SPI Flash 和片外 SPI RAM 配置

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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

在 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。

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