SPI Flash 和片外 SPI RAM 配置

[English]

本文档提供配置 SPI flash 和片外 SPI RAM 的指南,还详细说明了支持的频率和模式组合,以及错误处理。

术语表

术语

定义

SPI

串行外设接口

MSPI

存储器 SPI 外设,专用于存储器的 SPI 外设

SDR

单倍数据传输速率 (SDR),也被称为 STR(单次传输速率)

DDR

双倍数据传输速率 (DDR),也被称为 DTR(双次传输速率)

行模式

在 SPI 事务的数据阶段,用来传输数据的信号数量。例如,4 位模式下,数据阶段的速度为每个时钟周期内加载 4 位数据。

FxRx

F 代表 flash,R 代表 PSRAM,x 代表行模式。例如,F4R4 指的是具有四线 flash 和四线 PSRAM 的 ESP32-S3。

备注

在 ESP32-S3上,MSPI 代表 SPI0/1,SPI0 和 SPI1 共享一个公共 SPI 总线。主 flash 和 PSRAM 连接到 MSPI 外设,CPU 通过 Cache 访问它们。

如何配置 Flash 和 PSRAM

运行 idf.py menuconfig,打开配置菜单。

配置 Flash

Serial flasher config 菜单下,可以找到 flash 相关的配置。

  1. 选择在板上使用的 flash 类型。如果是八线 flash,请选择 CONFIG_ESPTOOLPY_OCT_FLASH;如果是四线 flash,则不必选择此配置。

  2. 选择 flash 的行模式。在 CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHMODE 中选择行模式,线模式越高,SPI 速度越快。有关行模式的术语,请参阅上述术语表。

  3. 选择 flash 的采样模式。在 CONFIG_ESPTOOLPY_FLASH_SAMPLE_MODE 中选择采样模式,DDR 模式比 SDR 模式速度更快。有关 SDR 和 DDR 模式的术语,请参阅上述术语表。

  4. 选择 flash 的速度。在 CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHFREQ 中选择 flash 频率。

  5. 选择 flash 的大小。在 CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHSIZE 中选择 flash 的大小,以兆字节为单位。

配置 PSRAM

要启动 PSRAM,请在 Component config / Hardware Settings 菜单下启用 CONFIG_SPIRAM。在 SPI RAM config 菜单下可以看到所有与 PSRAM 相关的配置。

  1. 选择在板上使用的 PSRAM 类型。在 CONFIG_SPIRAM_MODE 中可以选择四线或八线 PSRAM。

  2. 选择 PSRAM 的速度。在 CONFIG_SPIRAM_SPEED 中选择 PSRAM 的频率。

备注

应根据实际硬件选择 flash 和 PSRAM 的配置 1。

如果要重置上述配置:

  • flash 和 PSRAM 共享相同的内部时钟。

  • 四线 flash 仅支持 STR 模式。八线 flash 在 OPI 模式下可能支持 STR/DTR 模式中的一种或两种,具体取决于 flash 的型号和供应商。

  • 四线 PSRAM 仅支持 STR 模式,而八线 PSRAM 仅支持 DTR 模式。

因此,在选择 flash 的配置 2、3、4 以及 PSRAM 的配置 2 时,应留意上述限制。更多信息请参阅 所有支持的模式和速度

备注

如果配有八线 flash 的开发板在第二阶段引导加载程序之前复位,请参考 错误处理章节

所有支持的模式和速度

备注

在 MSPI DDR 模式下,数据在正边沿和负边沿都会被采样。例如,将 flash 设置为 80 MHz,DDR 模式,则 flash 的最终速度为 160 MHz,比直接将 flash 设置为 120 MHz,STR 模式更快。

重要

120 MHz DDR 模式为实验性功能,仅在启用下述选项时才能实现:

通过上述步骤,就能看到 120 MHz 的选项。

风险:

如果芯片在某个温度下上电,当温度上升或下降超过 20 摄氏度后,访问 PSRAM/flash 或是从 PSRAM/flash 获取数据的操作将随机崩溃,而 flash 访问的崩溃将导致程序崩溃。

请注意,20 摄氏度并不是一个完全准确的数字,这个值在不同芯片间可能会有所不同。

F8R8 硬件

组别

Flash 模式

组别

PSRAM 模式

A

120 MHz DDR

A

120 MHz DDR

A

120 MHz SDR

A

B

80 MHz DDR

B

80 MHz DDR

C

80 MHz SDR

C

40 MHz DDR

C

40 MHz DDR

C

C

< 40 MHz

C

D

D

禁用

  1. 组别 A 中的 flash 模式与组别 A/D 中的 PSRAM 模式配对。

  2. 组别 B/C 中的 flash 模式与组别 B/C/D 中的 PSRAM 模式配对。

F4R8 硬件

组别

Flash 模式

组别

PSRAM 模式

A

120 MHz SDR

A

120 MHz DDR

B

80 MHz SDR

B

80 MHz DDR

C

40 MHz SDR

C

40 MHz DDR

C

20 MHz SDR

C

D

D

禁用

  1. 组别 A 中的 flash 模式与组别 A/D 中的 PSRAM 模式配对。

  2. 组别 B/C 中的 flash 模式与组别 B/C/D 中的 PSRAM 模式配对。

F4R4 硬件

组别

Flash 模式

组别

PSRAM 模式

A

120 MHz

A

120 MHz

B

80 MHz

B

80 MHz

C

40 MHz

C

40 MHz

C

20 MHz

C

D

D

disable

  1. 组别 A 中的 flash 模式 与组别 A/C/D 的 PSRAM 模式配对。

  2. 组别 B 中的 flash 模式 与组别 B/C/D 的 PSRAM 模式配对。

  3. 组别 C 中的 flash 模式 与组别 A/B/C/D 的 PSRAM 模式配对。

错误处理

  1. 如果配有八线 flash 的开发板在第二阶段引导加载程序之前复位:

    ESP-ROM:esp32s3-20210327
    Build:Mar 27 2021
    rst:0x7 (TG0WDT_SYS_RST),boot:0x18 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
    Saved PC:0x400454d5
    SPIWP:0xee
    mode:DOUT, clock div:1
    load:0x3fcd0108,len:0x171c
    ets_loader.c 78
    

    这可能意味着必要的 efuse 未得到正确烧录。请使用命令 espefuse.py summary,检查芯片的 eFuse 位。

    ROM 引导加载程序可通过 eFuse 位 FLASH_TYPE 将 flash 复位为默认模式(SPI 模式)。如果未烧录此位,且 flash 处于 OPI 模式,则 ROM 引导加载程序可能无法从 flash 中读取并加载以下图像。

  2. 如果启用 CONFIG_ESPTOOLPY_OCT_FLASH 后出现如下错误日志:

    Octal Flash option selected, but EFUSE not configured!
    

    这意味着:

    • 要么当前正在使用配有四线 flash 的开发板,

    • 要么当前正在使用带有八线 flash 的板,但未烧录 eFuse 位 FLASH_TYPE。乐鑫保证在制造模组时烧录此位,但如果模组由其他公司制造,则可能遇到上述情况。

以下是烧录 eFuse 位的方法:

python3 ./espefuse.py -p /dev/<serial_device> --do-not-confirm burn_efuse FLASH_TYPE 1

备注

此步骤不可逆,请确保使用配有八线 flash 的开发板。