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# sfc测试例程说明文档
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本测试程序用于测试sfc基础功能，主要包括通过sfc对flash执行寄存器读写，数据擦除和读写等例程。
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## sfc简介
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sfc全程为spi flash controller，从属于EMC（external memory controller）模块，是芯片内部封装的用于访问外部flash的功能模块，简化了软件访问外部flash的逻辑和时序，其主要特点如下：
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* 支持软件访问和cache访问模式，并发访问时硬件自动仲裁，且flash在program和erase过程中，可以自动挂起，让cache优先访问，提高系统访问的实时性。
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* 支持两个cs访问，cs0大小可配置，访问地址超过cs0时自动切换到cs1，两个cs均最大支持16MB。
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* flash program支持512bytes dual page模式，提高program效率。
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* DP（data path）逻辑实现spi和控制器之间的时钟跨域处理以及数据支持自动加密、解密（AES）。
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* 支持io map逻辑，实现spi接口信号的remapping操作，方便适配不同flash芯片接口。
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* 支持io share，实现sfc和smc io分时复用。
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* 支持spi地址空间remapping。
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* 支持spi接口任意波形发生器（可配置posedge或者negedge收发，可增加dummy cycle来改善io timing）。
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sfc主要有两种工作模式：
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* 软件通过sfc寄存器发起的操作，包括program mode，erase mode，data trans mode，register read/write mode。
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* 硬件通过cache下发的read操作。（目前flash不能通过cache write）
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## 测试例程说明
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sfc测试例程使用到的外设包含sfc、uart、gptimer。
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* sfc：测试对象，用于测试sfc对外部flash的访问和控制。
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* uart：使用uart0，实现调试信息打印，接收case配置信息等与PC的交互功能。
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* gptimer：使用gptimer0，用于测试“普冉flash工厂模式”时延时功能。
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sfc测试例程遵循自动化测试框架，在例程执行之后，初始化串口0，通过串口发送“start”字段到PC，并等待PC发送“config”字段来获取本次需要执行的测试case。
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在获取到case组合之后，初始化flash以及gptimer，并根据case组合开始执行测试case。
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### case0：获取flash芯片厂商ID和设备ID
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1. 获取sfdp（the serial flash discoverable parameter）
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使用data trans mode，发送0x5a指令，读取flash的sfdp。对应的api如下：
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sfc_sts_type_t sfc_read_sfdp(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size)
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读取到的sfdp字段含义见《P25Q32L_datasheet_V1.1.pdf》文件，在本例程中，读取了0x00~0x04,0x10~0x14字段，获得的结果如下，其中0x0对应的4个字节数据为固定数据，0x10中的85（hex）则表示厂商ID。（程序中未判断sfdp的值）
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[INFO] - UNIT_SFC : SFDP data(0x0): 50 44 46 53
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[INFO] - UNIT_SFC : SFDP data(0x10): 3 1 0 85
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2. 获取厂商ID和设备ID
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使用register read/write mode，发送RES（read electronic singnature）指令，获取厂商ID，对应的指令以及API情况如下：
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| 指令 | 说明 | api |
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| 0x9f | read identification（RDID），<br />返回3字节，分别是manufacturer id（0x85），<br />memory type id（0x60），capacity id（0x16） | int sfc_get_dev_id(uint8_t *data) |
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| 0x90 | read electronic manufacturer id and device id（REMS）<br />返回2字节，分别是manufacturer id（0x85），device id（0x15） | sfc_sts_type_t sfc_qspi_get_id_mult(uint8_t *data, uint8_t mode) |
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| 0x92 | dual i/o read electronic manufacturer id and device id（DREMS）<br />返回6字节，前2字节分别是manufacturer id（0x85），device id（0x15），<br />后4字节是前两个字节的重复 | sfc_sts_type_t sfc_qspi_get_id_mult(uint8_t *data, uint8_t mode) |
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| 0x94 | quad i/o read electronic manufacturer id and device id（QREMS）<br />返回6字节，前2字节分别是manufacturer id（0x85），device id（0x15），<br />后4字节是前两个字节的重复 | sfc_sts_type_t sfc_qspi_get_id_mult(uint8_t *data, uint8_t mode) |
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已知fpga上memory子板使用的是4m puya flash芯片，在通过api获取到数据之后，会对比数据是否表示puya 4m flash，如果不是，则判断为获取失败，例程返回失败。例程执行的打印如下：
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[INFO] - UNIT_SFC : start get flash id test, the correct manufacturer id is 0x85, device id is 0x15
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[INFO] - UNIT_SFC : Manufacturer ID(api):0x85, memory type:0x60
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[INFO] - UNIT_SFC : Manufacturer ID(serial):0x85, device id:0x15
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[INFO] - UNIT_SFC : Manufacturer ID(qual):0x85, device id:0x15
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[INFO] - UNIT_SFC : Manufacturer ID(quad):0x85, device id:0x15
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### case1：读取flash状态寄存器
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该case用于读取flash状态寄存器，使用register read/write mode，发送0x05（读取状态寄存器bit0~bit7）或者0x35（读取状态寄存器bit8~bit15）来获取flash状态寄存器值。
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由于在例程执行之初，调用了flash_init()函数，将sfc以及flash配置为quad模式，因此读取到的状态寄存器中，表示quad enable的bit（bit9）应当置位，因此case中会判断该bit，如果未置位，则表示case执行失败。
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### case2：flash擦除测试
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该case用于测试flash erase功能，使用erase mode发送erase指令，其流程如下：
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1. 初始化测试数组，数组全部初始化为0x55.
