
// openocd/src/flash/nor/fespi.c

static int fespi_erase_sector(struct flash_bank *bank, int sector)
{

...

	retval = fespi_tx(bank, fespi_info->dev->erase_cmd);    //★ブロック64K消去コマンド（4バイトアドレスを期待）
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	sector = bank->sectors[sector].offset;
	retval = fespi_tx(bank, sector >> 16);    //★アドレス（3バイトしか送っていない）
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_tx(bank, sector >> 8);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_tx(bank, sector);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;

消去コマンドは0xdc（4BER64Kコマンド）で4バイトアドレスを期待していますが、今のOpenOCDの実装は3バイトアドレスを渡しています。これでは動作しません。最初に動作確認したログを覚えているでしょうか？改めて見直すと、

flash probe実行時の警告

$ riscv64-zephyr-elf-gdb

(gdb) set arch riscv:rv64

The target architecture is assumed to be riscv:rv64

(gdb) target remote :3333

Remote debugging using :3333

(gdb) monitor reset halt

JTAG tap: riscv.cpu tap/device found: 0x20000913 (mfg: 0x489 (SiFive Inc), part: 0x0000, ver: 0x2)

★★monitor xxxxはremote monitor（この場合OpenOCD）へのコマンドと解釈される

(gdb) monitor flash probe 0

Found flash device 'issi is25wp256d' (ID 0x0019709d)
device needs paging or 4-byte addresses - not implemented    ★★ん？なんだこれ
flash 'fespi' found at 0x20000000

OpenOCDが4バイトアドレスには対応していないよ、という警告を出していました。なるほど、やっと警告の意味がわかりました。

書き込みはどうして動くのか？

Unleashedの消去コマンドが動作しない理由はわかりましたが、まだいくつか不思議な点が残っています。

Unleashedで書き込みできるのはなぜ？: 書き込みコマンドとして0x02（PPコマンド）を決め打ちしているためです。PPコマンドは3バイトアドレスを期待するので正常に動作します。ただし16MB以降には書き込みできないので、今の実装は十分とは言えません。
HiFive1が正常に書き換え、消去ができるのはなぜ？: 搭載されているSPI Flashの型番が違うためです。HiFive1はISSI IS25LP032を搭載しています。SPI Flashのパラメータリストを見るとerase_cmd = 0xd8（BER64Kコマンド）になっていて、BER64Kコマンドは3バイトアドレスを期待するので正常に動作します。容量も小さいので3バイトアドレスで十分です。

比較しやすいようにSPI FlashのパラメータリストのうちHiFive1とHiFive Unleashedに関わるところだけ抜粋しておきます。

SPI Flashのパラメータを保持している配列の定義


// openocd/src/flash/nor/spi.c

const struct flash_device flash_devices[] = {
	/* name, read_cmd, qread_cmd, pprog_cmd, erase_cmd, chip_erase_cmd, device_id,
	 * pagesize, sectorsize, size_in_bytes */
	FLASH_ID("st m25p05",           0x03, 0x00, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x00102020, 0x80,  0x8000,  0x10000),

...

	//★HiFive1が搭載しているFlash
	FLASH_ID("issi is25lp032",      0x03, 0x00, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x0016609d, 0x100, 0x10000, 0x400000),

...

	//★HiFive Unleashedが搭載しているFlash
	FLASH_ID("issi is25wp256d",     0x13, 0xec, 0x12, 0xdc, 0xc7, 0x0019709d, 0x100, 0x10000, 0x2000000),

...

結論としてはOpenOCDの実装を変えないとHiFive UnleashedのSPI Flashの書き込み、消去は正常に行えないことがわかりました。手順では回避不可能です。

編集者:すずき(2023/09/24 09:18)

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2021年7月8日

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OpenOCDとHiFive UnleashedのSPI Flashその4 - OpenOCDのSPI Flashドライバの仕組み（消去編）

目次: OpenOCD

いよいよ、正常に動かないSPI Flashの消去を見ます。消去は書き込みと違い大量にデータを書く必要がなく、ヘルパープログラムを使った実装はありません。前回紹介したJTAGでSPIを直接制御する方法（簡易版）と似た処理です。

消去の方法

SPI Flashの消去には3種類あります。ブロック消去に対応していないデバイスもあるようです。ややこしいことに統一された名前がないらしくて、メーカーによっては大きな消去単位をセクタと呼んでいます（Micronがそうだった）。なんじゃそりゃ、訳がわからんから統一してくれ〜。

全消去
ブロック（セクタ）消去: いくつかのセクタをまとめたブロック単位で消去します、64KBか32KBです
セクタ（サブセクタ）消去: セクタ単位で消去します、デバイスによりますが4KB程度です

