eFuse 

简介 

eFuse（电子熔丝）用于支持芯片的动态实时重编程。它还可作为一次性可编程 ROM，用于存储其他数据，例如 AES 密钥和 SRAM BISR（内置自修复）数据。

主要特性 

eFuse 的主要特性如下：

6.5 Kib 用于通用数据。
384 位用于 SRAM BISR 数据。
768 位用于密钥存储。
128 位用于 eFuse 数据块控制标志。
128 位用于修复坏点像素（最多支持 8 个）。

功能描述 

eFuse 中的参数仅可编程一次，一旦完成编程，再次尝试重新编程将不会成功。

电源域：

1.1 V（常开）
2.5 V（编程模式下激活）

通用数据：Boot ROM、用户数据等。

系统数据：Boot ROM、UUID、Track ID 等。

eFuse 数据映射 

表 3.1: SMIC40 工艺下 eFuse 的数据映射
大小	属性	描述	地址范围
6.5 kib	RW/RO	通用数据	0x0 ~ 0x33f
384 b	RW/RO	512 位 SRAM BISR 数据	0x340 ~ 0x36f
128 b	RW/RO	128 位硬连线寄存器	0x370 ~ 0x37f
128 b	RW/X	128 位密钥 key5	0x380 ~ 0x38f
128 b	RW/X	128 位密钥 key4	0x390 ~ 0x39f
128 b	RW/X	128 位密钥 key3	0x3a0 ~ 0x3af
128 b	RW/X	128 位密钥 key2	0x3b0 ~ 0x3bf
128 b	RW/X	128 位密钥 key1	0x3c0 ~ 0x3cf
128 b	RW/X	128 位密钥 key0	0x3d0 ~ 0x3df
128 b	RW/RO	128 位数据块控制标志	0x3e0 ~ 0x3ef
128 b	RW/RO	128 位 BISR 标志	0x3f0 ~ 0x3ff

参数说明 

通用数据（6.5 kib）

ROM 代码

当芯片的 Boot ROM 出现问题时，程序可跳转至此处开始执行。
用于特殊启动模式。
存储其他用户自定义信息，例如 Linux 设备树（DTB）描述。

该区域在受保护前可读写，受保护后变为只读。

系统数据

芯片的唯一 ID 用于记录芯片信息，包括芯片的生产时间、版本、在晶圆上的 X 坐标和 Y 坐标，以及封装厂、晶圆代工厂、供应商等信息。芯片的 JEDEC ID 也存储在此处。此外，ROM 的一些配置位也存放于此。

如果该芯片需要支持以太网或 Wi-Fi 功能，则芯片的 MAC 地址也应存储在此区域。此外，还可在此存储更多与系统相关的信息。实际上，该区域与 ROM 代码可以位于同一存储区域。

该区域在受保护前可读写，受保护后变为只读。

SRAM BISR 数据（384位）

SRAM 的 BIST 修复控制器。可通过总线访问，且每条位线均引出至顶层。

该区域在受保护前可读写，受保护后变为只读。

硬连线寄存器（128位）

用于其他模块的参数配置。可通过总线访问，且每位的信号线均引出至顶层。

该区域在受保护前可读写，受保护后变为只读。

密钥（6 × 128 位）

用于安全模块的六组密钥，可用于 AES/SM4 等加密算法。

若需使用 RSA/SM2/ECC 等公钥加密算法，则此密钥不适用，需使用另一个独立的 8 KiB eFuse 块来实现。

该区域在受保护前可读写，受保护后不可读写。

它读取无效数据（全为 1）。在可读写状态下，可通过总线访问，且每位的信号线均引出至顶层。

数据块控制标志（128 位）

在 eFuse 中，参数被划分为 128 个数据块，每个数据块对应数据块控制标志中的 1 位，用于指示该参数是否处于编程保护状态。完成保护位的编程后，需执行一次重载（reload）或复位（reset）操作，保护位才能生效。只要数据块控制标志中的某一位被置为 1，对应的 eFuse 数据块状态即变为只读。该区域主要用于对 eFuse 各个区域的写保护控制，其控制范围的详细说明如下。

表 3.2: eFuse 数据块控制标志
大小	属性	描述
1 位 × 104	RW/RO	每一位保护 ROM 代码和系统数据中的 64 位数据块。
1 位	RW/RO	保护 SRAM BIST 修复数据
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [7:0]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [15:8]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [23:16]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [31:24]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [39:32]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [47:40]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [55:48]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器 [63:56]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器块 [79:64]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器块 [95:80]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器块 [111:96]
1 位	RW/RO	保护硬连线寄存器块 [127:112]
1 位	RW/RO	保护密钥5
1 位	RW/RO	保护密钥4
1 位	RW/RO	保护密钥3
1 位	RW/RO	保护密钥2
1 位	RW/RO	保护密钥1
1 位	RW/RO	保护密钥0
1 位	RW/RO	保护数据块控制标志