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2. 将测试数组写入flash。
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3. 使用cache读取写入数据，确保写入成功。
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4. erase flash。
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5. 用cache读取erase之后的数据
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6. 判断写入数据是否为0x55，以及erase之后的数据是否为0xff，如果任意条件不满足，则判定case执行失败。
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在上述流程中，使用不同的erase指令重复执行步骤2~步骤6，用于验证不同的erase模式功能。erase指令如下：
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| 指令 | 说明 | api |
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| 0x81 | 按page（256 bytes）大小擦除flash | int IRAM_ATTR sfc_erase_page(uint32_t page_addr, uint8_t sw_mode) |
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| 0x20 | 按sector（4K bytes）大小擦除flash | int IRAM_ATTR sfc_erase_sector(uint32_t sector_addr, uint8_t sw_mode) |
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| 0xD8 | 按block（64K bytes）大小擦除flash | int IRAM_ATTR sfc_erase_block(uint32_t block_addr, uint8_t sw_mode) |
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| 0xC7 | 擦除整个flash | int sfc_erase_chip(void) |
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### case3：flash写测试
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该case用于测试flash写功能，使用program mode，发送写指令和数据，完成写操作，case流程如下：
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1. 以x55初始化测试数组。
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2. 擦除flash数据。
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3. 写入flash数据。
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4. 使用cache读取写入的数据。
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5. 判断读取的数据是否与写入的数据相同，不同则判定case执行失败。
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在上述流程中，使用不同的写指令重复步骤2~步骤5，验证不同的写模式，写指令如下：
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| 指令 | 说明 | api |
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| 0x02 | page program，以单线模式写入1page flash数据 | int IRAM_ATTR sfc_write(uint8_t *data, uint32_t waddr,uint32_t size,uint8_t prog, uint8_t sw_mode) |
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| 0x32 | quad page program，以4线模式写入1 page flash数据 | int IRAM_ATTR sfc_write(uint8_t *data, uint32_t waddr,uint32_t size,uint8_t prog, uint8_t sw_mode) |
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### case4：flash读测试
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该case用于测试flash读功能，使用data trans mode，发送读指令，完成读操作，case流程如下：
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1. 擦除flash数据
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2. 初始化测试数组，数组第一个字节置为0xbb
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3. 写入测试数组。
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4. 使用sfc api读取写入的数据，仅读取一个字节
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5. 判断读取的数据是否为写入的0xbb，如果不是则判定case执行失败。
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在上述流程中，使用不同的读指令重复步骤4~步骤5，验证不同的读模式，读指令如下：
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| 指令 | 说明 | api |
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| ---- | ------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| 0x03 | read data bytes | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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| 0x0B | read data bytes at higher speed | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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| 0x3B | dual read mode | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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| 0x6B | quad read mode | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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| 0xBB | 2*IO read mode | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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| 0xEB | 4*IO read mode | int sfc_read(uint8_t *data, uint32_t raddr, uint32_t size, uint8_t mode) |
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### case5：flash全片读写测试
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该case与case3写测试类似，不过是整片flash的读写测试，其流程如下：
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1. 以0x55初始化测试数组。
