痞子衡嵌入式：揭秘i.MXRT1170 eFuse空间访问可靠性的保护策略(冗余与ECC)

2023-10-30 12:23:52

关于i.MXRT系列的eFuse/OTP，痞子衡之前在介绍Boot时写过两篇，分别是针对RT1050的《eFuse及其烧写方法》和针对RT600的《OTP及其烧写方法》，今天要介绍的i.MXRT1170 eFuse其实是这两者的融合，在空间组织上(尤其是Shadow Register)更像RT1050，但是在访问可靠性保护策略上又接近RT600。关于访问可靠性保护策略，痞子衡之前没有提及，今天咱们就展开聊一聊。

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MXRT1170的eFuse空间访问可靠性保护策略。

一、eFuse基本情况

　　eFuse是i.MXRT1170内嵌的一块OTP（One Time Programmable） memory，仅可被烧写一次(这里指的是bit位从0到1不可逆)，但可以被多次读取。eFuse memory的烧写情况根据可靠性保护策略不同而不同。如果被冗余方法保护，那么eFuse是按bit被烧写的；如果是被ECC方法保护的，那么eFuse是按word被烧写的。
　　i.MXRT1170的eFuse memory用户地址空间有8Kbit（地址范围为0x900 - 0x18F0，低4bit地址位无效），分为32个BANK，每个BANK含8个word（1word = 4bytes）。下图中0x00 - 0xFF是eFuse的用户bank word索引地址，其与eFuse空间地址对应关系是：

fuse_address = user_fuse_index * 0x10 + 0x900

　　此外i.MXRT1170的eFuse memory还有额外的0.5Kbit地址空间（范围为0x800 - 0x8F0，低4bit地址位无效），用于存放厂商(NXP)配置以及一些敏感配置，其与eFuse空间地址对应关系是：

fuse_address = supp_fuse_index * 0x10

　　不管是8Kbit用户空间还是额外的0.5Kbit敏感空间，我们都是可以访问的，其index其实是统一编址的，下面这个index才是真正用于blhost工具或者OCOTP API的地址参数：

fuse_address = fuse_index * 0x10 + 0x800

　　关于i.MXRT1170的eFuse一般特性（比如Lock属性、OCOTP控制器、Shadow Register）可参考痞子衡在文章开头给出的两篇文章，这里不予赘述。

二、eFuse烧写方法

　　有三种方法或工具可以帮助烧写eFuse，我们以烧写和回读eFuse地址0xA80（MAC1_ADDR）为例，将0x12345678烧写进MAC1_ADDR并回读。根据上面公式我们可以得出 fuse_index = (fuse_address - 0x800) / 0x10 = 0x28，这个fuse_index便是底下我们传给烧写工具的地址。

2.1 blhost工具

　　blhost是个上位机命令行工具，其能正常工作的前提是预先加载一个特殊flashloader程序（\SDK_x.x.x_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\bootloader_examples\flashloader）进MCU来实现eFuse烧写，flashloader中集成了OCOTP驱动。关于blhost使用方法，详见痞子衡Boot系列文章，这里仅列出两个命令：

\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win> .\blhost.exe -u -- efuse-program-once 0x28 12345678
\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win> .\blhost.exe -u -- efuse-read-once 0x28

2.2 OCOTP驱动

　　如果你觉得blhost工具这一套太复杂，可以直接借助SDK包里的ocotp例程（\SDK_x.x.x_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\driver_examples\ocotp），代码也是非常简单清晰：

#include "fsl_ocotp.h"

int main(void)
{
    status_t status = kStatus_Success;
    uint32_t fuseData = 0U;

	/* 初始化OCOTP模块 */
	OCOTP_Init(OCOTP, 0U);

	/* 将word数据（0x12345678）写入fuse index为0x28的eFuse memory里 */
	status = OCOTP_WriteFuseShadowRegister(OCOTP, 0x28, 0x12345678);

	/* 从fuse index为0x28的eFuse memory处读出一个word*/
	status = OCOTP_ReadFuseShadowRegisterExt(OCOTP, 0x28, &fuseData, 1);
}

2.3 MCUBootUtility工具

　　如果你觉得blhost使用不友好，OCOTP驱动又需要改代码和下载运行，那么还有一个工具可以帮到你，那就是痞子衡开发的MCUBootUtility图形界面工具，小白都能轻松上手烧写eFuse：

三、访问可靠性保护策略

　　eFuse的特性其实主要是OCOTP模块决定的，翻开i.MXRT1170参考手册的OCOTP章节的Features小节，可以看到其比RT1050 OCOTP多了如下这三行：

• Supports ECC mode programming and reading for MTR fuse words by SkyBlue IPS bus
• Supports ECC mode programming and reading for all the user fuse words
• Supports redundancy mode programming and reading for all the supplementary fuse words

　　简单地说就是eFuse空间被分成了两类，一类受ECC保护，一类受redundancy(冗余)保护，这是本文要介绍的重点。

3.1 冗余保护

　　redundancy(冗余)保护是比较简单的访问可靠性保护策略，这个策略基本设计思想就是冗余，将fuse word一分为二，低16bit是用户操作区，高16bit是系统冗余区。烧写时用户只需要管低16bit，高16bit则由系统自动完成复制烧写。回读时得到的结果则是低16bit与高16bit的或(OR)结果。这样的好处就是除非用户操作区(低16bit)和系统冗余区(高16bit)均发生错误才会导致访问不可靠。
　　redundancy(冗余)保护虽然一定程度上提高了访问可靠性，但代价是牺牲了一半存储空间，所谓鱼和熊掌不可兼得，这个也是可以理解的。下面这些eFuse区域是受redundancy(冗余)保护的，从功能上看这些区域是按bit定义的，功能比较分散，所以存在多次烧写的需求，适用redundancy(冗余)保护。

3.2 ECC保护

　　ECC保护是相对复杂的访问可靠性保护策略，ECC算法是采用经典的SEC-DED（纠正1bit，检查2bit），每个fuse word算出一个ECC校验值（7bit），这个校验值紧跟着存在efuse word后面（bit31:0是用户区，bit38:32是ECC区），ECC区无法被用户直接访问。如果在回读时发生ECC错误，可在HW_OCOTP_OUT_STATUS0寄存器（这是RT1170 OCOTP模块新增的寄存器）里如下bit找到信息。

　　ECC保护极大地提高了访问可靠性，但综合eFuse特点其代价就是整个fuse word仅可被烧写一次（即使你一次只改一个bit）。下面这些eFuse区域是受ECC保护的，不过从功能上看这些区域功能比较单一，一般都是一次性烧写，所以也适用ECC保护。

　　至此，恩智浦i.MXRT1170的eFuse空间访问可靠性保护策略痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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