簡介
本文總結本人最近的一項工作：NEXYS A7開發板通過Xilinx FPGA自帶的Microblaze CPU核來完成讀寫FLASH操作。
首先吐槽一下，Microblaze核的資料太有限，雖然這個核其實性能還可以，但無奈是用的人太少了。CPU這種東西，就是用的人多了，軟件資源才能豐富。
NEXYS A7是以 Xilinx Artix-7 系列FPGA爲核心的一個開發板，Xilinx的開發工具提供一種軟核Microblaze作爲嵌入式CPU來使用，本文的目的就是優化Microblaze核讀寫FLASH的速率，原則上所有Xilinx系列FPGA都可以採用本文的方式來優化。
FLAHS說明
型號：S25FL128SAGNFI00
這個是Spansion公司的flash芯片，現Spansion已經被Cypress公司收購，相應的datasheet可以在網上搜索到。
讀寫指令
flash支持的讀寫指令如下表所示
僅介紹兩個高速讀指令：QOR、QIOR
QOR讀：
從波形圖上可以看到，SPI接口通過IO0信號線發出intruction+addr之後，經過8個dummy cycle後，以4線的方式返回當前地址的數據。並持續返回之後地址的數據，一直到讀完整個地址！
也就是說，如果發一個從0地址開始的讀命令，flash將自動返回整個地址空間的數據，且不會有額外的延時開銷。此時是最理想的情況，將會達到理論最大速率。
QIOR讀：
從波形圖上可以看出，它比QOR讀指令發addr的效率更高，QOR讀需要24個時鐘來發送24bit的addr，而QIOR讀則通過4線來發送addr，因此僅需要6個時鐘。
這種特性，對於高密度的訪問非連續地址的應用場景非常合適，比如flash支持的XIP模式，即直接在flash上運行程序，那就需要flash讀數據的延遲儘可能的小，此時QIOR讀就顯得非常有必要了。
頁-page、扇區-sector、塊-block
以上述組織形式的flash爲例，
每頁（page）爲256字節（Byte）。一般以頁爲單位去寫flash（又稱“編程”），即每次要寫256字節的數據。
扇區（sector）是flash做擦除的最小單位，即每次最少擦除一個扇區，也可以擦除4個扇區等。
典型的扇區（sector）大小爲64KB，其包含64K/256=256個頁（page）
有的flash在尾部/頭部存在一組4KB大小的扇區，其包含4KB/256=16個頁（page）
上述例子的flash，有254個64K字節大小的扇區 和 32個4K字節的扇區，總地址0x0000_0000 ~ 0x00FF_FFFF，共16M-Byte，即128M-bit
塊（block）則是一組扇區（sector）的組合，沒有固定大小，如4個扇區、8個扇區、16個扇區、半個芯片的扇區 等等。
實測性能：
系統工作時鐘爲100Mhz，例化SPI模塊來讀寫flash，timer模塊來計時，uart模塊來打印log
測試讀10個page，即2560字節的數據量
採用QOR讀指令（0x6B），用時2.593ms，數據速率0.987MBps
採用QIOR讀指令（0xEB），用時2.581ms，數據速率 0.991MBps
測試讀200個page，即256*200=51200=50K字節的數據量
採用QOR讀指令（0x6B），用時41.462ms，數據速率1.206MBps
採用QIOR讀指令（0xEB），用時41.450ms，數據速率1.206MBps
通過上述結果可以看出，每次讀取的數據量越大，實際數據率會越高。
上述程序如果在片外ram上運行的話，數據速率會大大下降，實測最大數據率小於0.6MBps，可以軟件的延遲開銷佔據了主要因素。