大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RT1xxx系列EVK在串行NOR Flash调试的原理。
本文是i.MXRT硬件那些事系列第二篇的续集，在第二篇首集中痞子衡给大家详细介绍了EVK板载调试器用法，有了调试器在手，从此调试不用愁。从调试代码所在目标存储器类别上来分，调试一般分为在SRAM调试和在Flash调试。在SRAM调试实现比较简单，程序直接从JTAG/SWD口灌进RAM即可；在Flash调试，则相对复杂一点，因为首先需要有Flash下载算法，下载成功后才能调试。
通常的Cortex-M内核MCU一般都会内嵌并行NOR Flash，这个并行NOR Flash是直接挂在Cortex-M内核高性能AHB总线上的，知名IDE如果支持这款MCU，也都会同时集成对应Flash的下载算法，方便用户直接在IDE里下载代码进Flash和XIP调试，但是i.MXRT内部并没有Flash，用户需要自己外接Flash，那该怎么办？还能在线XIP调试么？别着急，i.MXRT可以支持外接并行NOR和串行NOR实现XIP，从节省管脚数的角度，最常见的做法是将串行NOR Flash挂在i.MXRT FlexSPI总线上，FlexSPI支持XIP特性，所以原理上可以实现在线调试，今天痞子衡就为大家介绍i.MXRT上在外部串行Flash调试的原理：
一、ARM CoreSight调试架构
要实现在串行Flash调试，首先要能对内核进行调试。i.MXRT芯片是基于Cortex-M内核的，而Cortex内核的调试和跟踪，当然离不开CoreSight，它是ARM公司于推出的一种新的调试体系结构，也是内核授权的一部分。
CoreSight功能非常强大，其包含了很多调试组件（即各种协议），下图来自于 CoreSight技术简介手册，图中标出了CoreSight架构下的各种调试组件之间的联系，这么多组件一下子看起来会有点晕，如果我们按功能将这些组件分组，它们可以被分成如下三组：
源部件（Source）：芯片上跟踪数据的来源，产生跟踪数据发送到ATB(AMBA Trace Bus)。比如STM和ETM都属于Source部分。控制访问部件（Sink）：配置和控制数据流的产生，但是不产生数据流，即那些可以保持从Source过来数据的模块。比如DAP和ECT(包含CTI和CTM)都属于Sink部分。汇聚点（Link）：芯片上跟踪数据的终点，用于引导从Source到Sink过程中的类似于通道作用的模块。比如TPIU、ETB和SWO都属于汇聚点。
本文主要是概述性地介绍i.MXRT在外部串行Flash调试的原理，并不想深入探析CoreSight，因此对于CoreSight，我们只需要知道是它完成了主要的调试工作，而CoreSight唯一的依赖就是要保证能通过DAP组件从AMBA总线实时访问系统内存和外设寄存器（当然包括外部串行Flash中的代码）。
二、i.MXRT FlexSPI外设特性
要实现在串行Flash调试，其次是代码要能在串行Flash中XIP(原地执行)，即CPU要能实时从串行Flash中任意位置取指令和数据。本文讲的串行Flash一般指SPI接口的NOR Flash，SPI模式可以是Single/Dual/Quad/Octal。无论是哪种SPI模式，这种接口的Flash本质上都属于串行Flash，地址线和数据线不仅共享而且是串行的。而按照通常的理解，要能够实现XIP，Flash应该是并行总线接口挂在AMBA上，这个并行总线应有独立的地址线和数据线，且地址线宽度跟Flash大小相对应。那么串行Flash为什么能在i.MXRT上实现XIP呢？答案就是FlexSPI外设。
让我们打开RT1050参考手册，找到FlexSPI外设章节，可以看到如下FlexSPI模块框图，框图右边是FlexSPI与外部串行Flash的信号连接，框图左边是FlexSPI与i.MXRT系统内部总线连接，总线连接分为两种，分别是32bit IPS BUS（即手动操作FlexSPI寄存器发送Flash读写命令），64bit AHB BUS（由FlexSPI翻译AHB访问地址并自动发送相应Flash读写命令），串行Flash能够XIP的奥秘就在FlexSPI外设的AHB BUS连接。
