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以逻辑分析仪进行串行闪存(Serial/SPI Flash)量测方案

以逻辑分析仪进行串行闪存(Serial/SPI Flash)量测方案

Serial Flash 量测问题
      在许多的电子产品中都有使用 Serial Flash的需求,它有较简单的控制程序与电路以及可靠的储存能力,使它倍受青睐。因此,常被用于电子产品里放置较关键的开机程序(Boot code)或系统设定数据(System setting)。每当系统启动时,Serial Flash 就会忙碌起来,尽快的把储存在里面的程序或数据加载系统内。但越来越复杂的命令组合以及命令差异,使得开发与除错工作变得更加困难。本文将会介绍使用逻辑分析仪来进行 Serial Flash 的量测工作。

单线(Single)模式译码
      早期的 Serial Flash 使用 SPI 总线架构,定义了 4 根与命令数据传输有关的脚位分别是 Chip Select(CS)、Clock(SCK) 、Data In(DI) 、Data Out(DO)。传输时,由 DI 将命令或数据传入Serial Flash,而 DO 将数据读出。如图一所示。一般称之为单线模式(Single mode)。



图一 Serial Flash Single mod (1-1-1)*
* JEDEC Standard No.216: (x-y-z): 标示Serial Flash  I/O 的模式,分别为命令码(opcode x),地址(address y),数据(Data z)。

      用户若需量测 Serial Flash 总线时,只需使用具有 SPI 总线的仪器或工具,就可以将单线模式之Serial Flash 命令/地址/数据解出。这是业界行之多年的作法。

双线(Dual)及四线(Quad)模式译码
      有鉴于电子产品越来越需要大容量的储存空间,Serial Flash 容量也顺应扩大。储存容量扩大之后衍生而来的问题是,读取数据的时间越来越长,于是 Serial Flash 开始提高其工作频率,借由较高的传输频率,以缩短传输数据的时间。但这样还是不够快,进一步发展出现所谓双线模式(Dual mode)如图二与4线模式(Quad Mode)如图三的 Serial Flash。其总线传输的架构,已渐渐与单线模式之 SPI 架构不同,也使原有的 SPI 仪器或工具用在此类 Serial Flash 的总线除错工作开始出现困难。




图二 Serial Flash双线模式(Dual mode 2-2-2)




图三 Serial Flash 4线模式(Quad Mode 4-4-4)

      在各厂商所推出的Serial Flash,更增加了多种不同数量的命令与数据组合,若没办法识别Flash 命令的软件工具,将很难看出总线的内容。因为这样的需求,使得具有支持 Serial Flash 总线分析的逻辑分析仪成为不可或缺的工具,它可协助分析这种多样性的讯号。他可以随着 Flash 命令的改变,而做出相应的分析。

更多不同命令组合的分析方法
1.    随着命令的不同,Serial Flash 会以不同的传输线数量工作
2.   
范例一: 如图四所示,此命令 3Bh (Dual I/O Fast Read) 是个 (1-1-2) 结构的命令,输入命令与地址时只需要使用 1 条线,但数据输出时为双线。图例可以看出,传送命令须使用 8个Clock,但接收数据只需 4 个 Clock。




图四 Flash 命令 3Bh 波形画面 (1-1-2)

范例二: 如图五所示,此命令 EBh(Fast Read Quad I/O) 是个 (1-4-4) 结构的命令,输入命令使用 1条线,但地址与数据皆为 4 条线。图例可以看出,传送命令须使用 8个 Clock,但传送地址与接收数据只需 2 个 Clock。




图五 Flash 命令 EBh波形画面(1-4-4)

范例三: 如图六所示,此命令 6Bh(Fast Read Quad Ouput)是个 (1-1-4) 结构的命令,与地址时只需要使用 1 条线,但数据输出时为 4线。图例可以看出,传送命令与地址须使用 8个Clock,但接收数据只需 2 个 Clock。




图六 Flash 命令 6Bh波形画面(1-1-4)

      如图七所示可看出有别于 SPI 数据输入与输出分成两条线时,不容易判别和时是数据输出的困扰。在光标A所在的位置,就是 Serial Flash 开始输出数据的地方,从信道 SPI-DO 查看时必须自行数到第5个Byte 才算是数据输出点。有时候 Serial Flash 在输入时还会安插 Dummy Byte,这样就更增加查看输出讯号的困扰。但若采用 Serial Flash 总线分析,就会清楚的标示来。




图七 Serial Flash(SFlash) 与 SPI (SPI-DI, SPI-DO) 总线分析比较
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