Шина SPI0/SPI1 совместно используется между кэшем инструкций и данных (для выполнения firmware) и периферийным устройством SPI1 (управляемым драйверами, включая драйвер SPI Flash). Как следствие операции SPI1 будут оказывать значительное влияние на всю систему в целом. Операции такого вида включают вызовы SPI Flash API [3] или других драйверов шины SPI1, любые операции наподобие read/write/erase, или другие операции пользователя над SPI, независимо для основной flash или других устройств SPI.

На ESP32-C3 опция конфигурации CONFIG_SPI_FLASH_AUTO_SUSPEND (которая по умолчанию разрешена) позволяет кешировать чтение flash конкурентно с операциями SPI1. Подробности см. в далее, секция "Функция Flash Auto Suspend".

Если эта опция запрещена, то кэши должны быть запрещены во время операций read/write/erase. Существуют некоторые ограничения на использование драйвера по шине SPI1, см. далее секцию "Когда кэши запрещены". Эти ограничения приводят к повышению использования IRAM/DRAM.

[Когда кэши запрещены]

В этих условиях CPU должен всегда выполнять код и обращаться к данным, когда и код и данные находятся во внутреннем ОЗУ. Соответствующие API-функции автоматически и прозрачно запрещают кэширование.

Однако, когда разрешена опция CONFIG_SPI_FLASH_AUTO_SUSPEND, эти API-функции не запрещают кэши. Аппаратура будет обрабатывать арбитражи между ними.

Способ, которым эти API-функции запрещают кэши, также будет запрещать non-IRAM-safe прерывания. Они будут восстановлены, когда операция над Flash завершится.

См. также секцию "OS Functions" документации [3] и SPI Bus Lock [4].

Нет таких ограничений и последствий для flash-чипов на других шинах SPI, отличающихся от SPI0/SPI1.

Для отличий между внутренним ОЗУ (например IRAM, DRAM) и кэшем flash, см. документацию по распределению памяти [5].

IRAM-Safe Interrupt Handlers. Для обработчиков прерывания, которые должны выполняться, когда кэш запрещена (например для низколатентных операций), установите флаг/параметр ESP_INTR_FLAG_IRAM, когда регистрируете обработчик прерывания.

Вам нужно гарантировать, что все данные и функции, к которым обращаются эти обработчики прерывания, включая те, которые вызывают обработчики, также размещены в IRAM или DRAM. См. секцию "How to place code in IRAM" документации [5].

Если функция или символ в настоящий момент не размещен в IRAM/DRAM, и обработчик прерывания читает из кэша flash во время операции с памятью flash, то это приведет к краху из-за исключения недопустимой инструкции (Illegal Instruction exception) для кода, который должен бы находиться в IRAM, или приведет к мусорным данным при чтении для данных констант, которые должны были бы находиться в DRAM.

Примечание: когда в ISR работают со строками, не рекомендуется использовать printf и другие подобные функции вывода. Для целей отладки используйте макрос ESP_DRAM_LOGE() и подобные, чтобы организовать лог операций из ISR. Для этого случая убедитесь, чтобы и параметр TAG, и строка формата обе размещались в DRAM.

Non-IRAM-Safe Interrupt Handlers. Если во время регистрации обработчика прерывания не был установлен флаг ESP_INTR_FLAG_IRAM, то обработчик прерывания не выполнится, когда кэши запрещены. Как только кэширование восстановится, автоматически будут разрешены прерывания non-IRAM-safe. После этого момента обработчик прерывания будет снова нормально запускаться. Это значит, что пока кэши запрещены, пользовательское firmware не узнает о возникновении аппаратного события.

[Функция Flash Auto Suspend]

Важные замечания:

1. Чип flash, который Вы используете, должен поддерживать функцию приостаsuspend/resume.
2. Аппаратура MSPI должна поддерживать функцию auto-suspend (железо может автоматически посылать команду приостановки suspend).

Если Вы используете эту функцию на чипе, который это не поддерживает, то это может привести к серьезному сбою. Поэтому строго рекомендуется предварительно изучить даташит на используемую микросхему flash. Убедитесь, что чип как минимум удовлетворяет следующим условиям.

1. Бит SUS в регистрах статуса должен находиться в SR2 bit7 (или SR bit15). Это вызвано ограничением реализации программного обеспечения.
2. Команда suspend 75H, команда resume 7AH. Это вызвано ограничением реализации программного обеспечения.
3. Когда flash успешно приостановлена (suspended), могут быть корректно прочитаны все адреса flash, кроме стертой секции/блока. И команда resume может быть немедленно отправлена в этом состоянии.
4. Когда flash успешно возобновила работу по команде (resumed), в этом состоянии может быть немедленно отправлена команда suspend.

Когда разрешена опция CONFIG_SPI_FLASH_AUTO_SUSPEND, кэши остаются разрешенными (они будут отключены, если выключена опция CONFIG_SPI_FLASH_AUTO_SUSPEND). Аппаратура обрабатывает арбитраж между SPI0 и SPI1. Если операция SPI1 короткая (наподобие операции чтения), то CPU и кэш будут ждать завершения операции SPI1. Однако если происходит стирание (erasing), программирование страницы или запись в регистр статуса (например SE, PP и WRSR), то произойдет auto suspend, прерывающая происходящую операцию flash, чтобы CPU смог прочитать из кэша и flash в ограниченном промежутке времени.

Таким образом, некоторый код/переменные могут вводиться во flash/psram вместо IRAM/DRAM, но могут выполняться во время стирания флэш-памяти. Это уменьшает использование IRAM/DRAM.

Обратите внимание, что эта функция вносит дополнительные затраты процессорного времени на flash suspend/resume. Стирание flash может происходить очень долго, если стирание слишком часто прерывается. Используйте приоритеты задач FreeRTOS, чтобы гарантировать, что только критические задачи реального времени выполняются с более высоким приоритетом, чем flash erase, чтобы обеспечить разумное время стирания flash.

Другими словами, существует 3 вида кода:

Critical code: код находится в IRAM/DRAM. Этот вид кода обычно требует максимальной производительности, связанной с cache/flash/psram, или он вызывается очень часто (например, обработчик прерывания таймера).

Cached code: код находится в flash/psram. У этого кода требования к производительности ниже, или он вызывается не очень часто. Он будет вызываться во время операции erase, с некоторыми накладными расходами по производительности.

Low priority code: находится в flash/psram, и его выполнение запрещено во время стирания flash. Должно быть запрещена работа этого кода во время стирания, чтобы он не влиял на процесс стирания. Обычно это реализуется путем понижения приоритета задачи для этого кода - приоритет должен быть ниже, чем у задачи, которая выполняет стирание.

Независимо от использования функции flash suspend и соответствующей задержки времени реакции, см. пример system/flash_suspend [6].