AURIX™ TC3xx NVM是非易失性存储器学习笔记

前言

NVM是非易失性存储器（Non Volatile Memory）的简称，在这里是指MCU的内部Flash。本文首先介绍了MCU的整个memory map的分布，接着介绍NVM子系统（主要指如何访问Flash），然后介绍PFlash/DFlash的特性，分布，Flash命令等内容，最后介绍了SOTA和AB swap实现原理以及各个UCB的作用。

正文

1.Overview

TC3xx芯片最多有6个内核，每个核有自己的私有的Memory以及共有的Memory。

私有的：PSPR, DSPR, PCache, DCache, DLMU, LPB。PSPR主要用来运行RAM Code，比如说有些代码要放到RAM里面运行。DSPR主要当成SRAM来用，比如用来存放全局变量。每个内核可以通过私有的SPB总线访问自己私有的3M的Local PFlash Bank。

共有的：

其他核可以通过SRI总线访问其他核的私有Memory。

带Cache的PFLASH的地址从0x80000000开始，不带Cache的PFLASH的地址从0xA0000000开始。

不管是0x80000000还是0xA0000000他们在物理上映射到的地址都是一样的，使用0x80000000访问就会经过Cache，0xA0000000不用经过Cache。

DFlash 0和DFLash 1可以当作模拟EEPROM来用，其中DFash1可以被HSM访问，也就是说DFLASH1可以被HSM当成模拟的EEPROM来用。0xAFE00000到0xAFFFFFFF可以用来外扩FLASH时使用。

0x90000000开始是经过DCache访问核外部Ram的地址，0xB0000000是不经过DCache访问核外部Ram的地址。二者最终访问的物理地址就是0xB0000000开始的核外部Ram。

2.NVM Sub-system

DMU提供操作Flash的接口，每个CPU通过PFI总线访问Local Flash。

Prefetch Path指的是我们可以从Flash里面预取一部分指令放到Flash Prefetch Buffer里面，提高程序的运行速度。

Demand Path没有预取指令功能，通过具体地址去Flash取某一行指令，

不管是Prefetch Path还是Demand Path，在取指的时候都会有Ecc的自动纠错功能，比如我们从Flash取数据出来，中间有一位有错误，经过Ecc的自动纠错功能能把这一位给纠正过来。

DMU是操作Flash的接口部分，它有两个接口，一个是Host Command接口，一个是HSM Command接口，Host接口主要给Tricore用的，HSM接口主要给HSM操作DFlash1的时候用的。

3.PFlash和DFlash

Flash主要用来存储和运行代码的，TC3xx里面的所有Flash的Sector都是16K（Logic Sector），128个Logic Sector组成一个1M的Physical Sector。PFlash出来用来存放主核运行的代码外，还可以用来存放HSM运行的代码以及TP Code，TP Code存放在Flash，SSW启动程序里面可以调用这些TP Code。

Flash的操作都按页作为单位的，PFlash一页是32个Byte，DFlash一页是8个Byte。Write Burst指令可以一次操作8个Page。

TC2xx和TC3xx的Flash的比较。

AURIX 2G相对于AURIX 1G的主要变化点。

4.SOTA & AB SWAP

当SOTA功能激活时，PFLash被划分为两部分，一部分用来存储可执行代码（active bank），另一部分可用来读取和写入（inactive bank）。当APP更新完毕后，两个部分互换，即切换上面两种地址映射方式。在标准模式下使用PF0-1和PF4作为active bank，在Alternate模式下使用PF2-3和PF5作为active bank，就可以实现在A和B分区中写入完全相同的APP程序，以相同的地址进行运行。

需要注意的是，所有NVM操作都是通过DMU使用PFLASH的物理系统地址执行的，也就是说，NVM操作总是使用标准的地址映射，而不管选择使用哪种地址映射。“NVM操作”是一个术语，用于任何针对FLASH的命令，如程序、擦除等，但不包括读取和执行代码。

有关SOTA地址映射的参数在Flash中的UCB（User Configuration Block）中进行配置，在UCB中配置后，只有当下次MCU复位的时候才会更新配置。

AB SWAP是TC3xx新增加的功能，主要给Software update over the air (OTA)用的。

简单来讲，TC3xx里面的Flash我们可以简单的分为Bank A和Bank B，在Bank A运行程序的时候我们可以同步的去擦写Bank B，也就是说Bank A和Bank B是完全独立的，这样在应用程序运行的时候也能同步的更新应用程序。

所谓的AB Swap也就是等更新完了程序之后，可以在UCB里面修改Swap mode，程序复位后新的程序就会运行。这样的好处就是不需要bootloader也可以在线更新程序，并且在线更新程序的时候不影响当前程序的执行的。

TC3xx中Flash最大为16M，其中的7M是支持SWAP功能的。

A Bank分为A0, A1, A2

B Bank分为B0, B1, B2

在Standard模式下，程序是从A Bank开始运行的，也就是A0, A1, A2是Active Bank，当A Bank运行的时候需要程序更新，程序更新到B Bank，更新完后切换到B Bank，程序从B Bank开始运行。

没有使能AB Swap功能时，A0, A1, A2和B0, B1, B2是CPU0-5的Local Flash，CPU可以通过私有的总线访问Local Flash（速度更快），使能了AB Swap之后，CPU不能使用私有总线访问Local Flash了（速度下降），需要使用外部的SRI总线访问Flash。

