit
    BLX R0
    CPSIE I
    LDR R0,=-_iar_program_start
    BX R0

　　至此，恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU的FlexRAM外設痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

歡迎訂閱

文章會同時發布到我的 博客園主頁、CSDN主頁、微信公眾號 平臺上，

微信搜索"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼，就可以在手機上第一時間看了哦，

標籤：嵌入式

上一篇：FPGA按鍵功能

下一篇：常用檢錯原理