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2. 擦除flash全片
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3. 以quad模式全片写入测试数组数据
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4. 使用cache读取全片，并判断数据是否与写入数据一致，不一致则判定case执行失败。
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5. 将数据初始化为0xaa，重复步骤2~步骤4
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### case6：普冉flash测试模式（full scan）测试
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按照puya提供的文档《P25Q32H FT测试方案.pdf》文档，编写测试case代码。puya提供的测试流程如下：
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◼ Step1：设置QE=1(WREN + WRSR(31H) + 02H) (RDSR(35H) check 02H)
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◼ Step2： WREN + Chip erase(check busy状态判断是否擦完)
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◼ Step3： Enter test mode
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◼ Step4： D4H program 256byte AA,AA,AA,AA,55,55,55,55…AA,AA,AA,AA,55,55,55,55 to 地址0x000000H
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◼ Step5： D4H program 256byte AA,AA,AA,AA,55,55,55,55…AA,AA,AA,AA,55,55,55,55 to 地址0x000100H
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◼ Step6： D4H program 256byte AA,AA,AA,AA,55,55,55,55…AA,AA,AA,AA,55,55,55,55 to 地址0x000200H
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◼ Step7： D4H program 256byte AA,AA,AA,AA,55,55,55,55…AA,AA,AA,AA,55,55,55,55 to 地址0x000300H
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◼ Step8： D4H program 256byte 55,55,55,55, AA,AA,AA,AA…55,55,55,55, AA,AA,AA,AA to 地址0x000400H
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◼ Step9： D4H program 256byte 55,55,55,55, AA,AA,AA,AA…55,55,55,55, AA,AA,AA,AA to 地址0x000500H
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◼ Step10： D4H program 256byte 55,55,55,55, AA,AA,AA,AA…55,55,55,55, AA,AA,AA,AA to 地址0x000600H
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◼ Step11： D4H program 256byte 55,55,55,55, AA,AA,AA,AA…55,55,55,55, AA,AA,AA,AA to 地址0x000700H
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◼ Step8： Exit test mode
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◼ Step9： EBH command verify CKBD
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◼ Step10： WREN + Chip erase
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编写的测试case中，仅step9（EBH command verify CKBD）未采用puya提供的方法，而是全片使用cache读取数据并判断的方式实现，其他均按照上述流程执行。
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需要注意的是，在进入测试模式后，flash芯片自动交换了cs和wp信号，需要配置sfc io map，交换cs和wp信号，与flash保持同步。
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【注】目前在退出测试模式后，将cs和wp信号换回，读取到的flash数据全部为0x00，因此case中在退出测试模式后并未换回cs和wp信号，直接读取flash数据，目前验证数据OK。
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### case7：多核竞争访问测试
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该测试为了验证多核间竞争访问flash时，sfc仲裁功能是否有效，读写是否存在异常情况。
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测试的方法如下：
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1. 规定每个core独立读写一个page（core0读写page0，core1读写page1，core2读写page2），另外存在一个公用的page3，各core每次写入自己page的同时，将数据一并写入到page3。
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2. core0负责初始化flash的4个page为0，并启动另外2个core。
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3. core1和core2读出各自page的数据，并将得到的值加一，重新写入各自的page和共用的page，重复100次。
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4. core0不写flash，而是使用cache每隔500ms读取一次4个page的数据，重复读取30次，此时core1和core2已经完成100次写入，因此core0最后一次得到的值一定是100，且公用page的值一定等于core1或者core2对应page的值，凭此判断测试是否成功。
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在开始测试时，确实发现多核访问存在一些问题，比如抓取到的spi波形异常（指令后没有地址、地址信息错误等），或者读取到的数据不符合预期，通过沟通得知，**sfc硬件仲裁机制，是凌驾于sfc之上，服务于cache**。即通过直接控制sfc（即sfc api）访问flash时，需要软件自行仲裁，sfc本身不存在仲裁机制，多核竞争访问时，一旦sfc start标志置位，sfc均以当前的寄存器的值作为配置，开始操作flash，即指令之间能相互打断，此时可能出现指令未执行，或者指令执行出错等情况。
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针对以上情况，有以下2种解决办法：
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1. 所有flash的读写擦除，都集中到一个core上操作，当其他core需要操作flash时，通过核间通信将操作告知指定的core。这样的好处是软件可以统一控制操作flash行为，比如等待空闲之后再操作flash等，但是需要与上层拟定方案，并在驱动层做适配。
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2. 使用自旋锁，保证同一时刻仅一个flash操作被执行。好处是对现有代码改动较少，但是core在等待其他core释放自旋锁期间无法做其他事情，相当于浪费了cpu的能力，甚至会减缓某些逻辑的执行。
