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[esp-idf] / components / spi_flash / include / esp_spi_flash.h
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2 //
3 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
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5 // You may obtain a copy of the License at
6
7 //     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
8 //
9 // Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
10 // distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
11 // WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
12 // See the License for the specific language governing permissions and
13 // limitations under the License.
14
15 #ifndef ESP_SPI_FLASH_H
16 #define ESP_SPI_FLASH_H
17
18 #include <stdint.h>
19 #include <stdbool.h>
20 #include <stddef.h>
21 #include "esp_err.h"
22 #include "sdkconfig.h"
23
24 #ifdef __cplusplus
25 extern "C" {
26 #endif
27
28 #define ESP_ERR_FLASH_BASE       0x10010
29 #define ESP_ERR_FLASH_OP_FAIL    (ESP_ERR_FLASH_BASE + 1)
30 #define ESP_ERR_FLASH_OP_TIMEOUT (ESP_ERR_FLASH_BASE + 2)
31
32 #define SPI_FLASH_SEC_SIZE  4096    /**< SPI Flash sector size */
33
34 #define SPI_FLASH_MMU_PAGE_SIZE 0x10000 /**< Flash cache MMU mapping page size */
35
36 /**
37  * @brief  Initialize SPI flash access driver
38  *
39  *  This function must be called exactly once, before any other 
40  *  spi_flash_* functions are called.
41  *  Currently this function is called from startup code. There is
42  *  no need to call it from application code.
43  *
44  */
45 void spi_flash_init();
46
47 /**
48  * @brief  Get flash chip size, as set in binary image header
49  *
50  * @note This value does not necessarily match real flash size.
51  *
52  * @return size of flash chip, in bytes
53  */
54 size_t spi_flash_get_chip_size();
55
56 /**
57  * @brief  Erase the Flash sector.
58  *
59  * @param  sector  Sector number, the count starts at sector 0, 4KB per sector.
60  *
61  * @return esp_err_t
62  */
63 esp_err_t spi_flash_erase_sector(size_t sector);
64
65 /**
66  * @brief  Erase a range of flash sectors
67  *
68  * @param  start_address  Address where erase operation has to start.
69  *                                  Must be 4kB-aligned
70  * @param  size  Size of erased range, in bytes. Must be divisible by 4kB.
71  *
72  * @return esp_err_t
73  */
74 esp_err_t spi_flash_erase_range(size_t start_address, size_t size);
75
76
77 /**
78  * @brief  Write data to Flash.
79  *
80  * @note For fastest write performance, write a 4 byte aligned size at a
81  * 4 byte aligned offset in flash from a source buffer in DRAM. Varying any of
82  * these parameters will still work, but will be slower due to buffering.
83  *
84  * @note Writing more than 8KB at a time will be split into multiple
85  * write operations to avoid disrupting other tasks in the system.
86  *
87  * @param  dest_addr Destination address in Flash.
88  * @param  src       Pointer to the source buffer.
89  * @param  size      Length of data, in bytes.
90  *
91  * @return esp_err_t
92  */
93 esp_err_t spi_flash_write(size_t dest_addr, const void *src, size_t size);
94
95
96 /**
97  * @brief  Write data encrypted to Flash.
98  *
99  * @note Flash encryption must be enabled for this function to work.
100  *
101  * @note Flash encryption must be enabled when calling this function.
102  * If flash encryption is disabled, the function returns
103  * ESP_ERR_INVALID_STATE.  Use esp_flash_encryption_enabled()
104  * function to determine if flash encryption is enabled.
105  *
106  * @note Both dest_addr and size must be multiples of 16 bytes. For
107  * absolute best performance, both dest_addr and size arguments should
108  * be multiples of 32 bytes.
109  *
110  * @param  dest_addr Destination address in Flash. Must be a multiple of 16 bytes.
111  * @param  src       Pointer to the source buffer.
112  * @param  size      Length of data, in bytes. Must be a multiple of 16 bytes.
113  *
114  * @return esp_err_t
115  */
116 esp_err_t spi_flash_write_encrypted(size_t dest_addr, const void *src, size_t size);
117
118 /**
119  * @brief  Read data from Flash.
120  *
121  * @note For fastest read performance, all parameters should be
122  * 4 byte aligned. If source address and read size are not 4 byte
123  * aligned, read may be split into multiple flash operations. If
124  * destination buffer is not 4 byte aligned, a temporary buffer will
125  * be allocated on the stack.
