SPI NOR 移植指南

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U-Boot 移植

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SPI NOR 要工作既需要 SoC 端 SPI 模块的驱动能力，也需要对 SPI NOR 模块的正确配置，本章阐述如何进行 SPI NOR 器件的移植工作，以 CFX 的 GM25Q128A 和 FudanMicro 的 FM25Q128 为例。

U-Boot 中移植一款 SPI NOR，最重要的是 JEDEC ID，通过在数据手册中查找 0x9F 命令获得
其它的参数都可以默认设置，INFO(0xa14017, 0, 64 * 1024, n_sectors, SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ)

U-Boot 中对不同厂家的 SPI NOR 器件的管理集成度很高，主要代码在 source/uboot-2021.10/drivers/mtd/spi/spi-nor-ids.c 中，添加一款新厂家的新器件需要经过如下步骤：

添加厂家的宏定义。

config SPI_FLASH_FMSH
    bool "FudanMicro SPI flash support"
    help
      Add support for various FMSH (Shanghai Fudan Microelectronics Group Company)
      SPI flash chips (FM25xxx).

config SPI_FLASH_CFX
    bool "CFX SPI flash support"
    help
      Add support for various CFX (Zhuhai ChuangFeiXin-Technology)
      SPI flash chips (GM25xxx).

在 spi-nor-ids.c 的 spi_nor_ids 结构中添加 FMHS 和 CFX 的相关器件的支持。

#ifdef CONFIG_SPI_FLASH_FMSH
    /* Shanghai Fudan Microelectronics Group Company */
    { INFO("FM25Q128", 0xa14017, 0, 64 * 1024, 256, SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ) },
    { INFO("FM25Q64", 0xa14018, 0, 64 * 1024, 128, SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ) },
#endif
#ifdef CONFIG_SPI_FLASH_CFX
    /* Zhuhai ChuangFeiXin Technology */
    { INFO("GM25Q128A", 0x1c4018, 0, 64 * 1024, 256, SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ) },
#endif

设置 flash_info

flash_info 数据结构主要用来描述某一颗 SPI NOR 的参数，通过 INFO 宏来设置，其详细结构为：

struct flash_info {
    char    *name;                  //器件名称，一般用器件编号替代
    u8      id[SPI_NOR_MAX_ID_LEN]; //JEDEC 授权的器件 ID
    u8      id_len;                 //ID 长度，填 0，自动计算
    unsigned    sector_size;        //sector size，现在的意义已经改变
    u16     n_sectors;              //sector 数目，通过 flash size 和 sector size 计算出来
    u16     page_size;              //页大小， INFO 宏固定为 256
    u16     addr_width;             //board.dts 中配置
    u32     flags;                  //功能标识

JEDEC ID：和 SPI NAND 不同， SPI NOR 的 ID 包含 Manufacture ID 和 Device ID 等多项内容，一般为 24 位，描述方式为


阈值	名称	示例	标记方式
MID7 - IDF0	Maunfacture ID	0xa1	JEDEC 分配
D15 - D8	Memory Type	0x40	0x9F 命令
D7 - D0	Memory Desity	0x17	0x9F 命令

不同厂家在数据手册中描述方法不一样，但现代的 SPI NOR 的 MID 一般通过 “Maunfacture/MID” 等字段标注，Device ID 的（D15 - D0）一般通过 0x9F 命令标注，因此在数据手册中通过搜索 9F 一般能构造出 JEDEC ID，如下图所示

0xC84018
0xC22018
0xA14017

sector_size：Sector Size 是个历史产物，不管是文件系统还是厂家的器件规格都开始对外提供基于 Block 的接口，但在名称上还保留了 Sector 的名称，而驱动中则已经完全切换到 Block 的逻辑

Sector Size 主要定义的是擦除参数，一般的器件提供三种擦除操作


操作方式	命令	擦除大小	备注
Sector Erase( SE)	0x20	4K	基础能力，主要做兼容，不做主力
32K Block Erase (BE)	0x52	32K	不再使用，和 BE-64 成对
64K Block Erase (BE)	0xD8	64K	大部分都支持，如果不支持则必须支持 SE

