且看L-MEM ECC如何守護i.MXRT1170從核CM4

大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是恩智浦i.MXRT1170 上Cortex-M4內核的L-MEMECC功能。

本篇是 《簡析 i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC 功能特點、開啟步驟、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 模塊負責，那麼從核 Cortex-M4 的 TCM 有沒有 ECC 呢？如果有的話，是由哪個模塊負責的呢？本篇給你解答。

老規矩先來看一下 Cortex-M4 下的系統內存映射表，不同類型的存儲由不同的 ECC 控制器來守護，從表中看，CM4 的 TCM 也是有 ECC 功能的，ECC 功能集成在了 L-MEM 控制器裡，所以今天我們來聊一聊 L-MEM 的 ECC 功能。

一、L-MEM ECC 功能簡介

1.1 L-MEM 特點

我們先來看下 i.MXRT1170 的 CM4 內核系統框圖，L-MEM 是專門為 CM4 內核設計的，其管理的 TCM 空間僅能由 CM4 訪問。在框圖中，L-MEM 中物理 SRAM 總大小是 256KB，細心的你可能發現了上面那張系統內存映射表中還有個 256KB OCRAM(M4)，這個 OCRAM 與 L-MEM 是什麼聯繫？其實它倆指向的是同一塊物理 SRAM，只不過 CM4 內核是從 TCM 地址空間直接訪問 SRAM，而從 OCRAM(M4)地址空間去訪問 SRAM 相當於多繞了一級（速度變慢，所以不建議 CM4 訪問 OCRAM(M4)空間，這個地址空間主要是給 CM7 訪問的）。

我們知道支持 ECC 功能，需要有額外空間來存儲 ECC 校驗值，那麼 L-MEM 的 ECC 校驗值是存在哪裡的呢？關於這個細節在下一節裡展開聊。

1.2 關於 ECC 設計細節

關於 ECC 基本概念，參看《簡析 i.MXRT1170 Cortex-M7 FlexRAM ECC 功能特點、開啟步驟、性能影響》 的 1.2 節，這裡不予贅述。

1.2.1 ECC 檢驗能力

L-MEM 中每 4bytes 數據就會計算出一個 ECC 校驗值（7bits），ECC 校驗值都被放在了 ECC RAM 區域裡。這裡必須要特別介紹一下 ECC RAM 區域，不同於 FlexRAM ECC 會有專門的獨立 RAM 空間用於存放 ECC 校驗值，L-MEM 的 ECC 校驗值是緊跟著放在每個 32bit 數據後面的，用戶訪問到的 L-MEM 是 32bit 數據線，但其實芯片內部設計 L-MEM 是 39bit 數據線，其中高 7bit 就是專門用來存放 ECC 校驗值的。

存儲類型ECC 校驗數據塊大小ECC 校驗值長度ECC 校驗能力 Raw NAND512 bytes4 bytes5-bit 檢錯，4-bit 糾錯 L-MEM4bytes7bits2-bit 檢錯，1-bit 糾錯

1.2.2 ECC 錯誤觸發處理

關於 ECC 錯誤處理，可根據如下 MCM 寄存器（不要懷疑，L-MEM ECC 的控制就是在 MCM 裡實現的）來操作，首先當然是在 LMPECR 寄存器中使能 multi-bit ECC Error，當有 2-bit 及以上錯誤發生時，系統會觸發 NonMaskableInt_IRQn（中斷號是 -14），在中斷處理程序裡找到相應的發生 ECC 錯誤的地址，對這個地址重新寫一次初始化數據（按 ECC 校驗塊長度一次性寫入），最後清除 LMPEIR 寄存器裡的相應狀態位。

需要注意的是，上述處理流程僅對 L-MEM 中存放的是普通業務數據且發生 ECC 錯誤時有效，如果 ECC 錯誤發生在關鍵代碼段或變量段中，這個處理是不適用的，因為這種 ECC 錯誤可能會造成程序崩潰。

