什么是QPI/OPI模式

我们知道Flash读时序里有五大子序列CMD + ADDR + MODE + DUMMY + READ，前面的文章中讲过《串行NOR Flash的Continuous read模式》，Continuous read模式是为了在适当的情况下精简掉连续读访问里的后续CMD子序列，它可以进一步提高Flash访问性能，这已经是极限了吗？其实没有，还差最后一招，那就是今天要讲的QPI/OPI模式。

一、什么是QPI/OPI模式？

截至到目前为止，不管是四线Flash还是八线Flash，之前讲的所有Flash传输时序中的CMD子序列都是以单线形式发送的（即只通过IO0来发送），我想你肯定也曾经觉得奇怪过，为何其他子序列都有1/2/4/8线模式可选，偏偏这个CMD子序列总是1线模式？

其实这也不能怨CMD，毕竟所有的Flash传输时序都从CMD子序列开始的，后续子序列的Pad模式都是靠CMD命令码来区分的，为了保证CMD值能被正确获取，只能牺牲CMD序列的灵活性，就固定以单线形式发送，这也就是所谓的SPI模式。

为了不让CMD子序列太委屈，Flash 厂商也为了它单独做了设计，四线Flash可以切换到4线模式来发送CMD子序列（即QPI模式），八线Flash可以切换到8线模式来发送CMD子序列（即OPI模式），上电默认是SPI模式，然后在SPI模式下做指定设置可以切换到QPI/OPI模式，在QPI/OPI模式下做指定设置或者复位也能再回到SPI模式。

1.1 四线Flash的QPI模式

下面是一款典型的四线Flash芯成 IS25WP128）在QPI模式下的Fast Read Quad I/O传输时序，此时CMD子序列仅在2个CLK内就完成了传输，因为IO[3:0]均参与了CMD发送，效率是SPI模式下的 4 倍。后面的子序列与SPI模式下一模一样。

1.2 八线Flash的OPI模式

下面是一款典型的八线Flash（旺宏 MX25UM51345）在OPI模式下的OCTA Read传输时序，此时CMD子序列仅在1个CLK内就完成了传输，因为SIO[7:0]均参与了CMD发送，效率是SPI模式下的8倍。后面的子序列与SPI模式下一模一样。

二、不同Flash厂商关于QPI/OPI切换设计

现在我们来看几家主流Flash厂商关于QPI/OPI模式切换的设计（如果你想快速确认某一款型号Flash是否支持这个特性，找到其数据手册搜索"QPI/OPI"看有没有结果）：

2.1 四线 Flash 上切换设计

QPI模式是四线Flash上一个性能模式特性，并不是所有 Flash 都支持这个特性。而对于支持QPI模式的Flash，不同厂商的切换设计也不太相同，不过大部分厂商都是选择发一个CMD命令时序来切换，比如芯成IS25WP128就是如下的时序进入和退出QPI模式：

找了几家市面上比较常见的四线 Flash，并整理了它们进出QPI模式命令码如下：

当然也有一些厂商不是发一个CMD命令时序来切换的设计，而是通过设置Flash内部寄存器的方式来做切换，比如赛普拉斯S25FS-S系列就是设置如下的寄存器来进入和退出QPI模式：

2.2 八线 Flash 上切换设计

对于八线Flash，即使OPI模式也算性能模式特性，但是基本上所有Flash都能支持这个特性（毕竟目前生产8线Flash的厂商并不多）。这些厂商都是提供设置Flash内部寄存器的方式来做切换：

如下是旺宏 MX25UM51345 切换 OPI 模式的寄存器定义：

如下是镁光 MT35X 系列切换 OPI 模式（即 Octal 模式）的寄存器定义：

三、在i.MXRT1170-EVK上实战

了解了上面关于QPI/OPI模式知识后，我们在恩智浦i.MX RT1170-EVK板子上实践一下。

默认连接的Flash是IS25WP128，这款Flash是支持QPI模式的，我们随便在SDK包里找一个XIP例程，修改工程里evkmimxrt1170_flexspi_nor_config.c文件里的FDCB启动头如下，改完下载程序进Flash运行，代码执行效率应该会有所提升。

#define CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI 7
const flexspi_nor_config_t qspiflash_config = {
    .memConfig =
        {
            // ... 默认设置省略
            
            // 使能 QPI 配置操作
            .deviceModeCfgEnable = 1u,
            .deviceModeType = kDeviceConfigCmdType_Spi2Xpi,
            .waitTimeCfgCommands = 1,
            .deviceModeSeq =
                {
                    .seqNum   = 1,
                    .seqId    = CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI,
                    .reserved = 0,
                },
            .deviceModeArg = 0,
            .lookupTable =
                {
                    // Fast Read Quad I/O LUTs （将 CMD_SDR 的 Pad 模式由 FLEXSPI_1PAD 改为 FLEXSPI_4PAD）
                    [0]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
                    [1]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(MODE8_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x00, DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
                    [2]               = FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04, 0, 0, 0),
                    // 增加 Enter QPI 命令序列
                    [4*CMD_LUT_SEQ_IDX_ENTER_QPI]     = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR,   FLEXSPI_1PAD, 0x35, 0, 0, 0),
                },
        },
    // ... 默认设置省略
};

关于OPI模式使能的例子可以直接参考MIMXRT500/600 SDK，因为其配套EVK使用的是旺宏MX25UM51345，所以官方SDK里启动头FDCB都是包含开启OPI模式的配置代码的。

审核编辑：彭静