nor flash之频率限制

背景

支持一款nor flash时，出于性能考虑，一般会查看其nor支持的最高频率以及主控端spi控制器的最高频率，以选择一个合适的运行频率。

对于一款主控支持多款flash的情况，还得考虑好兼容性等问题。

主控端的最高频率，可以查看主控的规格书，本文主要说下nor的频率限制。

让我们带着问题出发，假设我们的主控端最高spi clk为100M，那该怎么识别nor的限制，驱动又可以怎么处理？

正确识别频率限制

让我们打开nor的规格书，搜索 "freq", 很容易看到104M， 133M之类的字样 。

如图是几款flash的规格书截图。

winbond: w15q128

mxic: mx15l128

gd: gd25q127

看到这个结果是不是很开心，看起来这些flash都可以跑100M以上。那我的主控端的控制器本身最高就100M，就直接把spi clk配置成100M就可以了呗。

是这样吗？不是！

其实flash的这个频率是有例外情况的。规格书中会具体说明。下面以mxic为例截图说明。

比如对于READ命令，其频率限制是fR。

FAST READ命令，其频率限制是fC。

DUAL READ，其频率限制是fT。

QUAD READ, 其频率限制是fQ。

fR，fC，fT, fQ 分别是多少呢？规格书中也会给出一个表。

从表中可以看出，原来最普通，看起来最稳的READ命令，其实是最特殊的一个。除了READ之外的所有命令，都能支持133M。而READ只能支持可怜的50M。

看来我应该把标题取成 “震惊，nor flash最慢的一条命令竟然是…”

那下面的fT和fQ标注的84M又是什么意思？不是说都支持133M吗，怎么又冒出来一个84M？

原来双线和四线操作，要支持133M也是有条件的，需要插入dummy。也就是在关键时刻，加点空的操作，这样才能在高频率的clk下工作。

那加多少dummy合适呢，这也是明码标价童叟无欺的，直接看规格书中的表格。

解决手段

我们最开始的假定是，主控可以跑100M，那让主控跑100M的话，这些频率限制怎么解决呢？

从表格可以看出，假设主控端clk跑到100M，那么驱动里面插入8个dummy就可以使得双线四线都达到104M。

那READ只支持50M，怎么办？这个其实很好解决，既然知道READ的这个限制，那么不用它就是了。

基本nor flash都提供了双线，四线操作，驱动中应该尽量支持起来，提高性能。退一步讲即使不支持双线四线，我们还有FAST_READ命令可以用，这个是支持100M以上的。

READ并不孤单

那么看来不用READ，我们就可以在100M的频率下愉快地玩耍了是吗? 很遗憾，不是的。

多看几款规格书，我们就可以发现，READ并不孤单，有些nor flash，不止READ跑不到100M，读ID之类的命令也跑不到100M。

如果说READ还可以改用其他命令，那么READ ID对于兼容多款nor来说，基本是绕不过去的了。

怎么解决呢 ？稳定起见，驱动中只能先用低频去读出ID，再用高频做正常读写。当然如果不是量产项目，那么直接使用100M也可能是可以读出来的。

实测数据

最后补充下，目前实测到各家的这个频率限制其实是有裕量的。

规格书限制为80M的READ，实测在100M下可正常工作。

规格书限制为50M的READ，实测在75M下可正常工作，在100M下则概率性可正常工作。

规格书限制为80M的READ ID，实测在100M下可正常工作。

但以上只是在少量样片上测试的结果，实际上超出了规格书的限制范围肯定是有风险的。

真正量产的话说不定就有边界IC会出问题，所以最好还是认真读规格书，正确认识频率限制，并提前在驱动中做好处理。