且看L-MEM ECC如何守護(hù)i.MXRT1170從核CM4

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家分享的是恩智浦 i.MXRT1170 上 Cortex-M4 內(nèi)核的 L-MEM ECC 功能。

本篇是 《簡(jiǎn)析 i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC 功能特點(diǎn)、開(kāi)啟步驟、性能影響》 的姊妹篇，我們知道 i.MXRT1170 是雙核 MCU，主核 Cortex-M7 的 TCM ECC 由 FlexRAM 模塊負(fù)責(zé)，那么從核 Cortex-M4 的 TCM 有沒(méi)有 ECC 呢？如果有的話，是由哪個(gè)模塊負(fù)責(zé)的呢？本篇給你解答。

老規(guī)矩先來(lái)看一下 Cortex-M4 下的系統(tǒng)內(nèi)存映射表，不同類型的存儲(chǔ)由不同的 ECC 控制器來(lái)守護(hù)，從表中看，CM4 的 TCM 也是有 ECC 功能的，ECC 功能集成在了 L-MEM 控制器里，所以今天我們來(lái)聊一聊 L-MEM 的 ECC 功能。

一、L-MEM ECC 功能簡(jiǎn)介

1.1 L-MEM 特點(diǎn)

我們先來(lái)看下 i.MXRT1170 的 CM4 內(nèi)核系統(tǒng)框圖，L-MEM 是專門(mén)為 CM4 內(nèi)核設(shè)計(jì)的，其管理的 TCM 空間僅能由 CM4 訪問(wèn)。在框圖中，L-MEM 中物理 SRAM 總大小是 256KB，細(xì)心的你可能發(fā)現(xiàn)了上面那張系統(tǒng)內(nèi)存映射表中還有個(gè) 256KB OCRAM(M4)，這個(gè) OCRAM 與 L-MEM 是什么聯(lián)系？其實(shí)它倆指向的是同一塊物理 SRAM，只不過(guò) CM4 內(nèi)核是從 TCM 地址空間直接訪問(wèn) SRAM，而從 OCRAM(M4)地址空間去訪問(wèn) SRAM 相當(dāng)于多繞了一級(jí)（速度變慢，所以不建議 CM4 訪問(wèn) OCRAM(M4)空間，這個(gè)地址空間主要是給 CM7 訪問(wèn)的）。

我們知道支持 ECC 功能，需要有額外空間來(lái)存儲(chǔ) ECC 校驗(yàn)值，那么 L-MEM 的 ECC 校驗(yàn)值是存在哪里的呢？關(guān)于這個(gè)細(xì)節(jié)在下一節(jié)里展開(kāi)聊。

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1.2 關(guān)于 ECC 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

關(guān)于 ECC 基本概念，參看《簡(jiǎn)析 i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC 功能特點(diǎn)、開(kāi)啟步驟、性能影響》 的 1.2 節(jié)，這里不予贅述。

1.2.1 ECC 檢驗(yàn)?zāi)芰?/h5>

L-MEM 中每 4bytes 數(shù)據(jù)就會(huì)計(jì)算出一個(gè) ECC 校驗(yàn)值（7bits），ECC 校驗(yàn)值都被放在了 ECC RAM 區(qū)域里。這里必須要特別介紹一下 ECC RAM 區(qū)域，不同于 FlexRAM ECC 會(huì)有專門(mén)的獨(dú)立 RAM 空間用于存放 ECC 校驗(yàn)值，L-MEM 的 ECC 校驗(yàn)值是緊跟著放在每個(gè) 32bit 數(shù)據(jù)后面的，用戶訪問(wèn)到的 L-MEM 是 32bit 數(shù)據(jù)線，但其實(shí)芯片內(nèi)部設(shè)計(jì) L-MEM 是 39bit 數(shù)據(jù)線，其中高 7bit 就是專門(mén)用來(lái)存放 ECC 校驗(yàn)值的。

存儲(chǔ)類型	ECC 校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊大小	ECC 校驗(yàn)值長(zhǎng)度	ECC 校驗(yàn)?zāi)芰?/th>
Raw NAND	512 bytes	4 bytes	5-bit 檢錯(cuò)，4-bit 糾錯(cuò)
L-MEM	4bytes	7bits	2-bit 檢錯(cuò)，1-bit 糾錯(cuò)