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目前采用的是方法2，在sfc驱动层中，使用spinlock0对flash read、write、erase均进行上锁，并在执行完成之后解锁，测试结果OK。
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**在后续的讨论中，考虑到spinlock死锁和效率问题，取消了sfc驱动中增加spinlock的办法，因此调整测试方法如下：**
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1. core0单独读写flash一个page，读取page第一个word数据，擦除后将数据加1重新写入，数据从0开始计数，重复x次。
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2. core1、core2通过cache读取该数据，先使用cache_invalidata函数抛弃无效数据，之后重新读取。判断值是否顺序累加了x次，在达到x次将scratch0寄存器core id * 2对应的bit置位，bit0表示core已经读取到x，bit1表示是否顺序读取到所有值。
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3. core0每次更新数据之后，读取scratch0寄存器，并在core1、core2都读取到x之后不再读写flash，并将core1、core2停止，根据scratch0寄存器的值判定测试是否成功。
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该测试还兼顾了测试cache优先访问的功能，sfc中存在一个寄存器用于记录flash在erase和program过程中被挂起的次数，在该测试执行前将次数清除，并在执行之后读取该值，能观察到次数显著增加，说明cache确实打断了erase、program过程。
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### case8：flash地址重映射
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该测试为了验证sfc所具有的地址重映射功能。
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**【注】sfc地址重映射功能，仅多cache读生效，即使用sfc api访问flash时，始终使用真实偏移地址。**
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测试流程如下：
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1. 将remap单位配置为64KB（默认即为64KB），擦除地址0x00和0x10000。
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2. 将0x00地址写入256字节0x55数据，并用api读取0x00和0x10000地址数据，预期0x00对应的数据为0x55,0x10000对应的数据为0xff。如果数据错误，则判定测试失败。
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3. 通过直接更改寄存器，实现remap 0x00和0x10000地址。
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4. 使用cache重新读取0x00和0x10000数据，预期0x00数据为0xff，0x10000数据为0x55，如果数据错误，则判定失败。
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5. 将重映射还原，并通过cache读取数据，确保还原成功。
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6. 将remap单位配置为128KB，操作地址更改为0x00和0x20000，重复步骤2~步骤4。
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测试结果OK。
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### case9：sfc挂载两颗flash芯片
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该测试为了验证sfc支持双flash的功能，因此需要在测试环境中焊接两颗flash芯片。
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sfc支持两个cs信号，即可以挂载两个flash芯片，sfc存在SPI_CS0_CFG寄存器，用于配置sfc访问两颗flash的行为，具体行为如下：
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* 当寄存器中spi_cs1_force_sel置1时，sfc强制访问cs1对应的flash芯片。
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* 当寄存器中spi_cs1_force_sel置0时，通过spi_cs0_size位配置flash 0芯片大小，单位为MB，最大配置为16，如果访问的地址超过flash0配置的空间大小，则自动访问cs1对应的flash。
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测试流程较为简单，其步骤如下：
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1. 在flash 0指定位置X写入数据A，并读出数据对比，以确保写入成功，写入失败则判定测试失败。
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2. 将spi_cs1_force_sel置1，在flash 1指定位置X写入数据B，并读取数据确保写入成功，写入失败则判定测试失败。
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3. 读取flash 0指定地址X，判断读出数据是否为数据A，不是则判定失败。
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4. 将spi_cs1_force_sel置0，spi_cs0_size位配置为4。
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5. 读取地址X，判断数据是否为数据A，不是则判定失败。
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6. 读取地址X + 0x400000，判断数据是否为数据B，不是则判定失败。
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需要注意以下两点：
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* 如果通过cache读取数据，需要将cache space配置合理，否则超出space的地址将会被抛弃。
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* spi_cs0_size位配置的flash 0大小，需要小于等于flash 0的真实大小。
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以上测试程序运行时，同步使用逻辑分析仪观察sfc信号，发现cs信号符合预期，测试结果通过。
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### case10：sfc monitor信号测试
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该测试为了验证sfc monitor信号是否正常工作。
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测试流程较为简单，找到可用的gpio，将sfc monitor信号通过io matrix绑定到gpio上，使用逻辑分析已接入sfc真实信号和sfc monitor信号，触发flash操作，观察monitor信号是否与sfc真实信号保持一致。
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测试结果通过，monitor信号比真实信号晚35ns左右，波形有微小失真，但基本和真实sfc信号保持一致。
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**【注】fpga上sfc的cs线存在在引出时存在问题，将cs0信号引到了flash1，cs1信号引到了flash0，sfc正常情况下使用的cs0，即真正使用的是flash1，由于memory子板焊接的是flash1，因此fpga保持现状不变。**
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