在驱动中，Sector_Size 描述的实际是 BE-64 的参数，而 BE-64 要求的 size 又是固定的 64K，因此该参数的设置原则是：

在数据手册中，如果支持 64K Block Erase (0xD8）命令，则设置为 ‘64 * 1024’
在数据手册中, 如果不支持 64K Block Erase (0xD8）命令，则设置为 ‘4 * 1024’

n_sectors：Sector (Block) 数目通过计算得到，计算公式为 (（flash size）/ sector size)，需要注意不同参数使用 Byte（B）还是 bit（b）描述
- gd25q128： 128Mb / 64KB = 256
- FM25Q128: 128Mb / 64KB = 256
- FM25Q64: 64Mb / 64KB = 128
flags：设置额外的功能标志。
- SECT_4K 建议均设置，此功能用来兼容 Sector Erase( SE) 的支持，在一些特殊情况下可以继续工作
- 如果支持 0xBB 命令，则打开 SPI_NOR_DUAL_READ
- 如果支持 0xEB 命令，则打开 SPI_NOR_QUAD_READ
- 如果有 Status Register，则打开 USE_FSR，是一种状态呈现，非必须

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Linux 移植

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SPI NOR 驱动 Linux 和 U-Boot 的驱动不一样，Linux 中驱动更复杂一些，本章阐述如何在 Linux 中进行 SPI NOR 器件的移植工作，以 Gigadevice 的 gd25q128 和 FudanMicro 的 FM25Q128 为例

移植一款 SPI NOR，最重要的是 JEDEC ID，通过在数据手册中查找 0x9F 命令获得
其它的参数都可以默认设置，INFO(0xa14017, 0, 64 * 1024, n_sectors, SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ)
推荐使用标准 dts 进行 SPI NOR 的兼容

文件准备

相较于 SPI NAND 器件， SPI NOR 的接口更加标准，但为了统一管理的方便，还是会为某一个公司创建一个文件进行管理，如果该公司的文件已经存在，则直接添加新器件支持即可

在 source/linux-5.10/drivers/mtd/spi-nor/ 下建相应公司的标识的文件，如 fmsh.c cfx.c
在 Makefile 中添加该文件的编译： spi-nor-objs += fmsh.o
在 source/linux-5.10/drivers/mtd/spi-nor/core.h 中声明 extern const struct spi_nor_manufacturer spi_nor_fmsh;

驱动索引

内核中所支持的 SPI NOR 设备通过两级列表进行设置。

首先检查 source/linux-5.10/drivers/mtd/spi-nor/core.c 中的 manufacturers, 查看新设备的厂商是否在列表之中：

static const struct spi_nor_manufacturer *manufacturers[] = {
    &spi_nor_atmel,
    &spi_nor_catalyst,
    &spi_nor_eon,
    &spi_nor_esmt,
    &spi_nor_everspin,
    &spi_nor_fujitsu,
    &spi_nor_gigadevice,
    &spi_nor_intel,
    &spi_nor_issi,
    &spi_nor_macronix,
    &spi_nor_micron,
    &spi_nor_st,
    &spi_nor_spansion,
    &spi_nor_sst,
    &spi_nor_winbond,
    &spi_nor_xilinx,
    &spi_nor_xmc,
    &spi_nor_boya,
};

再检查具体的设备厂商文件，具体的型号是否在列表之中（以 gigadevice 为例）:

static const struct flash_info gigadevice_parts[] = {
    ......
   { "gd25q128", INFO(0xc84018, 0, 64 * 1024, 256,
                       SECT_4K | SPI_NOR_DUAL_READ | SPI_NOR_QUAD_READ |
                       SPI_NOR_HAS_LOCK | SPI_NOR_HAS_TB) },
    ......
};

此处检查，需要查找新设备的 Datasheet，找到该设备的 Manufacture 和 Device ID，并查看该 ID 是否出现在列表中。例如此处为 0xc84018 ，其中 Manufacture ID = 0xc8, Device ID ID[15~8] = 0x40, Device ID[7~0] = 0x18 。

spi_nor_manufacturer

该结构为第一级索引，用来描述器件厂家的信息

SPI NOR 的接口和操作命令很统一，基本没有需要特殊处理的命令

const struct spi_nor_manufacturer spi_nor_fmsh = {
    .name = "FudanMicro",                   //厂家名字标识
    .parts = fmsh_parts,                    //本驱动支持的器件
    .nparts = ARRAY_SIZE(fmsh_parts),       //支持的器件的个数
};

