今天痞子衡細聊MCUXpresso IDE下的NOR Flash下載下傳算法
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MCUXpresso IDE開發環境下i.MXRT的串行NOR Flash下載下傳算法設計。
在i.MXRT硬體那些事系列之《在串行NOR Flash XIP調試原理》一文中，痞子衡簡單提了一下串行NOR Flash下載下傳算法的概念，并沒有介紹具體設計細節，關于NOR Flash下載下傳算法每個IDE都有自己的一套設計，雖然基本設計理念是一樣的，但是細節方面還是有差別。在前面的文章裡，痞子衡分别介紹過《J-Link下算法設計》、《Keil MDK下算法設計》、《IAR EWARM下算法設計》，今天痞子衡就來細聊MCUXpresso IDE下的NOR Flash下載下傳算法：
一、MCUXpresso IDE各版本對i.MXRT的支援
MCUXpresso IDE是飛思卡爾和恩智浦合并之後推出的全新IDE，這個IDE是免費的，可用于新恩智浦全系列ARM Cortex-M控制器（Kinetis、LPC、JN、QN、i.MXRT等）。熟悉這兩家公司的人應該知道，其實MCUXpresso IDE就是原恩智浦LPCXpresso IDE與原飛思卡爾Kinetis Design Studio IDE的合體。
從恩智浦官網上看，目前最新的MCUXpresso IDE版本是v11.2.1，其能夠支援目前所有已量産的i.MXRT系列。從 MCUXpresso IDE曆史各版本Release Note 上看，我們可以看到其各版本對i.MXRT支援情況如下：
各版本下載下傳位址：https://nxp.flexnetoperations.com/control/frse/product?child_plneID=756637&ver=ARC
MCUXpresso IDE對新MCU型号的支援雖然并不是與自身版本嚴格綁定，但通過類似打patch的方式比較複雜，且官方不支援這麼做，反正這個IDE是免費的，更新又不要錢，也不需要申請license，最好還是通過安裝最新版本的方式來實作新型号的支援。
二、為目前MCUXpresso IDE增加新下載下傳算法支援
痞子衡安裝的是最新的v11.2.1，我們以為RT600這顆晶片新增flash下載下傳算法為例介紹MCUXpresso IDE下的使用。在開始之前要特别強調一下MCUXpresso IDE與MDK/IAR非常不同的地方，MDK/IAR自帶的flash下載下傳算法是跟具體硬體仿真器無關的，它可以在所有支援的仿真器（JLink/DAPLink等）下正常使用，但是MCUXpresso IDE自帶的flash下載下傳算法隻能在CMSIS-DAP類型的仿真器下使用。如果你在MCUXPresso IDE下使用JLink，那麼下載下傳算法隻能用JLink的算法。
現在我們随便打開一個i.MXRT600 SDK工程，右擊工程進入Properties設定界面，在MCU Settings下可以看到LinkServer Flash Driver的設定界面，這裡就是選擇flash下載下傳算法。MCUXpresso IDE預設自帶了非常多的flash下載下傳算法（檔案字尾名是.cfx，其實就是可執行檔案elf），即使是同一顆晶片RT600，可以看到其有很多個.cfg可選，這分别對應了不同的flash種類以及與主晶片連接配接端口。
如果預設選擇的Flash下載下傳算法檔案不适用你的闆子，那麼你需要自己提供合适的算法檔案(.cfx)，并将其放入MCUXpresso IDE安裝目錄下(\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\binaries\Flash)，重新打開工程選項，新增的算法會自動重新整理到待選算法清單：
三、NOR Flash下載下傳算法設計
MCUXpresso IDE下Flash下載下傳算法是公開的，\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 文檔的 LinkServer Flash Support 章節有一些使用方面的介紹，可以看一下。
3.1 下載下傳算法模闆工程
雖然下載下傳算法本身是公開的，但設計文檔很少，隻給了示例工程。但對于工程師來說，還有什麼比給代碼來得更直接呢。
- 示例算法工程路徑：\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\Examples\Flashdrivers\NXP\iMXRT
我們就以iMXRT1050_QSPI.zip示例包裡代碼來分析其結構設計。這個示例包包含兩個工程（LPCXFlashDriverLib和iMXRT1050_QSPI），需要先編譯LPCXFlashDriverLib工程生成libLPCXFlashDriverLib.a，這個庫是iMXRT1050_QSPI工程的源檔案，然後編譯iMXRT1050_QSPI工程生成我們需要的算法檔案MIMXRT1050-EVK_IS25WP064A.cfx。