細かい名前は覚えても意味がない（メーカーによって違うのでどうでも良い）ので、全部消す、大サイズで消す、小サイズで消す、くらいの理解で十分だと思います。

消去の処理

前置きはこれくらいにして、消去処理のコードを見ましょう。

消去処理


// openocd/src/flash/nor/fespi.c

static int fespi_erase_sector(struct flash_bank *bank, int sector)
{
	struct fespi_flash_bank *fespi_info = bank->driver_priv;
	int retval;

	retval = fespi_tx(bank, SPIFLASH_WRITE_ENABLE);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_txwm_wait(bank);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;

	if (fespi_write_reg(bank, FESPI_REG_CSMODE, FESPI_CSMODE_HOLD) != ERROR_OK)    //★CE# 信号をLowにする（負論理、処理の開始を示す）
		return ERROR_FAIL;
	retval = fespi_tx(bank, fespi_info->dev->erase_cmd);    //★ブロック64K消去コマンド
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	sector = bank->sectors[sector].offset;
	retval = fespi_tx(bank, sector >> 16);    //★アドレス
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_tx(bank, sector >> 8);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_tx(bank, sector);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	retval = fespi_txwm_wait(bank);    //★送信し終わるまで待つ
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;
	if (fespi_write_reg(bank, FESPI_REG_CSMODE, FESPI_CSMODE_AUTO) != ERROR_OK)    //★CE# 信号をHighにする（負論理、処理の終了を示す）
		return ERROR_FAIL;

	retval = fespi_wip(bank, FESPI_MAX_TIMEOUT);
	if (retval != ERROR_OK)
		return retval;

	return ERROR_OK;
}

ページ書き込みのときはコマンドが決め打ちでしたが、セクター消去ではコマンドが変数になっています。この変数が持つ値は、前回も紹介したSPI Flashのパラメータリストに載っています。もう一度掲載します。

SPI Flashのパラメータを保持している配列の定義


// openocd/src/flash/nor/spi.c

const struct flash_device flash_devices[] = {
	/* name, read_cmd, qread_cmd, pprog_cmd, erase_cmd, chip_erase_cmd, device_id,
	 * pagesize, sectorsize, size_in_bytes */
	FLASH_ID("st m25p05",           0x03, 0x00, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x00102020, 0x80,  0x8000,  0x10000),

...

	//★HiFive1が搭載しているFlash
	FLASH_ID("issi is25lp032",      0x03, 0x00, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x0016609d, 0x100, 0x10000, 0x400000),
	FLASH_ID("issi is25lp064",      0x03, 0x00, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x0017609d, 0x100, 0x10000, 0x800000),
	FLASH_ID("issi is25lp128d",     0x03, 0xeb, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x0018609d, 0x100, 0x10000, 0x1000000),
	FLASH_ID("issi is25wp128d",     0x03, 0xeb, 0x02, 0xd8, 0xc7, 0x0018709d, 0x100, 0x10000, 0x1000000),
	FLASH_ID("issi is25lp256d",     0x13, 0xec, 0x12, 0xdc, 0xc7, 0x0019609d, 0x100, 0x10000, 0x2000000),
	//★HiFive Unleashedが搭載しているFlash
	FLASH_ID("issi is25wp256d",     0x13, 0xec, 0x12, 0xdc, 0xc7, 0x0019709d, 0x100, 0x10000, 0x2000000),

...

HiFive Unleashedが搭載しているSPI Flashの品番はISSI IS25WP256Dですから、erase_cmdは0xdcです。SPI Flashのデータシートを見ると0xdcはBLOCK ERASE OPERATIONの4BER64Kコマンドです。

コマンドとアドレス指定

コードを見たときにお気づきかもしれませんが、SPI Flashの書き込みや消去で渡しているアドレスは3バイトしかなく、最大で16MBまでしか扱えません。一方HiFive Unleashedが搭載しているSPI Flashの容量は256Mbit = 32MBです。

足りないですね？どうやって16MB以降の消去や書き込みを行うのでしょうか？方法は3つあるようです。

バンク切替: アドレスの始点を変えて3バイトアドレスコマンドを使う
モード切替: 3バイトアドレスコマンドに4バイトアドレスを渡せる
別コマンド: 4バイトアドレスコマンドを使う

OpenOCDは3番目を期待しているようです。なぜかというと4BER64Kコマンドは4バイトアドレスを期待するコマンドだからです。

4BER64Kコマンド仕様

データシートから抜粋したコマンドの仕様は上記の通りです。アドレスを4バイト送ってくることを期待しています。しかし実装は3バイトしかアドレスを送っていません。うーん、何かおかしいですね？

編集者:すずき(2023/09/24 09:17)

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2021年7月7日

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OpenOCDとHiFive UnleashedのSPI Flashその3 - OpenOCDのSPI Flashドライバの仕組み（書き込み編、簡易版）

