JEDEC標準(JESD216)S FDP對串行Flash在系統中的應用

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摘要：JEDEC標準(JESD216)Serial Flash Discoverable Parameter (SFDP)[1]是在串行Flash中建立一個可供查詢的描述串行Flash功能的參數表。文章主要介紹了這個串行Flash功能參數表的結構、功能和作用，并給出其在系統設計中的具體應用。
關鍵詞：JEDEC JESD216；SFDP；串行Flash；SPI
1 串行Flash的基本介紹
串行Flash是一種SPI接口的NOR Flash，屬于非揮發性儲存器件，主要被用來存放系統的啟動程序。其特點是體積小、引腳少、接口簡單和易于擴展。主要封裝為8個引腳，有片選、數據輸入、寫保護、接地、數據輸出、時鐘、暫停和電壓引腳，見圖1。常用一進一出的串行數據傳輸方式，省去了并行Flash的大量數據線、地址線和控制線。有些串行Flash在封裝引腳數目不變的情況下，通過引腳的功能復用，還可以支持四進四出的數據傳輸方式，極大地提升數據的輸出速率。目前最大頻率可以支持到104MHz以上，整體數據傳輸速率已經超過了一般并行Flash的數據傳輸速率。在主芯片功能和端口的支持下，串行Flash在一些系統應用中可替代并行Flash，不但可以減少系統印制電路板體積，而且可以減少系統的布線，增強了系統整體的電磁兼容性。從整體系統方案的角度來看，相比支持并行Flash的主芯片而言，只支持串行Flash的主芯片可以在存儲端口的引腳數量上有大幅的減少，不僅有利于主芯片面積的縮減，對于整體的方案報價也非常有利。因此，串行Flash受到越來越多開發和設計人員的接受和青睞，也被廣泛地應用在計算機、消費類電子、無線通訊、車載和工控等眾多領域。


2 JESD216 SFDP標準產生的背景
隨著串行Flash市場不斷的擴張，串行Flash的指令、功能和特性也日趨增多，而且各個廠商在串行Flash器件上的功能和特性也無法完全一致。例如，在扇區擦除功能上，支持4kB、32kB、64kB的擦除操作雖然分別有相應的指令，但是不同廠商的器件還是會存在一些指令和功能的差異。為了準確地完成系統的兼容性測試或者是考慮到容量的升級，開發和設計人員需要詳細閱讀每一份串行Flash的產品規范，了解引腳的分布和定義是否一致，操作所需要用到的功能指令是否完全兼容，從而對底層設備驅動軟件做相應的增補和修改，甚至改動到硬件，這無疑給項目的設計、維護和更新帶來一些不便。因此，串行Flash器件迫切需要一個統一規范的功能參數表，可以讓開發和設計人員明確地讀取到每一個所使用串行Flash的功能和參數特性。JEDEC的新規范JESD216 SFDP就是在這樣的一個市場環境下孕育而生的。
3 JESD216 SFDP的功能和結構
SFDP是JEDEC發布的JESD216的一個新標準，目前的版本號是V1．0，用來規范存放串行Flash相關信息的功能參數表。其實現方式是在串行Flash中內置一個可供查詢的統一規范的功能參數表，不占用串行Flash正常的容量大小。目前SFDP支持的讀取頻率為50MHz以下，即盡管串行Flash可以支持更高的系統頻率，但是系統主芯片只需要在50MHz及以下的頻率下即可順利讀取到SFDP的資料。為進一步便于系統的靈活讀取，該標準還支持串行Flash的一進一出、兩進兩和四進四出的數據傳輸方式。SFDP的數據在出廠時就被固定住，無法修改，只供查詢使用。其作用有些類似于并行Flash中的公共閃存接口Common Flash Interface(CFI)的功能。開發和設計人員在通過0x5A的操作指令來讀取查詢SFDP時，可以將串行Flash包含其廠商識別碼等一系列的功能和參數信息快速地呈現出來。這樣不僅增加了器件本身的辨識度，提升了主芯片與串行Flash的溝通運作效能和便利性，也讓開發和設計人員可以快速了解到不同串行Flash之間的特性和差異，從而在底層設備驅動軟件上做出相應的調整，完成設計和兼容測試。
在SFDP的功能和結構上，SFDP標準強制規范必須要有SFDP標題檔、1st參數標題檔和對應的JEDEC Flash基本參數表格，結構見圖2。SFDP標題檔主要設置了供開發和設計人員查詢確認的簽名信息0X50444653(“S”、“F”、“D”、“P”的ASCII碼)，在讀取確認簽名信息正確后，方可認為該串行Flash器件支持SFDP標準。在JEDEC Flash基本參數表格里面規范和定義了該器件的一些最基本的讀取方式、指令內容、扇區大小和芯片容量等信息。其次，各家串行Flash廠商可以按照SFDP的規范依次增加2nd、3rd參數標題檔以及對應的參數表來擴充一些參數特性，增強器件本體的參數識別度，結構見圖3。在廠商標題檔中，主要規范和預留了串行Flash的廠商ID識別號、SFDP版本號、參數長度以及存放參數表格的地址指針。其參數表格中則可以讓廠商根據可以放入其器件的一些其它的參數信息如電壓、特殊指令和功能支持的狀況，也可以在讀取中明確地顯示出來，但不是SFDP標準所強制規范的，屬于可選項。


4 在系統軟件上讀取SFDP的操作流程及代碼
系統對于串行Flash的任何操作，在軟件上必須按照相應的指令和規范的流程才可以正確地操作串行Flash。讀取SFDP也必須按照規定的操作流程。開啟片選選通芯片——>發送0x5A的讀取SFDP的指令——>發送3byte的地址——>發送1byte的空周期——>在輸出腳上讀取SFDP數據——>關閉片選結束操作。 通過一進一出方式讀取SFDP數據的時序如圖4所示。

SFDP參數表的部分軟件讀取代碼參考如下：