痞子衡嵌入式：簡析i.MXRT1170 Cortex-M4 L-MEM ECC功能特點、開啟步驟、性能影響

　　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-MEM ECC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下的系統記憶體映射表，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控制器里，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記憶體映射表中還有個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里展開聊。

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區域里。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，但其實晶元內部設計L-MEM是39bit數據線，其中高7bit就是專門用來存放ECC校驗值的。

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里實現的）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），在中斷處理程式里找到相應的發生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寄存器里的相應狀態位。
　　需要註意的是，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數段中，這個處理是不適用的，因為這種ECC錯誤可能會造成程式崩潰。

二、開啟L-MEM ECC的步驟

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

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

　　晶元出廠，預設是沒有激活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.MXRT1170參考手冊里的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。特別註意，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：

void enable_lmem_tcm_ecc(void)
{
    // Check eFuse 0x840[2] - MECC_ENABLE bit
    while (!(OCOTP->HW_OCOTP_FUSE004 & 0x4));

    // MCM->LMPECR[9,1] - Enable TCRAM ECC 1-bit/Multi-bit IRQ
    *(uint32_t *)0xE0080480 |= 0x303;

    // MCM->LMDR0[3] - Enable TCRAML ECC
    *(uint32_t *)0xE0080400 |= 0x0B;        /* Enable CM4 TCRAM_L ECC */
    // MCM->LMDR1[3] - Enable TCRAMU ECC
    *(uint32_t *)0xE0080404 |= 0x0B;        /* Enable CM4 TCRAM_U ECC */
}

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：

#define ITCM_START   0x1FFE0000
#define ITCM_SIZE    (128*1024U)
#define DTCM_START   0x20000000
#define DTCM_SIZE    (128*1024U)

void init_lmem_itcm_ecc(void)
{
    for (uint32_t i = 0; i < ITCM_SIZE; i += sizeof(uint32_t))
    {
        *(uint32_t *)(ITCM_START + i) = 0;
    }
}

void init_lmem_dtcm_ecc(void)
{
    for (uint32_t i = 0; i < DTCM_SIZE; i += sizeof(uint32_t))
    {
        *(uint32_t *)(DTCM_START + i) = 0;
    }
}

2.4 載入應用程式執行

　　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。如果此時載入的是一個在ITCM里執行並且data段在DTCM里的應用程式，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那一句代碼里的cm4_app_code是應用程式binary數組（用Python腳本將應用程式工程生成的.bin文件轉換成C語言數組放到loader工程源文件里）。

#define APP_START 0x1FFE0000U

int main(void)
{
    enable_lmem_tcm_ecc();
    init_lmem_itcm_ecc();
    init_lmem_dtcm_ecc();

    // Copy image to RAM.
    memcpy((void *)APP_START, cm4_app_code, APP_LEN);
    
    uint32_t appStack = *(uint32_t *)(APP_START);
    uint32_t appEntry = *(uint32_t *)(APP_START + 4);

    // Turn off interrupts.
    __disable_irq();

    // Set the VTOR to default.
    SCB->VTOR = APP_START;

    // Memory barriers for good measure.
    __ISB();
    __DSB();

    // Set main stack pointer and process stack pointer.
    __set_MSP(appStack);
    __set_PSP(appStack);

    // Jump to app entry point, does not return.
    void (*entry)(void) = (void (*)(void))appEntry;
    entry();
}

三、ECC對記憶體訪問性能的影響

　　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程式（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，下麵的coremark結果也是在360MHz主頻下得到的：

　　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~~~

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