i.MX RT中FlexSPI外设不常用的读选通采样时钟源

最近碰到一个客户，他们在 i.MX RT500 上使能了 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2（即 loopbackFromSckPad），这个选项字面上的意思是设置读选通采样时钟源为 SCK 引脚，这个选项在恩智浦官方的代码包里未曾使能过。

客户在使用过程中遇到高频时 SCK 引脚被降压的问题（从正常的 1.8V 降至 1.2V），那么这个 loopbackFromSckPad 选项到底是什么作用，以及有什么使用限制呢？

注1: 参考手册里显示支持loopbackFromSckPad选项的型号有 i.MX RT1040/1050/1060/1064/1180/500

注2: 参考手册里没有提及支持loopbackFromSckPad选项的型号有 i.MX RT1010/1015/1020/1024/1160/1170/600

一、为什么存在Read Strobe？

对于串行 SPI 接口存储器，FlexSPI 外设主要支持如下两种读数据时序：一是所谓的经典 SPI 模式，IO0 (MOSI) 专用于发送命令和地址，IO1 (MISO) 专用于接收数据（图中上面的时序）。二是 Multi-I/O SPI 模式，SIO[n:0] 一起用于发送命令地址以及接收数据（图中下面的时序）。

显然经典 SPI 模式下 IO[1:0] 是单向的，而 Multi-I/O SPI 模式下，SIO[n:0] 是双向的。当 SIO 用于双向传输时，过程中必然存在引脚方向切换，而 FlexSPI 外设在处理 SIO 方向切换时，无法做到零等待周期读取数据，这就是为什么 Multi-I/O SPI 读时序中总是会存在 Dummy 周期。

因为 Dummy 周期的存在，FlexSPI 外设内部实际上有一个 Read Strobe 信号（即 DQS）来控制数据的选通性（即什么时候开始数据有效，将数据存入内部 FIFO）。更直白点说，Read Strobe 信号的存在就是由于 FlexSPI 外设无法支持如下这种情况的读时序（下图中 COMMAND 实际应为 COMMAND ADDR）。

二、FlexSPI内部Read Strobe设计

在i.MX RT参考手册里有如下 FlexSPI 前端采样单元框图，其中 ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 即是 Read Strobe 信号，它控制着 FIFO 中实际数据的存储。

ipp_ind_dqs_fa/b_int[x] 信号共有四种来源，最原始的信号源由 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] 选择，中间可能还会经过 DLLxCR 单元（这部分以后会另写文章单独介绍）、Phase Chain 单元做处理，然后送到采样单元里。

下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 0 的情况，此时 Read Strobe 经由 ipp_do_dqs0_fa/b 纯内部 loopback 回来，没有经过任何延迟单元。这种配置一般仅用于经典 SPI 传输模式（低速 60MHz SDR 场合），适用低容量 SPI NOR / EEPROM，这时候 FlexSPI DQS Pad 可用作其它功能或者 GPIO。

下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1 的情况，此时 Read Strobe 经由悬空的 DQS 引脚 ipp_do_dqs1_fa/b 再 loopback 回来，此时有了 DQS 引脚绕一圈的延迟。这种配置可用于 Multi-I/O SPI 传输模式（较高速 133MHz SDR 场合），适用不含 DQS 引脚的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是 FlexSPI DQS Pad 需要悬空。

注: 有一篇旧文《使能串行NOR Flash的DTR模式》跟这种配置相关，这时候 dummy cycle 数的设置很关键。

下图是 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 3 的情况，此时 Read Strobe 完全由外部存储器的 DQS 引脚输出 ipp_ind_dqs3_fa/b 直通进来。这种配置可用于 Multi-I/O SPI 传输模式（最高速 166MHz/200MHz DDR 场合），适用于包含 DQS 引脚的 OctalSPI NOR Flash，这时 FlexSPI DQS Pad 与外部存储器相连。

注: 我有两篇旧文《串行NOR Flash的DQS信号功能》、《启动含DQS的Octal Flash可不严格设Dummy Cycle》跟这种配置相关。

三、loopbackFromSckPad选项意义

前面铺垫了那么多，终于来到本文的主题了，即下图 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 的情况，此时 Read Strobe 经由 SCK 引脚 ipp_ind_sck_fa/b 再 loopback 回来，此时有了 SCK 引脚绕一圈的延迟。

这种配置从应用角度与 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 1（即 loopbackFromDqsPad） 差不多，也可用于 Multi-I/O SPI 传输模式（较高速 133MHz SDR 场合），适用不含 DQS 引脚的大容量 QuadSPI NOR Flash，但是这时候 FlexSPI DQS Pad 被解放出来了，这也是它的最主要意义。

别小看只是省了一个 DQS 引脚，也许你认为 i.MX RT 有那么多I/O，省一个引脚意义不大，但是如果某些 FlexSPI 引脚组不带 DQS 信号，你又想配置 FlexSPI 以 60MHz 以上频率去访问 Flash，这时候 FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 选项就会帮上大忙了，见旧文《不支持DQS的FlexSPI引脚组连接串行NOR Flash注意事项》。

四、loopbackFromSckPad使用限制

FlexSPI->MCR0[RXCLKSRC] = 2 选项虽好，但有如下两个实际使用限制：

存在信号完整性问题：主要出现在 SCK 频率过高或者板级 PCB 上 SCK 信号走线过长时。

SCK自由运行模式下不可用：对于某些 FPGA 应用，有时需要设置 FlexSPI->MCR0[SCKFREERUNEN] = 1，即 SCK 需要持续给外部设备内部 PLL 提供参考时钟。

来源：恩智浦MCU加油站

审核编辑：汤梓红