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* `* d- d. S+ Y) l. f3 KFMC和QSPI引脚冲突的解决

分享一个 QSPI N25Q256A的读写程序，支持QUAD, 4字节模式
( O. K9 g& C1 L
' |% W, Q9 T# ?! t
1.QuadSPI接口的特点。与普通的SPI Flash接口相比，quadSPI可以接四位数据线，传输速率大大提高
% a, i9 f1 ~- |6 L9 r3 f4 MSTM32F7的quad-spi接口有三种模式
（1）indirect mode（间接模式）：所有操作都是用的QUADSPI寄存器，通常在对FLASH寄存器配置时用这种模式
' s& ^* U1 j9 P6 j（2）status polling mode（状态轮询模式）：外部Flash的状态寄存器查询使用的是这种模式，如果开启中断，可以产生中断信号
+ `1 t$ u8 w; O8 ~6 a（3）memory-mapped mode（内存映射模式）：外部flash映射到MCU的地址空间，可以视为内部闪存，读写数据用的这种模式
" r8 ~9 t) }& |+ c& ~
STM32F7的quad-spi接口主要特点：
* Y0 {1 V7 z9 H+ ?（1）三种工作模式
; C) _1 S! X( q! {0 V6 a( i4 S4 j（2）Dual-Flash模式，可以同时接两片Flash，共用CLK和CS片选线。这样可以最多同时传输8位数据（4+4）
; h- c' w  w5 j# M4 b/ a2 l（3）支持SDR和DDR
' I8 y- W, Y% y3 s4 i0 y（4）间接模式的DMA通道
（5）内嵌接收和发送FIFO
, g- B, e4 ?+ j, ~, b6 K（6）支持FIFO threshold, timeout, operation complete, access error四种中断
8 c) r  j# s9 Z3 S+ ?) Z' A3 G
( e2 H  p$ t8 Z, n/ H# [8 X. X8 GQuad-spi完整的命令格式由5部分组成，分别是Instruction,Address,Alternate-bytes,dummy-cycles和Data这5个阶段，时序图如图所示
2 J7 h" l2 k  U/ b: _
& `% E' c. Y  Y& t- x5 V  t总结一下特点：
（1）每个阶段都可以选择是 1bit(SO/SI线 single SPI mode)，2bit(IO0/IO1线 dual SPI mode)，和4bit(IO0/IO1/IO2/IO3线 quad SPI mode)传输，
" R+ f+ P2 o) p（2）写数据时,dummy cycle可以为0；读数据时，为了保证足够的转换时间，因为之前是写数据，现在要变成读，至少要1个dummy cycle
6 N( j; v. E; y" r; E（3）这5个阶段都不是必须的，可以没有
（4）indirect mode模式，数据读取时通过QUADSPI_DR寄存器；memory-mapped mode模式，数据直接返回和输出通过AHB总线或者DMA
* ~; M0 o5 x* N（5）SDR和DDR模式的区别：两者的instruction阶段都是CLK信号的下降沿数据传输；在DDR模式中，Address,Alternate-bytes和Data这3个阶段都是上升沿和下降沿都有数据传输
' j$ v! p- H! S（6）F7有32-byte FIFO，可以设置threshold（阈值），接收数据数目超过该值时，FTF（FIFO threshold flag）=1
8 d2 J8 q5 a7 E* e/ C

) ^9 t# e. X" t4 K$ y- ^
3.STM32F7-Discovery的quad-spi flash使用的是micron公司的N25Q128A系列，有128Mbit容量，后面附上数据手册，原理图如图所示
0 ^% R  e; ]' Q5 l) |; [2 j

1 k, A4 V% A9 w: e% a, X  j这里主要说明quad-spi flash代码流程分析
! h0 d8 }/ ], ~: E1 m论坛可以下载STM32Cube_FW_F7_V1.1.0压缩包，我也是从里面的例程中学习的。
+ w# N! G" |+ r: j选择STM32Cube_FW_F7_V1.1.0/project/STM32746G-Discovery/example/QSPI/QSPI_ExecuteInPlace例程
% _% `7 t7 U) _7 l5 `（1）Flash配置寄存器初始化
7 Y) X/ @! v. S2 g% P

1.   /* Initialize QuadSPI ------------------------------------------------------ */
   
2.   QSPIHandle.Instance = QUADSPI;         
   + d: n9 C" x' [' H
3.   HAL_QSPI_DeInit(&QSPIHandle);
   2 o$ V4 y2 G+ |. U1 |
4.         
   
