本文主要是介绍Quad SPI的DLP优化原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
1 前言
1.1 Quad SPI Flash
QSPI的I/O接口如图1所示，其中：
① CS：片选信号，低电平有效（FLASH被选中）；
② CK：时钟信号，由主设备产生；
③ SI/SO： SI，即MOSI(master out slave in)；SO，即MISO(master in slave out)；
对于master（一般为芯片）来说，MOSI通常为数据发送口，MISO为数据接收口；
对于slave（一般为flash）来说，MOSI通常为数据接收口，MISO为数据发送口。
④ WP：写保护接口；
图1 QSPI I/O接口示意图
SI/SO组成了SPI(Serial Peripheral Interface)全双工通信的基础，可同时收发。对于传统SPI来说，SI对于主设备只能是输出，用于发送数据；SO对于主设备只能接收数据，即这两个I/O口是单向的。QSPI将这两个I/O口作为普通I/O口来使用，即数据可以双向传输，同时将WP和RESET口也用作数据传输的I/O口，组成了DQ0~DQ3双向四通道，数据传输速度直接起飞。
1.2 数据有效窗口（Data Valid Window）
1.2.1 传统DDR频率较低情形
如图2所示，DDR Quad在时钟的上升沿和下降沿读取数据。
图2 传统低频DDR时序示意图
其中：
① tv: clock-to-data-out time，表示从时钟上升沿或下降沿开始，到数据变得有效的这一过程所经历的时间；
② tHo: hold time，表示在一次时钟变化沿后，数据保持有效的时间；
③ Pck：clock period，时钟周期，对于DDR来说，显然是以半周期进行数据采样的；
④ tDV： 数据有效窗口的最小值（the minimum data valid window）；
当DDR的频率较低时，若tv小于Pck，且tv和tho的值不变时，则由tdv = Pck/ 2- tv + tho可知，DDR的时钟（CK）频率越高，Pck越小，tv就越小。所以，DDR的CK频率存在上限（66 MHz），举例来说：
• Pck = 15 ns (66 MHz)
• tv [max] = 6.5 ns
• tho [min] = 1.5 ns
• tdv = Pck / 2 - tv + tho: 15 ns / 2 - 6.5 ns + 1.5 ns = 2.5 ns
1.2.2 高频率下数据有效窗口
当DDR的频率较高时，tv和tho正相关，这就使得数据有效窗口与tv和下一个时钟沿的到来时间强相关；才外，由于CK很高，这使得tv会很接近Pck，甚至会超过Pck，从而需要新的方法来确定数据有效窗口（如图3所示），并在窗口中找到合适的数据采样点（DLP正致力于此，by using the DLP feature an optimal strobe point can be found within the data window）。
图3 高频DDR时序示意图
2 DLP原理
2.1 DLP的作用及基本原理
如前文所述，SPI接口已经从单向单比特SDR I/O接口发展到SDR/DDR双向四比特Qaud接口，单向变双向，单车道变四车道， I/O效率显著提升。
随之而来的问题是，由于Quad SPI Flash 66MB /s (SDR@133 MHz)和80MB /s (DDR@80 MHz)的高时钟速率，使用tv(max)作为数据窗口内的数据采样点（strobe point）的传统方法不再奏效；DLP（data learn pattern）则闪亮登场，用于优化QSPI的数据读取性能。
DLP在每个数据信号上提供一个已知的数据序列（通常表现为在指定位置放置指定DLP数据，以用于主控制器的训练），使得主控制器（主设备）可以确定收数时最佳捕获数据时序。简单来说，可以理解为DLP是对读数据操作进行了标定，或者说时监督式的训练，从而帮助主控制器确定合适的数据读取时序。
总的来说，在数据读取过程中，主设备会使用DLP进行过采样，从而确定最佳的数据捕获点；此外，DLP会对读操作进行校准，对由于工艺、电压、温度等因素带来的误差进行补偿，使得DDR频率轻松上80MBps不是梦。
2.2 主设备抓取数据策略（Host Capture Strategy）
总的来说，主机控制器会将DLP的输入数据作为测试序列（即DLP数据已知），进而根据读该数据序列时系统的反馈确定tv和tDV，而一旦DLP找到合适的数据有效窗口，读数据的时间余量最大的那个采样点会被选为最优采样点（Once the data eye has been identified during the DLP portion of the read sequence, the controller selects the optimal data-capture point to maximize the timingmargin for the read data）。 
图4 Host Capture Strategy DDR
通常可以用过采样的方法，建立多个贯穿数据有效窗口 （data-valid window）的数据捕获点（data-capture points），以作为样本。如图4所示，单个DQ由五个样本通道组成，每个通道之间由固定的采样延迟。这五个通道延迟的采样点(A到E)可以用延迟锁定环路( delay-locked loop，DLL)或过采样时钟（oversampling clock）生成，过采样时钟又使用内部可用的更高频率时钟生成。当DLP输出时，主控制器对目标DQ进行采样。
其中，B/C/D三个通道都成功地抓取了DLP输入数据，且通道C的余量最大，因此被选为最佳训练参数。
3 结论
随着嵌入式应用程序性能要求的不断提高，传统的SPl接口和协议已无法满足读取速度进一步提高的需求。DLP方法的出现，使得基于Quad SPI的Flash可以实现更高的数据速率。这一增强型的解决方案，在合理的成本控制前提下，极大程度地提高了数据读取速率，同时最大限度地减少了引脚数、PCB复杂性、封装尺寸和成本，极大地改善了系统设计和性能。
这篇关于Quad SPI的DLP优化原理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