目次: OpenOCD

フラッシュの書き込みは、ヘルパープログラムを使うタイプ（上記で追いかけた方）と、SPIを直接制御する方があります。高速に書き込めるのはヘルパープログラムを使うタイプですが、わかりやすいのはSPIを直接制御するタイプです。そちらも見てみましょう。

OpenOCDのSPI Flash書き込みドライバ（SiFive SPI用）


// openocd/src/flash/nor/fespi.c

static int fespi_write(struct flash_bank *bank, const uint8_t *buffer,
		uint32_t offset, uint32_t count)
{

...

	struct working_area *algorithm_wa;
	if (target_alloc_working_area(target, sizeof(algorithm_bin),
				&algorithm_wa) != ERROR_OK) {
		LOG_WARNING("Couldn't allocate %zd-byte working area.",
				sizeof(algorithm_bin));
		algorithm_wa = NULL;
	} else {
		retval = target_write_buffer(target, algorithm_wa->address,
				sizeof(algorithm_bin), algorithm_bin);    //★ヘルパープログラム本体algorithm_binをターゲットのメモリに書く
		if (retval != ERROR_OK) {
			LOG_ERROR("Failed to write code to " TARGET_ADDR_FMT ": %d",
					algorithm_wa->address, retval);
			target_free_working_area(target, algorithm_wa);
			algorithm_wa = NULL;
		}
	}

...

	page_offset = offset % page_size;
	/* central part, aligned words */
	while (count > 0) {
		/* clip block at page boundary */
		if (page_offset + count > page_size)
			cur_count = page_size - page_offset;
		else
			cur_count = count;

		if (algorithm_wa)
			retval = steps_add_buffer_write(bank, as, buffer, offset, cur_count);    //★バッファに書き込むデータを追加する（通常はこちら）
		else
			retval = slow_fespi_write_buffer(bank, buffer, offset, cur_count);    //★JTAGからSPIを直接操作して書き込むモード（遅い）
		if (retval != ERROR_OK)
			goto err;

		page_offset = 0;
		buffer += cur_count;
		offset += cur_count;
		count -= cur_count;
	}

	//★ヘルパープログラムに書き込むデータを全部渡し、フラッシュに書き込みしてもらう
	if (algorithm_wa)
		retval = steps_execute(as, bank, algorithm_wa, data_wa);

...

ここまでは前回と同じです。前回はsteps_add_buffer_write() とsteps_execute() が活躍しましたが、今回はslow_fespi_write_buffer() の方を見ます。

JTAGからSPIを直接操作して書き込むモード（簡単、遅い）


static int slow_fespi_write_buffer(struct flash_bank *bank,
		const uint8_t *buffer, uint32_t offset, uint32_t len)
{
	uint32_t ii;

	if (offset & 0xFF000000) {
		LOG_ERROR("FESPI interface does not support greater than 3B addressing, can't write to offset 0x%" PRIx32,
				offset);
		return ERROR_FAIL;
	}

	/* TODO!!! assert that len < page size */

	fespi_tx(bank, SPIFLASH_WRITE_ENABLE);
	fespi_txwm_wait(bank);

	if (fespi_write_reg(bank, FESPI_REG_CSMODE, FESPI_CSMODE_HOLD) != ERROR_OK)    //★CE# 信号をLowにする（負論理、処理の開始を示す）
		return ERROR_FAIL;

	fespi_tx(bank, SPIFLASH_PAGE_PROGRAM);    //★PPコマンド = 0x02

	fespi_tx(bank, offset >> 16);    //★アドレス
	fespi_tx(bank, offset >> 8);
	fespi_tx(bank, offset);

	for (ii = 0; ii < len; ii++)    //★データ
		fespi_tx(bank, buffer[ii]);

	fespi_txwm_wait(bank);    //★送信し終わるまで待つ

	if (fespi_write_reg(bank, FESPI_REG_CSMODE, FESPI_CSMODE_AUTO) != ERROR_OK)    //★CE# 信号をHighにする（負論理、処理の終了を示す）
		return ERROR_FAIL;

	keep_alive();

	return ERROR_OK;
}


// openocd/src/flash/nor/spi.h

/* SPI Flash Commands */
#define SPIFLASH_READ_ID		0x9F /* Read Flash Identification */
#define SPIFLASH_READ_MID		0xAF /* Read Flash Identification, multi-io */
#define SPIFLASH_READ_STATUS	0x05 /* Read Status Register */
#define SPIFLASH_WRITE_ENABLE	0x06 /* Write Enable */
#define SPIFLASH_PAGE_PROGRAM	0x02 /* Page Program */    //★コマンドはこれ

...

コマンド、データ、待機、たったこれだけです。前回はヘルパープログラムの制御などが出てきて複雑でしたが、実はSPI Flashの制御だけ見ると非常にシンプルです。

編集者:すずき(2023/09/24 09:17)