BootROM 中 SPI 如何适配不同厂家的 Flash 芯片

问题背景

一款 SoC 芯片，会支持多种方式启动，比如从 NAND Flash、SPI Flash、eMMC、USB、UART 启动。对于 SPI Flash 启动，BootROM 需要知道 SPI Flash 的型号、容量、页大小、擦除大小等信息，以便正确读取、写入、擦除 SPI Flash。但是，不同厂家的 SPI Flash，这些参数可能不同，而 ROM 中的代码是无法修改的，并且容量有限，如何以最小的代码量，适配不同厂家的 SPI Flash 呢？

SPI 开发流程

• SPI 控制器初始

  • SPI 控制器有自己的寄存器，可以配置 SPI 的页，块的擦除时间，是否需要 DMA，是否开启中断，单次读写的大小等等。

• 使用 SPI 对 Flash 进行配置

  • BootROM 的 SPI 支持三种模式：Single、Dual、Quad，这不仅要配置 SPI 本身的寄存器，也需要配置 Flash 的寄存器。配置 Flash 的寄存器就需要使用 SPI 来完成。
    • BootROM 中配置 SPI 控制器的 SPIC_CSR_01 寄存器的spi_bus_mode 位可以配置 SPI 的模式；
    • 查阅 Flash 手册，找到配置总线模式的寄存器以及操作它的命令，如 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash 的配置寄存器为 Status Register-2，Flash 的寄存器是无法直接读写的，所以需要在 Flash 手册中找到操作这个寄存器的命令，在手册的 Instructions 章节可以找到这款 Flash 的配置命令为 Write Status Register-2，命令码为 0x31，只要我们向 Flash 发送 0x31，就可以配置 Flash 的总线模式了。
      
      
    • 如何向 Flash 发送指令？需要将真正要发送的指令写入 SPI 的寄存器SPIC_CSR_06，该寄存器的各个 Bit 可以配置命令码，命令类型，命令是否有效等信息。我们将之前的命令码0x31写入到SPIC_CSR_06的command_code位，然后将SPIC_CSR_06的command_type位设置为write status register，SPI 就会自动将这些信息发送给 Flash。Flash 接收到命令后，会根据命令码执行配置寄存器的操作。

• SPI 读写 Flash

  • 和配置 Flash 总线模式一样，读写 Flash 也需要配置 SPI 控制器的寄存器，以及配置 Flash 的寄存器。SPI 控制器的寄存器配置和配置 Flash 总线模式一样，只是命令码和命令类型不同。稍有不同的是需要先配置好 SPI 寄存器，配置读写的大小以及读写的地址，然后再配置SPIC_CSR_06。Flash接收到命令后，会根据命令码执行读写操作。主设备只需要读写 Flash 的指定地址即可读写到数据。

SPI 驱动如何适配不同的 Flash

在开发流程中我们并未考虑不同厂家的 Flash 如何操作，只是关心了 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash 的操作。在操作过程中我们可以发现，不同厂家的 Flash 的操作基本一致，只是命令码、页大小、擦除大小等参数不同。我们只要针对不同的 Flash，配置不同的参数即可。但是，如何知道当前 Flash 的参数呢？这就需要用到 SFDP 了。

SFDP 是 JEDEC 发布的 JESD216 的一个新标准，目前的版本号是 V1.0。简而言之，SFDP（Serial Flash Discoverable Parameters）就相当于一张存储了 FLASH 部分属性的表，此表是不占用 FLASH 本身的存储空间的。SFDP 中的信息自出厂就被固定，只供读取，开发人员可通过发送操作指令 0x5A 来读取当前 FLASH 的 SFDP 相关内容，这有利于开发人员了解 FLASH 之间的差异，提高开发效率，缩短整个开发周期。

也就是只要 Flash 研发时遵循了 JESD216 这个标准，我们都可以通过发送 0x5A 这个命令码，去获取Flash相关参数。最为关键的就是其中会保存 Flash 厂商的 ID，当我们获取到 Flash 厂商的 ID 时，我们就可以根据 ID 执行不同的配置操作。

对于 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash，在数据手册的Feature里就可以看到它是支持 SFDP 的：