TC397有7M空间可以进行AB Swap，Tx377是3M。

如果使用HSM，则在进行SWAP只想，HSM的代码也需要下载到inactive Bank里面，防止芯片锁死。

不管是Standard模式还是Alternate模式，程序的执行都是从0x80000000开始的，也就是说下载一个新的程序到B Bank，这个程序本身的地址是不需要变的，原来是0x80000000开始现在也是从0x80000000开始。

不管是Standard还是Alternate模式，在操作Flash的时候，传入的参数都必须是绝对地址。如果是从Flash里面读取数据，则需要使用相对地址。

程序在A Bank运行时，接收到新的应用程序Program到B Bank以后，接下来需要配置新的UCB_SWAP，最多可以配置16条SWAP Mode，一般来说在设置一条新的SWAP Mode以后需要把前面一条的SWAP Mode给Invalid掉。

初始化状态是使用标准地址映射，此时SOTA模式未启用。按以下步骤启用SOTA：

① 用烧写器把APP烧写进PFlash的组A地址处。

② 向MARKERL0写入0x00000055。

③ 向MARKERH0写入MARKERL0的系统地址。

④ 向CONFERMATIONL0写入0x57B5327F。

⑤ 向CONFERMATIONH0写入CONFERMATIONL0的系统地址。

⑥ 将UCB_OTP0中SWAPEN标志位置为Enable。

⑦ 重启MCU。

经过上面的步骤，就事MCU进入了SOTA模式，其中步骤②-⑤是为了启用标准地址映射。手册中给了如下的流程图供参考：

上面说的是第一次启用SOTA时的配置，下面我们就来看一下SOTA启用后，进行APP更新的步骤：

① 将新的APP写入PFlash中未激活的部分，即上文提到的Inactive Bank，并进行准确性校验。

② 如果新的APP被写入组B，则向MARKERLx.SWAP写入0x000000AA，启用Alternate地址映射模式；如果新的APP被写入组A，则向MARKERLx.SWAP写入0x00000055，启用标准地址映射模式。（x是0-15的值，从0开始向上递增，由上文可知UCB_SWAP最多能存储16组标志值，存满后再擦除重新写入。）

③ MARKERHx.ADDR、CONFIRMATIONLx.CODE和CONFIRMATIONHx.ADDR配置同上文。

④ 向CONFIRMATIONL(x-1).CODE再次写入0xFFFFFFFF，来使上一组UCB_SWAP值失效。向PFlash再次写入全1的值不会导致PFlash操作错误。

手册中给了下面这个流程图供参考:

5.UCB

参考：TC3xx芯片的UCB详解

UCB里面如果带Password，即使UCB已经Confirm了，还是可以通过输入Password擦写UCB。如果是不带Password的UCB，如果UCB配置成Confirm了，那这个UCB就无法改写了。

对于有些UCB是不可以被擦掉或者有ECC的Error，如果这个UCB被擦除或者含有ECC的Error，这个芯片可能就会被锁死。

UCB_BMHD的BMI，BMHDID，STAD，CRCCBMHD,CRCBMHD_N这5个位域不能有Uncorrectable ECC Error，否则芯片就会锁死。所以在不能在操作UCB_BMHD的时候突然掉电，或者没有擦除已有的BMHD就去写BMHD。

UCB的Confirmation Code中UNLOCKED和CONFIRMED是合法的，ERASED和ERRORED状态是Error状态。所有的UCB在出场的时候都是处于UNLOCKED状态的，在UNLOCKED状态时所有的UCB内容都是可以读出来的，包括Password。UCB在CONFIRMED状态时，除了Password其他都是可以读出来的。

UCB_BMHD主要是用来设置程序的启动地址的。UCB_BMHD_COPY主要起到一个备份的作用，比如在擦除UCB_BMHD_ORIN的时候突然掉电，导致UCB_BMHD_ORIN变成Error状态，这个时候就可以读取UCB_BMHD_COPY的内容。

BMHD0中Password是被BMHD1-3所共享的，也就是说BMHD1-3被设为Confirmed后需要通过BMHD0的Password调用disable protection去解锁其他BMHD1-3。

BMHD被写保护的条件有两个：

1.UCB_BMHDx的Confirmation状态处于CONFIRMED状态，并且Disable Protection没有被激活（通过加载UCB_BMHD0中的Password）。

2.UCB_BMHDx的confirmation状态是ERRORED。

UCB_PFLASH主要用来设置PFLASH的读写保护。PFLASH的读保护是全局的（只有一个配置项），写保护是每个Sector都能进行单独设置的，如果PFLASH读保护了，相当于也是写保护了（不让读，肯定就不能写了）。

UCB_DFLASH主要用来配置DFLASH0的模式，Single Ended Sensing还是Complement Sensing。配置RAM是否在Power On Reset后是否进行清零，以及选择那几块RAM进行清零。

UCB_SWAP主要用来配置SWAP模式的。

所有UCB的擦写是有次数限制的，这个擦写的限制是保证UCB中数据可以保存20年。在数据保存20年的前提下，对每一个UCB的擦写次数是100次，对所有UCB的擦写次数总共是500次。

审核编辑：刘清