126  *
127  * @note Reading more than 16KB of data at a time will be split
128  * into multiple reads to avoid disruption to other tasks in the
129  * system. Consider using spi_flash_mmap() to read large amounts
130  * of data.
131  *
132  * @param  src_addr source address of the data in Flash.
133  * @param  dest     pointer to the destination buffer
134  * @param  size     length of data
135  *
136  *
137  * @return esp_err_t
138  */
139 esp_err_t spi_flash_read(size_t src_addr, void *dest, size_t size);
140
141
142 /**
143  * @brief  Read data from Encrypted Flash.
144  *
145  * If flash encryption is enabled, this function will transparently decrypt data as it is read.
146  * If flash encryption is not enabled, this function behaves the same as spi_flash_read().
147  *
148  * See esp_flash_encryption_enabled() for a function to check if flash encryption is enabled.
149  *
150  * @param  src   source address of the data in Flash.
151  * @param  dest  pointer to the destination buffer
152  * @param  size  length of data
153  *
154  * @return esp_err_t
155  */
156 esp_err_t spi_flash_read_encrypted(size_t src, void *dest, size_t size);
157
158 /**
159  * @brief Enumeration which specifies memory space requested in an mmap call
160  */
161 typedef enum {
162     SPI_FLASH_MMAP_DATA,    /**< map to data memory (Vaddr0), allows byte-aligned access, 4 MB total */
163     SPI_FLASH_MMAP_INST,    /**< map to instruction memory (Vaddr1-3), allows only 4-byte-aligned access, 11 MB total */
164 } spi_flash_mmap_memory_t;
165
166 /**
167  * @brief Opaque handle for memory region obtained from spi_flash_mmap.
168  */
169 typedef uint32_t spi_flash_mmap_handle_t;
170
171 /**
172  * @brief Map region of flash memory into data or instruction address space
173  *
174  * This function allocates sufficient number of 64kB MMU pages and configures
175  * them to map the requested region of flash memory into the address space.
176  * It may reuse MMU pages which already provide the required mapping.
177  *
178  * As with any allocator, if mmap/munmap are heavily used then the address space
179  * may become fragmented. To troubleshoot issues with page allocation, use
180  * spi_flash_mmap_dump() function.
181  *
182  * @param src_addr  Physical address in flash where requested region starts.
183  *                  This address *must* be aligned to 64kB boundary
184  *                  (SPI_FLASH_MMU_PAGE_SIZE)
185  * @param size  Size of region to be mapped. This size will be rounded
186  *              up to a 64kB boundary
187  * @param memory  Address space where the region should be mapped (data or instruction)
188  * @param[out] out_ptr  Output, pointer to the mapped memory region
189  * @param[out] out_handle  Output, handle which should be used for spi_flash_munmap call
190  *
191  * @return  ESP_OK on success, ESP_ERR_NO_MEM if pages can not be allocated
192  */
193 esp_err_t spi_flash_mmap(size_t src_addr, size_t size, spi_flash_mmap_memory_t memory,
194                          const void** out_ptr, spi_flash_mmap_handle_t* out_handle);
195
196 /**
197  * @brief Map sequences of pages of flash memory into data or instruction address space
198  *
199  * This function allocates sufficient number of 64kB MMU pages and configures
200  * them to map the indicated pages of flash memory contiguously into address space.
201  * In this respect, it works in a similar way as spi_flash_mmap() but it allows mapping
202  * a (maybe non-contiguous) set of pages into a contiguous region of memory.
203  *
204  * @param pages An array of numbers indicating the 64kB pages in flash to be mapped
205  *              contiguously into memory. These indicate the indexes of the 64kB pages,
206  *              not the byte-size addresses as used in other functions.
207  *              Array must be located in internal memory.
208  * @param page_count  Number of entries in the pages array
209  * @param memory  Address space where the region should be mapped (instruction or data)
210  * @param[out] out_ptr  Output, pointer to the mapped memory region
211  * @param[out] out_handle  Output, handle which should be used for spi_flash_munmap call
212  *
213  * @return
214  *      - ESP_OK on success
215  *      - ESP_ERR_NO_MEM if pages can not be allocated
216  *      - ESP_ERR_INVALID_ARG if pagecount is zero or pages array is not in
217  *        internal memory
218  */
219 esp_err_t spi_flash_mmap_pages(const int *pages, size_t page_count, spi_flash_mmap_memory_t memory,
220                          const void** out_ptr, spi_flash_mmap_handle_t* out_handle);
221
222
223 /**
224  * @brief Release region previously obtained using spi_flash_mmap
225  *
226  * @note Calling this function will not necessarily unmap memory region.