1.2.2 ECC 錯(cuò)誤觸發(fā)處理

關(guān)于 ECC 錯(cuò)誤處理，可根據(jù)如下 MCM 寄存器（不要懷疑，L-MEM ECC 的控制就是在 MCM 里實(shí)現(xiàn)的）來(lái)操作，首先當(dāng)然是在 LMPECR 寄存器中使能 multi-bit ECC Error，當(dāng)有 2-bit 及以上錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā) NonMaskableInt_IRQn（中斷號(hào)是 -14），在中斷處理程序里找到相應(yīng)的發(fā)生 ECC 錯(cuò)誤的地址，對(duì)這個(gè)地址重新寫(xiě)一次初始化數(shù)據(jù)（按 ECC 校驗(yàn)塊長(zhǎng)度一次性寫(xiě)入），最后清除 LMPEIR 寄存器里的相應(yīng)狀態(tài)位。

需要注意的是，上述處理流程僅對(duì) L-MEM 中存放的是普通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)且發(fā)生 ECC 錯(cuò)誤時(shí)有效，如果 ECC 錯(cuò)誤發(fā)生在關(guān)鍵代碼段或變量段中，這個(gè)處理是不適用的，因?yàn)檫@種 ECC 錯(cuò)誤可能會(huì)造成程序崩潰。

二、開(kāi)啟 L-MEM ECC 的步驟

L-MEM ECC 需要按照標(biāo)準(zhǔn)步驟去開(kāi)啟，需要特別注意的是開(kāi)啟 ECC 操作的代碼不能放在待開(kāi)啟 ECC 的 L-MEM 空間里，因此不管是 XIP 還是 Non-XIP 應(yīng)用程序，最好是用一個(gè)二級(jí) loader（這個(gè) loader 可以鏈接在固定 OCRAM1/2 空間里，或者 XIP）來(lái)完成 ECC 開(kāi)啟操作然后再加載應(yīng)用程序執(zhí)行。痞子衡給了如下示例 loader 代碼工程，代碼里主要有四個(gè)步驟：

參考代碼：https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps/blob/master/apps/coremark_imxrt1176/cm4_loader/loader.c

2.1 激活 L-MEM ECC 特性

芯片出廠，默認(rèn)是沒(méi)有激活 L-MEM ECC 特性的，如果需要開(kāi)啟 L-MEM ECC，需要燒寫(xiě) efuse，fusemap 中 0x840[2]對(duì)應(yīng)的是 MECC_ENABLE bit，這個(gè) bit 不僅控制 MECC 模塊，也同時(shí)控制了 L-MEM ECC 特性，我們需要將這個(gè) bit 燒寫(xiě)成 1，才能激活 L-MEM ECC 特性。

2.2 使能 L-MEM 的 ECC

現(xiàn)在需要使能 L-MEM ECC，在 i.MXRT1170 參考手冊(cè)里的 MCM 章節(jié)可以找到 LMDR0/1 寄存器定義，其中 bit3 就是用來(lái)分別控制 TCRAML（對(duì)應(yīng) ITCM）和 TCRAMU（對(duì)應(yīng) DTCM）的 ECC 開(kāi)關(guān)。特別注意，這里的 MCM 模塊寄存器僅能在 CM4 下被訪問(wèn)。

操作函數(shù)代碼如下：

 1void?enable_lmem_tcm_ecc(void)
 2{
 3????//?Check?eFuse?0x840[2]?-?MECC_ENABLE?bit
 4????while?(!(OCOTP->HW_OCOTP_FUSE004?&?0x4));
 5
 6????//?MCM->LMPECR[9,1]?-?Enable?TCRAM?ECC?1-bit/Multi-bit?IRQ
 7????*(uint32_t?*)0xE0080480?|=?0x303;
 8
 9????//?MCM->LMDR0[3]?-?Enable?TCRAML?ECC
10????*(uint32_t?*)0xE0080400?|=?0x0B;????????/*?Enable?CM4?TCRAM_L?ECC?*/
11????//?MCM->LMDR1[3]?-?Enable?TCRAMU?ECC
12????*(uint32_t?*)0xE0080404?|=?0x0B;????????/*?Enable?CM4?TCRAM_U?ECC?*/
13}

?