OffsetRegister 400hTCRAML ECC control Register (LMDR0) 404hTCRAMU ECC control register (LMDR1) 480hLocal Memory Parity & ECC Control Register (LMPECR) 488hLocal Memory Parity & ECC Interrupt Register (LMPEIR)

二、開啟 L-MEM ECC 的步驟

L-MEM ECC 需要按照標準步驟去開啟，需要特別注意的是開啟 ECC 操作的代碼不能放在待開啟 ECC 的 L-MEM 空間裡，因此不管是 XIP 還是 Non-XIP 應用程序，最好是用一個二級 loader（這個 loader 可以鏈接在固定 OCRAM1/2 空間裡，或者 XIP）來完成 ECC 開啟操作然後再加載應用程序執行。痞子衡給瞭如下示例 loader 代碼工程，代碼裡主要有四個步驟：

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，默認是沒有激活 L-MEM ECC 特性的，如果需要開啟 L-MEM ECC，需要燒寫 efuse，fusemap 中 0x840[2]對應的是 MECC_ENABLE bit，這個 bit 不僅控制 MECC 模塊，也同時控制了 L-MEM ECC 特性，我們需要將這個 bit 燒寫成 1，才能激活 L-MEM ECC 特性。

2.2 使能 L-MEM 的 ECC

現在需要使能 L-MEM ECC，在 i.MXRT1170 參考手冊裡的 MCM 章節可以找到 LMDR0/1 寄存器定義，其中 bit3 就是用來分別控制 TCRAML（對應 ITCM）和 TCRAMU（對應 DTCM）的 ECC 開關。特別注意，這裡的 MCM 模塊寄存器僅能在 CM4 下被訪問。

操作函數代碼如下：

<code> 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}/<code>

2.3 初始化 L-MEM 的 ECC 值

L-MEM ECC 開啟了之後，此時還不能隨機訪問 L-MEM，因為初始 ECC 校驗值還沒有填充，如果這時候去讀 L-MEM 會產生錯誤。我們首先需要將會用到的 L-MEM 空間全部初始化一遍（就是以 ECC 校驗數據塊大小對齊方式從頭到尾寫入一遍，寫入內容不限，正常用全 0）。

操作函數代碼如下：

<code> 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}
/<code>

2.4 加載應用程序執行

當 L-MEM 初始 ECC 校驗值已經被填充之後，此時便可以正常隨機讀寫 L-MEM 了。如果此時加載的是一個在 ITCM 裡執行並且 data 段在 DTCM 裡的應用程序，可以參考痞子衡前面給出的示例 loader 工程。

這是 loader 工程完整主函數代碼，其中 memcpy 那一句代碼裡的 cm4_app_code 是應用程序 binary 數組（用 Python 腳本將應用程序工程生成的 .bin 文件轉換成 C 語言數組放到 loader 工程源文件裡）。

<code> 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}
/<code>

三、ECC 對內存訪問性能的影響

L-MEM 開了 ECC 後，訪問性能會有一定降低，畢竟數據訪問中插入了額外的 ECC 校驗工作，不過據說影響非常小。我們來做個測試，痞子衡就用經典的 benchmark 程序（Coremark）來測試 ECC 對 L-MEM 的影響，測試工程如下：

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 內核最高可以配置到 480MHz，但是開了 L-MEM ECC 後，為了保證訪問可靠性，此時 CM4 內核最好是工作在 360MHz，下面的 coremark 結果也是在 360MHz 主頻下得到的：

Benchmark 類型L-MEM ECC 開關Benchmark 結果 coremark關閉Total ticks : 813867
Total time (secs): 25.433344
Iterations/Sec : 1179.553907
Iterations : 30000
CoreMark 1.0 : 1179.553907 coremark開啟Total ticks : 813868
Total time (secs): 25.433375
Iterations/Sec : 1179.552458
Iterations : 30000
CoreMark 1.0 : 1179.552458

從 benchmark 結果來看，ECC 是否開啟對性能影響特別小，可以忽略，當然 benchmark 測試並不是特別精確地反映了性能影響，底下有空痞子衡會再專門用 memcpy 函數來測試性能影響。

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