227  *       Region will only be unmapped when there are no other handles which
228  *       reference this region. In case of partially overlapping regions
229  *       it is possible that memory will be unmapped partially.
230  *
231  * @param handle  Handle obtained from spi_flash_mmap
232  */
233 void spi_flash_munmap(spi_flash_mmap_handle_t handle);
234
235 /**
236  * @brief Display information about mapped regions
237  *
238  * This function lists handles obtained using spi_flash_mmap, along with range
239  * of pages allocated to each handle. It also lists all non-zero entries of
240  * MMU table and corresponding reference counts.
241  */
242 void spi_flash_mmap_dump();
243
244 /**
245  * @brief get free pages number which can be mmap
246  *
247  * This function will return free page number of the mmu table which can mmap,
248  * when you want to call spi_flash_mmap to mmap an ranger of flash data to Dcache or Icache
249  * memmory region, maybe the size of  MMU table will exceed,so if you are not sure the
250  * size need mmap is ok, can call the interface and watch how many MMU table page can be
251  * mmaped.
252  *
253  * @param memory  memmory type of MMU table free page
254  *
255  * @return  number of free pages which can be mmaped
256  */
257 uint32_t spi_flash_mmap_get_free_pages(spi_flash_mmap_memory_t memory);
258
259
260 #define SPI_FLASH_CACHE2PHYS_FAIL UINT32_MAX /*<! Result from spi_flash_cache2phys() if flash cache address is invalid */
261
262 /**
263  * @brief Given a memory address where flash is mapped, return the corresponding physical flash offset.
264  *
265  * Cache address does not have have been assigned via spi_flash_mmap(), any address in memory mapped flash space can be looked up.
266  *
267  * @param cached Pointer to flashed cached memory.
268  *
269  * @return
270  * - SPI_FLASH_CACHE2PHYS_FAIL If cache address is outside flash cache region, or the address is not mapped.
271  * - Otherwise, returns physical offset in flash
272  */
273 size_t spi_flash_cache2phys(const void *cached);
274
275 /** @brief Given a physical offset in flash, return the address where it is mapped in the memory space.
276  *
277  * Physical address does not have to have been assigned via spi_flash_mmap(), any address in flash can be looked up.
278  *
279  * @note Only the first matching cache address is returned. If MMU flash cache table is configured so multiple entries
280  * point to the same physical address, there may be more than one cache address corresponding to that physical
281  * address. It is also possible for a single physical address to be mapped to both the IROM and DROM regions.
282  *
283  * @note This function doesn't impose any alignment constraints, but if memory argument is SPI_FLASH_MMAP_INST and
284  * phys_offs is not 4-byte aligned, then reading from the returned pointer will result in a crash.
285  *
286  * @param phys_offs Physical offset in flash memory to look up.
287  * @param memory Address space type to look up a flash cache address mapping for (instruction or data)
288  *
289  * @return
290  * - NULL if the physical address is invalid or not mapped to flash cache of the specified memory type.
291  * - Cached memory address (in IROM or DROM space) corresponding to phys_offs.
292  */
293 const void *spi_flash_phys2cache(size_t phys_offs, spi_flash_mmap_memory_t memory);
294
295 /** @brief Check at runtime if flash cache is enabled on both CPUs
296  *
297  * @return true if both CPUs have flash cache enabled, false otherwise.
298  */
299 bool spi_flash_cache_enabled();
300
301 /**
302  * @brief SPI flash critical section enter function.
303  *
304  */
305 typedef void (*spi_flash_guard_start_func_t)(void);
306 /**
307  * @brief SPI flash critical section exit function.
308  */
309 typedef void (*spi_flash_guard_end_func_t)(void);
310 /**
311  * @brief SPI flash operation lock function.
312  */
313 typedef void (*spi_flash_op_lock_func_t)(void);
314 /**
315  * @brief SPI flash operation unlock function.
316  */
317 typedef void (*spi_flash_op_unlock_func_t)(void);
318
319 /**
320  * Structure holding SPI flash access critical sections management functions.