MCUXpresso IDE下載下傳算法這種兩級編譯的設計，與IAR/MDK下載下傳算法結構完全不同，這麼設計的主要原因是恩智浦ARM Cortex-M核心MCU産品線衆多，而MCUXpresso IDE需要支援所有MCU，是以将公共設計的部分提取到了LPCXFlashDriverLib工程裡（為了通用性，工程采用CM0指令集來編譯）。此外，從工程名你就能看出，還保留着上一代LPCXpresso IDE的基因。
LPCXFlashDriverLib工程有很多build，可以根據ServiceMessages.c檔案裡的條件編譯宏了解到它們的差異，其中Release_SectorHashing工程是預設選擇用于最終生成.cfx的，這個build主要是利用32 bit Fowler/Noll/Vo FNV-1a雜湊演算法對每個Sector的資料下載下傳做了校驗。
再到iMXRT1050_QSPI工程，這個工程就是采用具體MCU的核心指令集（CM7）來編譯，在工程設定裡可以看到連結了LPCXFlashDriverLib工程的Release_SectorHashing生成的.a檔案，如果LPCXFlashDriverLib工程選擇了其他build，這裡也要相應改一下。
3.2 下載下傳算法結構設計
算法本身設計算是幾個常用IDE裡最複雜的一個了。iMXRT1050_QSPI工程除了一般的FlexSPI驅動外，有兩個源檔案FlashDev.c和FlashPrg.c，對這檔案名有沒有很熟悉？是的，這就是标準的CMSIS開源flash算法API定義，裡面的内容也是類似的，這裡就不贅述了，需要特别強調的是這些Flash擦寫API并不是MCUXpresso IDE在下載下傳時實際調用入口。
算法最核心的設計在LPCXFlashDriverLib工程，先看lpcx_flash_memdev.c裡内容，這個檔案裡定義了一個重要的常量結構體MemoryDevice，這個MemoryDevice會被連結在算法執行區域（前64KB的DTCM）的起始位置（0x20000000），給MCUXpresso IDE調試器提供算法全部的資訊。
// MemoryDevice Instance (fill it in)
EXTERN_MEMORY_DEVICE
MemoryDeviceMsg_t MemoryDevice =
{
MEM_FLASH_VER2_MAJ+0x0, // Version of flash interface
// Magic number to identify flash driver
// interface
{ 0x01, 0x23, 0x45, 0x00, 0x00, 0x54, 0x32, 0x10 },
(uint32_t)&__load_base, // Driver load address
(uint32_t)&__image_size, // Size of .text and .data
(uint32_t)&__cache, // RAM buffer location
(uint32_t)&__cache_size, // RAM buffer size
(uint32_t)&__initial_sp, // Stack top
(uint32_t)&__stack_size, // Stack size
(uint32_t)&__opmap_val, // Bitmap of available operations - 0 = everything there
&FlashDevice, // Flash Device configuration
ServiceMessages, // Service mailbox flash operation message
0 // Reserved
};
MemoryDevice有一個成員是ServiceMessages()函數，這個函數可以說是算法最靈魂的部分了，它才是MCUXpresso IDE調試器調用Flash擦寫API的真正入口，調試器通過傳入msg參數（所謂Mailbox結構）讓算法來執行具體Flash操作并得到執行結果。這種特殊的設計可能也是MCXPpresso IDE算法僅能在CMSIS-DAP類型仿真器下使用的原因吧。
至此，MCUXpresso IDE開發環境下i.MXRT的串行NOR Flash下載下傳算法設計痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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衡傑(痞子衡)，目前就職于恩智浦MCU系統部門，擔任嵌入式系統應用工程師。
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