2.3 初始化 L-MEM 的 ECC 值

L-MEM ECC 開(kāi)啟了之后，此時(shí)還不能隨機(jī)訪問(wèn) L-MEM，因?yàn)槌跏?ECC 校驗(yàn)值還沒(méi)有填充，如果這時(shí)候去讀 L-MEM 會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。我們首先需要將會(huì)用到的 L-MEM 空間全部初始化一遍（就是以 ECC 校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊大小對(duì)齊方式從頭到尾寫(xiě)入一遍，寫(xiě)入內(nèi)容不限，正常用全 0）。

操作函數(shù)代碼如下：

 1#define?ITCM_START???0x1FFE0000
 2#define?ITCM_SIZE????(128*1024U)
 3#define?DTCM_START???0x20000000
 4#define?DTCM_SIZE????(128*1024U)
 5
 6void?init_lmem_itcm_ecc(void)
 7{
 8????for?(uint32_t?i?=?0;?i?<?ITCM_SIZE;?i?+=?sizeof(uint32_t))
 9????{
10????????*(uint32_t?*)(ITCM_START?+?i)?=?0;
11????}
12}
13
14void?init_lmem_dtcm_ecc(void)
15{
16????for?(uint32_t?i?=?0;?i?<?DTCM_SIZE;?i?+=?sizeof(uint32_t))
17????{
18????????*(uint32_t?*)(DTCM_START?+?i)?=?0;
19????}
20}

2.4 加載應(yīng)用程序執(zhí)行

當(dāng) L-MEM 初始 ECC 校驗(yàn)值已經(jīng)被填充之后，此時(shí)便可以正常隨機(jī)讀寫(xiě) L-MEM 了。如果此時(shí)加載的是一個(gè)在 ITCM 里執(zhí)行并且 data 段在 DTCM 里的應(yīng)用程序，可以參考痞子衡前面給出的示例 loader 工程。

這是 loader 工程完整主函數(shù)代碼，其中 memcpy 那一句代碼里的 cm4_app_code 是應(yīng)用程序 binary 數(shù)組（用 Python 腳本將應(yīng)用程序工程生成的 .bin 文件轉(zhuǎn)換成 C 語(yǔ)言數(shù)組放到 loader 工程源文件里）。

 1#define?APP_START?0x1FFE0000U
 2
 3int?main(void)
 4{
 5????enable_lmem_tcm_ecc();
 6????init_lmem_itcm_ecc();
 7????init_lmem_dtcm_ecc();
 8
 9????//?Copy?image?to?RAM.
10????memcpy((void?*)APP_START,?cm4_app_code,?APP_LEN);
11
12????uint32_t?appStack?=?*(uint32_t?*)(APP_START);
13????uint32_t?appEntry?=?*(uint32_t?*)(APP_START?+?4);
14
15????//?Turn?off?interrupts.
16????__disable_irq();
17
18????//?Set?the?VTOR?to?default.
19????SCB->VTOR?=?APP_START;
20
21????//?Memory?barriers?for?good?measure.
22????__ISB();
23????__DSB();
24
25????//?Set?main?stack?pointer?and?process?stack?pointer.
26????__set_MSP(appStack);
27????__set_PSP(appStack);
28
29????//?Jump?to?app?entry?point,?does?not?return.
30????void?(*entry)(void)?=?(void?(*)(void))appEntry;
31????entry();
32}

?

三、ECC 對(duì)內(nèi)存訪問(wèn)性能的影響

L-MEM 開(kāi)了 ECC 后，訪問(wèn)性能會(huì)有一定降低，畢竟數(shù)據(jù)訪問(wèn)中插入了額外的 ECC 校驗(yàn)工作，不過(guò)據(jù)說(shuō)影響非常小。我們來(lái)做個(gè)測(cè)試，痞子衡就用經(jīng)典的 benchmark 程序（Coremark）來(lái)測(cè)試 ECC 對(duì) L-MEM 的影響，測(cè)試工程如下：

Coremark 工程：https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps/tree/master/apps/coremark_imxrt1176/bsp/build7804_cm4_loader

需要特別提醒的是，我們知道 i.MXRT1170 CM4 內(nèi)核最高可以配置到 480MHz，但是開(kāi)了 L-MEM ECC 后，為了保證訪問(wèn)可靠性，此時(shí) CM4 內(nèi)核最好是工作在 360MHz，下面的 coremark 結(jié)果也是在 360MHz 主頻下得到的：

從 benchmark 結(jié)果來(lái)看，ECC 是否開(kāi)啟對(duì)性能影響特別小，可以忽略，當(dāng)然 benchmark 測(cè)試并不是特別精確地反映了性能影響，底下有空痞子衡會(huì)再專門(mén)用 memcpy 函數(shù)來(lái)測(cè)試性能影響。

至此，恩智浦 i.MXRT1170 上 Cortex-M4 內(nèi)核的 L-MEM ECC 功能痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~