321  *
322  * Flash API uses two types of flash access management functions:
323  * 1) Functions which prepare/restore flash cache and interrupts before calling
324  *    appropriate ROM functions (SPIWrite, SPIRead and SPIEraseBlock):
325  *   - 'start' function should disables flash cache and non-IRAM interrupts and
326  *      is invoked before the call to one of ROM function above.
327  *   - 'end' function should restore state of flash cache and non-IRAM interrupts and
328  *      is invoked after the call to one of ROM function above.
329  *    These two functions are not recursive.
330  * 2) Functions which synchronizes access to internal data used by flash API.
331  *    This functions are mostly intended to synchronize access to flash API internal data
332  *    in multithreaded environment and use OS primitives:
333  *   - 'op_lock' locks access to flash API internal data.
334  *   - 'op_unlock' unlocks access to flash API internal data.
335  *   These two functions are recursive and can be used around the outside of multiple calls to
336  *   'start' & 'end', in order to create atomic multi-part flash operations.
337  *
338  * Different versions of the guarding functions should be used depending on the context of
339  * execution (with or without functional OS). In normal conditions when flash API is called
340  * from task the functions use OS primitives. When there is no OS at all or when
341  * it is not guaranteed that OS is functional (accessing flash from exception handler) these
342  * functions cannot use OS primitives or even does not need them (multithreaded access is not possible).
343  *
344  * @note Structure and corresponding guard functions should not reside in flash.
345  *       For example structure can be placed in DRAM and functions in IRAM sections.
346  */
347 typedef struct {
348     spi_flash_guard_start_func_t    start;      /**< critical section start function. */
349     spi_flash_guard_end_func_t      end;        /**< critical section end function. */
350     spi_flash_op_lock_func_t        op_lock;    /**< flash access API lock function.*/
351     spi_flash_op_unlock_func_t      op_unlock;  /**< flash access API unlock function.*/
352 } spi_flash_guard_funcs_t;
353
354 /**
355  * @brief  Sets guard functions to access flash.
356  *
357  * @note Pointed structure and corresponding guard functions should not reside in flash.
358  *       For example structure can be placed in DRAM and functions in IRAM sections.
359  *
360  * @param funcs pointer to structure holding flash access guard functions.
361  */
362 void spi_flash_guard_set(const spi_flash_guard_funcs_t* funcs);
363
364
365 /**
366  * @brief Get the guard functions used for flash access
367  *
368  * @return The guard functions that were set via spi_flash_guard_set(). These functions
369  * can be called if implementing custom low-level SPI flash operations.
370  */
371 const spi_flash_guard_funcs_t *spi_flash_guard_get();
372
373 /**
374  * @brief Default OS-aware flash access guard functions
375  */
376 extern const spi_flash_guard_funcs_t g_flash_guard_default_ops;
377
378 /**
379  * @brief Non-OS flash access guard functions
380  *
381  * @note This version of flash guard functions is to be used when no OS is present or from panic handler.
382  *       It does not use any OS primitives and IPC and implies that only calling CPU is active.
383  */
384 extern const spi_flash_guard_funcs_t g_flash_guard_no_os_ops;
385
386 #if CONFIG_SPI_FLASH_ENABLE_COUNTERS
387
388 /**
389  * Structure holding statistics for one type of operation
390  */
391 typedef struct {
392     uint32_t count;     // number of times operation was executed
393     uint32_t time;      // total time taken, in microseconds
394     uint32_t bytes;     // total number of bytes
395 } spi_flash_counter_t;
396
397 typedef struct {
398     spi_flash_counter_t read;
399     spi_flash_counter_t write;
400     spi_flash_counter_t erase;
401 } spi_flash_counters_t;
402
403 /**
404  * @brief  Reset SPI flash operation counters
405  */
406 void spi_flash_reset_counters();
407
408 /**
409  * @brief  Print SPI flash operation counters
410  */
411 void spi_flash_dump_counters();
412
413 /**
414  * @brief  Return current SPI flash operation counters
415  *
416  * @return  pointer to the spi_flash_counters_t structure holding values
417  *          of the operation counters
418  */
419 const spi_flash_counters_t* spi_flash_get_counters();
420
421 #endif //CONFIG_SPI_FLASH_ENABLE_COUNTERS
422
423 #ifdef __cplusplus
424 }
425 #endif
426
427
428 #endif /* ESP_SPI_FLASH_H */
429