ROM 代码 / 用户数据和系统数据共使用了 104 位。

以下是保护位的映射关系。

表 3.3: eFuse 保护位映射
偏移量	说明
1 位 × N	保护数据[64 - 1 + 16 * N:16 * N], 0 <= N <= 111

BISR 标志（128 位）

128 位 LUT 表结构用于校正 eFuse 坏点像素。

BISR LUT 表

表 3.4: eFuse 的 BISR LUT 表
大小	属性	描述
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项
16 位	RW/RO	BISR LUT 项

BISR LUT 项

表 3.5: eFuse 的 BISR LUT 项表
位数	属性	描述
1 位	RW/RO	使用标志
1 位	RW/X	替换位
14 位	RW/X	用于修复的 LUT 地址

Note

ADDR[9:0] 为字节地址，ADDR[12:10] 为位地址，ADDR[13] 未使用。

Note

在使用标志被写入之前，使用标志为可读写，替换位为可读写，LUT 地址也为可读写。在使用标志被写入之后，替换位和 LUT 地址将无法读取，仅能返回使用标志的值。

Note

在使用标志位编程完成后，需执行重载或复位操作，BISR 功能才能生效。

eFuse BISR 修复流程

芯片生产完成后，可能会存在坏点像素，最多可通过 BISR 标志校正 8 个坏点像素。

BISR 标志被划分为 8 个 16 位的修复块。

每个修复块包含一个1位使用标志（用于指示对应位的校正状态），一个1位替换位（对应该位的校正值），和一个14位 LUT 地址（对应该位的访问地址）。

具体的校正流程如下：

首先，将 eFuse 设置为读取模式。软件遍历 eFuse 中的所有位。正常情况下，所有位均为 0。

如果发现某位不为 0，则表示存在错误。此时需要将该错误位的地址记录到 LUT 地址中，并用替换位进行替换。

如果某个 LUT 项本身存在缺陷（例如替换位、地址或使用标志恰好出现坏点），则使用优先级更高的下一个 LUT 项。

校正完成后，需将对应的使用标志置为 1。该设计最多可修复 8 个坏点像素。

Note

高地址的优先级高于低地址。
当这 8 个块的使用标志值全部被置为 1 时，eFuse 参数块的状态将变为可烧写。
在设置使用标志之后，替换位和 LUT 地址将不可读写，使用标志变为只读，其余位则变为无效数据（例如，所有位的值均与使用标志相同）。此时，替换位仅在参数块被读写时才能被读写。

在访问参数块时，首先检查 BISR LUT 表。如果表中存在对应参数块中某一位的访问地址，则该位将被替换为对应的替换位，而参数块中原先对应的位将被丢弃。

如果检查中未发现坏点像素，则必须将所有使用标志置为 1，并替换为默认地址。

如果替换位中存在缺陷像素，则该块被视为无效。

如果参数块中的缺陷点数量大于修复块中有效的替换位数量，则该芯片将被视为报废。

如果优先级最高的 LUT 项的替换位存在缺陷，则该芯片被视为报废。

编程时序

eFuse 的编程时序图如下图所示。

编程模式下的时序要求如下表。

表 3.6: eFuse 编程时序要求表
参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
编程时间	Tpgm	9000	10000	11000	ns
地址使能周期时间	Taen	Tpgm + 1900	—	—	ns
地址到 AEN 的建立时间	Tsp_a	50	—	—	ns
AEN 之后的地址保持时间	Thp_a	50	—	—	ns
PGMEN 信号到 AEN 的建立时间	Tsp_pgm	100	—	—	ns
AEN 到 PGMEN 信号的保持时间	Thp_pgm	100	—	—	ns
RDEN 信号到 AVDD 的建立时间	Tsp_rd	150	—	—	ns
AVDD 到 RDEN 信号的保持时间	Thp_rd	150	—	—	ns
AVDD 到 PGMEN 的建立时间	Tsp_pg_avdd	1000	—	—	ns
PGMEN 到 AVDD 的保持时间	Thp_pg_avdd	1000	—	—	ns

Note

DVDD < AVDD ≤ 2.75 V 的持续时间必须小于 1 秒。
AVDD 不得超过 2.75 V，否则将引发可靠性问题。

读取时序

eFuse 的读取时序图如下图所示。

读取模式下的时序要求如下表。

表 3.7: eFuse 读取时序要求表
参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
读取时间	Trd	40	—	—	ns
地址使能周期时间	Taen	Trd + 1900	—	—	ns
地址到 AEN 的建立时间	Tsr_a	10	—	—	ns
AEN 到地址保持时间	Thr_a	10	—	—	ns
DVDD 到 RDEN 的建立时间	Tsr_dvdd	150	—	—	ns
RDEN 到 DVDD 的保持时间	Thr_dvdd	150	—	—	ns
RDEN 信号到 AEN 的建立时间	Tsr_rd	100	—	—	ns
无负载时的输出数据稳定时间	Tsq	—	—	45	ns
输出数据保持时间	Tsq_h	0	—	—	ns
AEN 到 RDEN 信号的保持时间	Thr_rd	100	—	—	ns

