2023年12月10日发(作者：)

SPI协议分析仪的使用介绍及flash无法启动两种案例分析

二、案例分析

针对国产CPU的BIOS出现的问题，带外刷新BIOS,重启OS无法再次进入系统，BIOS无法启动

三、分析过程

1、在产品关机状态下，带外刷新BIOS FW，刷新完成后，通过BMC串口发开机指令，BIOS不启动；

2、在上述情况下，对BIOS flash的 reset PIN，手动拉低后，再次发开机指令，BIOS 启动；

3、在设备开机状态下，带外刷新BIOS FW后，系统下reboot后，BIOS不启动；手动对reset PIN拉低后，再次按reset button后，BIOS

可以启动；

初步结论：在BMC刷新flash后，需要对flash进行复位后，BIOS才能正常加载。

4、产品上flash型号：MX25L25645GM2I-08G，CPU通过BMC的SPI Pass through连接至flash；Flash除SPI信号连接至BMC外，

另外的RESET和WP信号10K上拉；与公司一款intel CPU产品架构相同；

5、对MX25L25645GM2I-08G和MX25L25635FMI-10G(intel CPU上用的flash芯片)的指令进行比对，无差别，基本功能都是一致

的，芯片ID都是一值的，45是35的升级换代产品。

初步结论： 硬件上与intel产品选料及设计无区别。

6、在BMC刷新BIOS之后，reset CPU后，CPU与flash交互的波形，如左图；在产品断电重启之后，CPU与flash交互的波形，如右图。

7、CPU启动后会通过发送0x03指令从flash内部读取数据，在第一次无返回数据后，会再次发送，连续发送5次，若无数据，不再发送。

正常启动时，会在第二次flash的SO返回数据，如右图，异常现象如左图，一直无数据返回。

初步结论：在CPU启动时，从flash内部读取数据指令相同，区别是flash有没有返回，排除CPU端的影响。

8、抓取Intel的CPU、国产CPU产品启动时读取flash的指令与MOC2.0 Intel CPU启动时读取flash的指令进行对比；

(1)intel CPU在读取时会先读取flash的 JEDEC Flash Parameter信息，其中包括flash支持ADDRESS mode，然后用0X03指令读数

据，ADDRESS MODE 为3字节；

(2)国产产品不会读取flash的 JEDEC Flash Parameter ，直接用0X03指令读数据，ADDRESS MODE为3字节。

9、intel CPU产品的烧写过程

国产产品的BIOS Fflash烧写过程：

初步结论：flash address mode默认是3字节，intel 产品在烧写及启动时，均是3字节；国产产品在烧写时切成4字节，直接开机时，国产

CPU端默认要求是3字节，从而出现无法启动的情况。

四、结论及解决措施

问题根因： BMC烧录过程中，将ADDRESS mode设置为4 byte；CPU端只支持3 byte。

解决措施：在BMC烧录后将addrese mode还原成3 byte，通过soft reset或者发exit 4 byte mode指令。

五、另一flash无法启动的案例FPGA芯片 可以匹配的flash清单中包括Macronix 的MX66U1G4芯片；

对芯片通过烧录器离线烧录FPGA FW .bin文件后，焊接在板子上，开机后FPGA FW没有正常加载，通过vivado 软件JTAG 烧录.mcs

后，才能正常工作。

但在使用MICRON芯片MT25QU01时，无上述问题。

1、MICRON芯片MT25QU01GBBB8 离线烧录后贴片，开机FPGA正常加载无问题，已批量验证；

2、Macronix 的MX66U1G4芯片作为替代料进行验证，两种方式更新FW后，FPGA FW均无法正常加载， 一种是使用烧录工具离线烧

录，另一种是在线通过BMC更新；

3、选用3张MX66U1G4芯片FPGA无法加载的卡子，用Vivado软件通过JTAG更新FPGA FW后，重启后，FPGA FW可以正常加载；

4、对此量测正常板卡与异常板卡，开机启动时的SPI波形差异点，总结如下：

(1)正常板卡，起始时CLK频率为2.5MHz，600us后频率改为5MHz；但异常板卡，CLK频率始终为2.5MHz；

（2）正常板卡，FLASH_SPI_D1

FLASH_SPI_D3开机时有数据；异常板卡，FLASH_SPI_D1

FLASH_SPI_D3开机时没有数据；3）正常板卡与异常板卡，FLASH_SPI_CLK、FLASH_SPI_D0启动时140us的数据是相同的；

分析结论：在FPGA启动时，通过Single SPI从flash读取信息，然后通过Quad SPI从flash中读取信息，异常板卡的flash不支持Quad SPI

模式，从而导致无法读出数据；

系统上电后要使用4byte Quad I/O read，需要在板厂烧录时，在烧录软件中将flash QE bit提前置位；

Flash的配置位支持软件设置，在BMC更新flash FW时，也可以设置，设置后即使断电也不会消失。

总结：上述讲述两种flash无法启动案例，一种是address mode不匹配，另一种为QE未使能。