关于这个64bit AHB BUS连接，我们可以FlexSPI特性里的Memory mapped read/write access by AHB Bus一栏找到更多细节。i.MXRT为FlexSPI外设在系统内存里分配了AHB访问地址映射（对于XIP调试来说主要是读访问），当CPU取指到FlexSPI AHB地址映射空间时，FlexSPI外设会自动完成从外部串行Flash读取指令数据的工作，并将指令数据存放到AHB RX buffer里（一共8个），CPU直接从AHB RX buffer里获取指令去执行，AHB RX buffer可以有效降低读延时。
AHB RX Buffer implemented to reduce read latency. Total AHB RX Buffer size: 128 x 64 Bits16 AHB masters supported with priority for read access8 flexible and configurable buffers in AHB RX BufferAHB TX Buffer implemented to buffer all write data from one AHB burst. AHB TX Buffer size: 8 x 64 BitsAll AHB masters share this AHB TX Buffer. No AHB master number limitation for Write Access.
关于FlexSPI AHB地址映射，可见下面的RT1050 memory map表，AHB映射起始地址为0x60000000，最大支持504MB的空间（适用RT1010/RT1020/RT1050/RT1060）。如果是RT1064，AHB映射起始地址改为0x70000000；如果是RT1170，除了0x60000000映射地址外还新增了0x30000000的地址映射。FlexSPI AHB映射地址读访问包含以下特点：
Cachable and Non-Cachable accessPrefetch Enable/DisableBurst size: 8/16/32/64 bitsAll burst type: SINGLE/INCR/WRAP4/INCR4/WRAP8/INCR8/WRAP16/INCR16
三、串行NOR Flash下载算法
要实现在串行Flash调试，最后要确保代码被成功下载到串行Flash中。串行Flash的读写不像访问RAM那样简单，是需要一套专门的FlexSPI NOR Flash驱动的，即所谓的Flash下载算法。
串行Flash种类很多，虽然大多都符合JESD216标准，但是具体到某个厂家生产的Flash，还是有细微区别的。有的Flash下载算法力求支持尽可能多的Flash，而有的Flash下载算法则仅针对某个系列Flash。不管是哪种Flash下载算法，对于i.MXRT这样没有内部Flash的芯片而言，Flash下载算法都是要跟具体的i.MXRT开发板相关联的，因为开发板决定了Flash连接的pinmux，Flash下载算法里FlexSPI管脚初始化要与开发板相匹配。
每个IDE的Flash下载算法设计不尽相同，本文暂不详细介绍具体Flash下载算法，后续文章会对常见IDE的Flash下载算法设计进行详解。
四、在串行Flash调试过程
CoreSight架构，FlexSPI特性，NOR Flash下载算法都介绍过了，在串行Flash调试的充分条件都有了。现在痞子衡为大家综合介绍一下调试过程。下面是痞子衡特地画的简图，其实调试过程概述起来并不复杂，当你启动IDE调试时，预先放在IDE里的Flash下载算法（可执行文件）会首先通过调试器下载到i.MXRT内部FlexRAM中，下载算法需要提供FlexSPI外设初始化和NOR Flash擦除、烧写功能API，然后调试器继续将应用程序代码（二进制机器码）分段缓存在FlexRAM里，并调用Flash下载算法API去完成应用程序的烧写（从FlexRAM到Flash中），应用程序完全下载结束之后，便由CoreSight开始接管调试工作，此时CPU已经可以通过AHB总线访问挂在FlexSPI外设上的串行Flash里的应用程序代码数据，所以CoreSight当然可以完成实时代码运行控制与跟踪，你在IDE里也就可以进行单步调试啦。
至此，恩智浦i.MX RT1xxx系列EVK在串行NOR Flash调试的原理痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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