Note

Trd 的值必须大于 Tsq。

表 4.1: eFuse 中寄存器的偏移地址
偏移	寄存器名称	功能描述
0x0	efuse_pg_tim_cfg0	—
0x4	efuse_pg_tim_cfg1	—
0x8	efuse_pg_tim_cfg2	—
0xC	efuse_pg_tim_cfg3	—
0x10	efuse_rd_tim_cfg0	—
0x14	efuse_rd_tim_cfg1	—
0x18	efuse_reload_en	—
0x1C	efuse_reload_done	—
0x20	efuse_status	—
0x24	efuse_avdd	—
0x30	efuse_version	—

EFUSE_PG_TIM_CFG0

地址偏移：0x0

表 4.2: efuse_pg_tim_cfg0 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Tpgm	12:0	RW	0xa0	烧写时间
Taen	25:13	RW	0xce	地址使能周期时间
Reserved	31:26	/	0x0	/

EFUSE_PG_TIM_CFG1

地址偏移：0x4

表 4.3: efuse_pg_tim_cfg1 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Tsp_a	6:0	RW	0x2	地址到 AEN 的建立时间
Reserved	13:7	/	0x0	/
Tsp_pgm	21:14	RW	0x3	PGMEN 信号到 AEN 的建立时间
Thp_pgm	29:22	RW	0x3	AEN 到 PGMEN 信号的保持时间
Reserved	31:30	/	0x0	/

EFUSE_PG_TIM_CFG2

地址偏移：0x8

表 4.4: efuse_pg_tim_cfg2 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Tsp_rd	8:0	RW	0x4	RDEN 信号到 AVDD 的建立时间
Thp_rd	17:9	RW	0x4	AVDD 到 RDEN 信号的保持时间
Tsp_pg_avdd	28:18	RW	0x20	AVDD 到 PGMEN 的建立时间
Reserved	31:29	/	0x0	/

EFUSE_PG_TIM_CFG3

地址偏移：0xC

表 4.5: efuse_pg_tim_cfg3 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Thp_pg_avdd	10:0	RW	0X20	PGMEN 到 AVDD 的保持时间
Reserved	31:11	/	0X0	/

EFUSE_RD_TIM_CFG0

地址偏移：0x10

表 4.6: efuse_rd_tim_cfg0 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Trd	6:0	RW	0X3	读取时间
Tsr_a	12:7	RW	0X3	地址到 AEN 的建立时间
Taen	17:13	RW	0X5	读取地址使能周期时间
Reserved	31:18	/	0X0	/

EFUSE_RD_TIM_CFG1

地址偏移：0x14

表 4.7: efuse_rd_tim_cfg1 格式
字段	位	访问	复位值	描述
Reserved	8:0	/	0x0	/
Tsr_rd	16:9	RW	0x3	RDEN 信号到 AEN 的建立时间
Tsq	22:17	RW	0x3	无负载时的输出数据稳定时间
Reserved	24:23	/	0x0	/
Thr_rd	31:25	RW	0x3	AEN 到 RDEN 信号的保持时间

EFUSE_RELOAD_EN

地址偏移：0x18

表 4.8: efuse_reload_en 格式
字段	位	访问	复位值	描述
rld_en	0	RW	0x0	eFuse 参数重载使能
Reserved	31:1	/	0x0	/

EFUSE_RELOAD_DONE

地址偏移：0x1C

表 4.9: efuse_reload_done 格式
字段	位	访问	复位值	描述
rld_done	0	RO	0x1	重载完成标志
Reserved	31:1	/	0x0	/

EFUSE_STATUS

地址偏移：0x20

表 4.10: efuse_status 格式
字段	位	访问	复位值	描述
pg_status	0	RO	0x0	eFuse 编程状态
Reserved	31:1	/	0x0	/

EFUSE_AVDD

地址偏移：0x24

表 4.11: efuse_avdd 格式
字段	位	访问	复位值	描述
r_f_cnt	19:0	RW	0x14	AVDD 下降与上升时序
Reserved	31:20	/	0x0	/

EFUSE_VERSION

地址偏移：0x30

表 4.11: efuse_avdd 格式
字段	位	访问	复位值	描述
efuse_ver	23:0	RO	0x20005	eFuse 版本

eFuse 

简介 

主要特性 

功能描述 

功能描述 

eFuse 数据映射 

参数说明 

通用数据（6.5 kib）

ROM 代码

系统数据

SRAM BISR 数据（384位）

硬连线寄存器（128位）

密钥（6 × 128 位）

数据块控制标志（128 位）

BISR 标志（128 位）

BISR LUT 表

BISR LUT 项

eFuse BISR 修复流程

编程时序

读取时序

中断 

寄存器 

eFuse 寄存器 

EFUSE_PG_TIM_CFG0

EFUSE_PG_TIM_CFG1

EFUSE_PG_TIM_CFG2

EFUSE_PG_TIM_CFG3

EFUSE_RD_TIM_CFG0

EFUSE_RD_TIM_CFG1

EFUSE_RELOAD_EN

EFUSE_RELOAD_DONE

EFUSE_STATUS

EFUSE_AVDD

EFUSE_VERSION