SPI协议分析仪的使用介绍及flash无法启动两种案例分析_mx25l25645gm2i-08g

SPI协议分析仪的使用介绍及案例分析
一、协议分析仪介绍
Kingst LA5016 USB 协议分析仪，支持众多标准协议解析，包括：UART/RS232/485，I2C,SPI,CAN,SMBUS等等。支持100MHZ的最大采用率，常用的SPI速率50M、16M均能测试

Kingst LA5016 USB 协议分析仪支持16通道，在硬件连接时可以随意接，然后在软件中配置每PIN的定义，以图中SPI协议为例，配置CH0 CS、CH1 CLK、CH2 MOSI、CH3 MISO。
图中标注了采样率、采样深度、开始、暂停等按键，在软件右边解析器中可以加入SPI、I2C、UART、MDIO等等，图中是抓取MOC卡开机时，CPU从flash中读取FW的过程，在右下角显示解析出的十六进
![

二、案例分析
针对国产CPU的BIOS出现的问题，带外刷新BIOS,重启OS无法再次进入系统，BIOS无法启动
三、分析过程
1、在产品关机状态下，带外刷新BIOS FW，刷新完成后，通过BMC串口发开机指令，BIOS不启动；
2、在上述情况下，对BIOS flash的 reset PIN，手动拉低后，再次发开机指令，BIOS 启动；
3、在设备开机状态下，带外刷新BIOS FW后，系统下reboot后，BIOS不启动；手动对reset PIN拉低后，再次按reset button后，BIOS可以启动；
初步结论：在BMC刷新flash后，需要对flash进行复位后，BIOS才能正常加载。
4、产品上flash型号：MX25L25645GM2I-08G，CPU通过BMC的SPI Pass through连接至flash；Flash除SPI信号连接至BMC外，另外的RESET和WP信号10K上拉；与公司一款intel CPU产品架构相同；
5、对MX25L25645GM2I-08G和MX25L25635FMI-10G(intel CPU上用的flash芯片)的指令进行比对，无差别，基本功能都是一致的，芯片ID都是一值的，45是35的升级换代产品。
初步结论： 硬件上与intel产品选料及设计无区别。
6、在BMC刷新BIOS之后，reset CPU后，CPU与flash交互的波形，如左图；在产品断电重启之后，CPU与flash交互的波形，如右图。


7、CPU启动后会通过发送0x03指令从flash内部读取数据，在第一次无返回数据后，会再次发送，连续发送5次，若无数据，不再发送。正常启动时，会在第二次flash的SO返回数据，如右图，异常现象如左图，一直无数据返回。
初步结论：在CPU启动时，从flash内部读取数据指令相同，区别是flash有没有返回，排除CPU端的影响。
8、抓取Intel的CPU、国产CPU产品启动时读取flash的指令与MOC2.0 Intel CPU启动时读取flash的指令进行对比；
(1)intel CPU在读取时会先读取flash的 JEDEC Flash Parameter信息，其中包括flash支持ADDRESS mode，然后用0X03指令读数据，ADDRESS MODE 为3字节；
(2)国产产品不会读取flash的 JEDEC Flash Parameter ，直接用0X03指令读数据，ADDRESS MODE为3字节。
9、intel CPU产品的烧写过程

国产产品的BIOS Fflash烧写过程：

初步结论：flash address mode默认是3字节，intel 产品在烧写及启动时，均是3字节；国产产品在烧写时切成4字节，直接开机时，国产CPU端默认要求是3字节，从而出现无法启动的情况。

四、结论及解决措施
问题根因： BMC烧录过程中，将ADDRESS mode设置为4 byte；CPU端只支持3 byte。
解决措施：在BMC烧录后将addrese mode还原成3 byte，通过soft reset或者发exit 4 byte mode指令。

五、另一flash无法启动的案例

FPGA芯片 可以匹配的flash清单中包括Macronix 的MX66U1G4芯片；
对芯片通过烧录器离线烧录FPGA FW .bin文件后，焊接在板子上，开机后FPGA FW没有正常加载，通过vivado 软件JTAG 烧录.mcs后，才能正常工作。
但在使用MICRON芯片MT25QU01时，无上述问题。
1、MICRON芯片MT25QU01GBBB8 离线烧录后贴片，开机FPGA正常加载无问题，已批量验证；
2、Macronix 的MX66U1G4芯片作为替代料进行验证，两种方式更新FW后，FPGA FW均无法正常加载， 一种是使用烧录工具离线烧录，另一种是在线通过BMC更新；
3、选用3张MX66U1G4芯片FPGA无法加载的卡子，用Vivado软件通过JTAG更新FPGA FW后，重启后，FPGA FW可以正常加载；
4、对此量测正常板卡与异常板卡，开机启动时的SPI波形差异点，总结如下：
(1)正常板卡，起始时CLK频率为2.5MHz，600us后频率改为5MHz；但异常板卡，CLK频率始终为2.5MHz；

（2）正常板卡，FLASH_SPI_D1_{FLASH_SPI_D3开机时有数据；异常板卡，FLASH_SPI_D1}FLASH_SPI_D3开机时没有数据；

3）正常板卡与异常板卡，FLASH_SPI_CLK、FLASH_SPI_D0启动时140us的数据是相同的；

分析结论：在FPGA启动时，通过Single SPI从flash读取信息，然后通过Quad SPI从flash中读取信息，异常板卡的flash不支持Quad SPI模式，从而导致无法读出数据；
系统上电后要使用4byte Quad I/O read，需要在板厂烧录时，在烧录软件中将flash QE bit提前置位；
Flash的配置位支持软件设置，在BMC更新flash FW时，也可以设置，设置后即使断电也不会消失。

总结：上述讲述两种flash无法启动案例，一种是address mode不匹配，另一种为QE未使能。