flash_info

flash_info 数据结构主要用来描述某一颗 SPI NOR 的参数，通过 INFO 宏来设置，其详细结构为：

struct flash_info {
    char    *name;                  //器件名称，一般用器件编号替代
    u8      id[SPI_NOR_MAX_ID_LEN]; //JEDEC 授权的器件 ID
    u8      id_len;                 //ID 长度，填 0，自动计算
    unsigned    sector_size;        //sector size，现在的意义已经改变
    u16     n_sectors;              //sector 数目，通过 flash size 和 sector size 计算出来
    u16     page_size;              //页大小， INFO 宏固定为 256
    u16     addr_width;             //board.dts 中配置
    u32     flags;                  //功能标识

JEDEC ID：和 SPI NAND 不同， SPI NOR 的 ID 包含 Manufacture ID 和 Device ID 等多项内容，一般为 24 位，描述方式为


阈值	名称	示例	标记方式
MID7 - IDF0	Maunfacture ID	0xa1	JEDEC 分配
D15 - D8	Memory Type	0x40	0x9F 命令
D7 - D0	Memory Desity	0x17	0x9F 命令

0xC84018
0xC22018
0xA14017

Sector Size 主要定义的是擦除参数，一般的器件提供三种擦除操作


操作方式	命令	擦除大小	备注
Sector Erase( SE)	0x20	4K	基础能力，主要做兼容，不做主力
32K Block Erase (BE)	0x52	32K	不再使用，和 BE-64 成对
64K Block Erase (BE)	0xD8	64K	大部分都支持，如果不支持则必须支持 SE

在驱动中，Sector_Size 描述的实际是 BE-64 的参数，而 BE-64 要求的 size 又是固定的 64K，因此该参数的设置原则是：

在数据手册中，如果支持 64K Block Erase (0xD8）命令，则设置为 ‘64 * 1024’
在数据手册中, 如果不支持 64K Block Erase (0xD8）命令，则设置为 ‘4 * 1024’

n_sectors：Sector (Block) 数目通过计算得到，计算公式为 (（flash size）/ sector size)，需要注意不同参数使用 Byte（B）还是 bit（b）描述
- gd25q128： 128Mb / 64KB = 256
- FM25Q128: 128Mb / 64KB = 256
- FM25Q64: 64Mb / 64KB = 128
flags：设置额外的功能标志。
- SECT_4K 建议均设置，此功能用来兼容 Sector Erase( SE) 的支持，在一些特殊情况下可以继续工作
- 如果支持 0xBB 命令，则打开 SPI_NOR_DUAL_READ
- 如果支持 0xEB 命令，则打开 SPI_NOR_QUAD_READ
- 如果有 Status Register，则打开 USE_FSR，是一种状态呈现，非必须

id_table

除了使用 dts 的 .compatible = “jedec,spi-nor” 统一匹配所有的 SPI NOR 外，驱动还兼容使用非标准 dts 的使用方式，即直接在 dts 文件中描述要使用的 SPI NOR 的型号，但这会造成固件和器件的紧耦合，不推荐使用

static struct spi_mem_driver spi_nor_driver = {
    .spidrv = {
            .driver = {
                    .name = "spi-nor",
                    .of_match_table = spi_nor_of_table,
            },
            .id_table = spi_nor_dev_ids,
    },

static const struct spi_device_id spi_nor_dev_ids[] = {

    /*
     * Entries not used in DTs that should be safe to drop after replacing
     * them with "spi-nor" in platform data.
     */
    {"s25sl064a"},  {"w25x16"},     {"m25p10"},     {"m25px64"},

    /*
     * Entries that were used in DTs without "jedec,spi-nor" fallback and
     * should be kept for backward compatibility.
     */
    {"at25df321a"}, {"at25df641"},  {"at26df081a"},
    {"mx25l4005a"}, {"mx25l1606e"}, {"mx25l6405d"}, {"mx25l12805d"},
    {"mx25l25635e"},{"mx66l51235l"},
    {"n25q064"},    {"n25q128a11"}, {"n25q128a13"}, {"n25q512a"},
    {"s25fl256s1"}, {"s25fl512s"},  {"s25sl12801"}, {"s25fl008k"},
    {"s25fl064k"},