5.   /* ClockPrescaler set to 2, so QSPI clock = 216MHz / (2+1) = 72MHz */
   ' R. F1 X3 c" y9 T! Z
6.   QSPIHandle.Init.ClockPrescaler     = 2;                                                                // <span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">查阅手册可知，最大频率108MHz,这里为什么不用1呢？？</span>
   
7.   QSPIHandle.Init.FifoThreshold      = 4;                                                                 // FIFO的阈值为4bytes，
   : m1 x/ R% s7 v) v* |
8.   QSPIHandle.Init.SampleShifting     = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;
   
9.   QSPIHandle.Init.FlashSize          = POSITION_VAL(0x1000000) - 1;                         //0x1000000=16MB,
   : _* E% r0 j4 w, _# H' }. l( X
10.   QSPIHandle.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_2_CYCLE;        //nCS stay high for at least 2 clock cycles between commands
      |6 o6 R2 }  }& W' X* @
11.   QSPIHandle.Init.ClockMode          = QSPI_CLOCK_MODE_0;                                    //Clk stays low while nCS is released
    : a7 y! y" }; |4 l# |
12.   QSPIHandle.Init.FlashID            = QSPI_FLASH_ID_1;                                               //选择第1片flash
    * k  i6 p$ b( W7 r: R# H0 d4 |
13.   QSPIHandle.Init.DualFlash          = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
    % Z7 D6 b, a' O2 W8 r3 f0 U7 @9 c
14.   
    ; y7 M1 m3 D4 c# F) I
15.   if (HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle) != HAL_OK)
    
16.   {
    , _! \7 \6 y1 E1 {; X
17.     Error_Handler();
    
18.   }

复制代码

(2)使能写操作

1.   /* Enable write operations ------------------------------------------ */
   
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;            
   , A* I5 s; }. \9 |- O& u  `
3.   sCommand.Instruction       = WRITE_ENABLE_CMD;
   
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   9 I' z# A/ R4 ?; U3 t  [
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_NONE;
   
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   1 w+ {& j9 _8 Z4 z" I7 x
10.   sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    + I1 K# h2 b0 B1 p( y
11. 
    # z* U; L+ Y0 T* S
12.   if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
13.   {
    6 @' i  N. T& _3 |. C
14.     Error_Handler();
    . P1 Y& r8 w9 x7 V* Y. H
15.   }
    . D& n1 L5 T9 H: l" i& l
16.   
    # i# l: ?1 [' T  G5 N; v% M
17.   /* Configure automatic polling mode to wait for write enabling ---- */
    6 B& }# v% ~' Z
18.   sConfig.Match           = 0x02;
    1 b' f+ `! Q' w- V1 m5 _
19.   sConfig.Mask            = 0x02;
    
20.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    
21.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    
22.   sConfig.Interval        = 0x10;
    7 e3 G6 X- R9 W3 t  t2 }
23.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    $ v7 u3 c1 `5 e$ h8 S8 p
24. 
    . P* v6 c! s2 h% m, F
25.   sCommand.Instruction    = READ_STATUS_REG_CMD;
    8 B) ~7 C$ _) _' U2 c% J
26.   sCommand.DataMode       = QSPI_DATA_1_LINE;
    , G3 |1 `4 v4 X. j. D9 h' o8 _
27. 
    
28.   if (HAL_QSPI_AutoPolling(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    8 h% H1 B/ N# ^
29.   {
    
30.     Error_Handler();
    
31.   }

复制代码

首先使用indrect mode，使用1bit instruction传输，命令是 WRITE_ENABLE_CMD，无其他4个阶段
源码中定义   #define WRITE_ENABLE_CMD                     0x06；
  o# K1 }+ z5 Z! e, D这里要查阅芯片手册
6 a0 w2 s6 P$ ]5 x0 W
" c, N7 t. I$ m& y2 _确实是一致的。
8 F7 Z, A7 l1 _: Q' s& C接着使用automatic polling mode，命令是READ_STATUS_REG_CMD，读status register
automatic polling mode有如下功能，它将查询的得到的值和设置的Match值比较，只比较Mask中bit=1的位，设置可以为AND或者OR模式，
) H: `9 G8 @; ?3 _" `; V查阅手册：

* O, O4 I8 h! t3 _. ^1 w5 g6 E2 t
5 F6 I/ b- U" W( h确实是bit1，即mask=0x02,当该位为1时，说明写使能，故match=0x02;
" l# B  T) z) `  t% @& ^! b（3）擦除flash的第一个sector

1.         /* Erasing Sequence -------------------------------------------------- */
   
2.         sCommand.Instruction = SECTOR_ERASE_CMD;   //块擦除，64KB one sector
   * o: w4 o5 q6 B. p/ M+ D
3.         sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   
4.         sCommand.Address     = qspi_addr;                          //qspi_addr=0
   
5.         sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_NONE;
   * l  S) l1 x& Y) c/ Y' d
6.         sCommand.DummyCycles = 0;
   . a" ]/ r$ l% X
7. 
   4 f& U6 }& A0 r/ }5 }
8.         if (HAL_QSPI_Command_IT(&QSPIHandle, &sCommand) != HAL_OK)
   ( X/ _& ]2 \. c) g
9.         {
   ) B3 Y5 Q* D$ e$ Z( s- ]. u/ {% C' D  ~
10.           Error_Handler();
    9 y( X7 O3 c8 z
11.         }

复制代码

(4)等待擦除完毕，使用automatic polling mode查询，这里还是读status register，但读的是bit0位，而且预期值bit0=0；查阅手册

1.   /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
   
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   ' n$ s+ R3 q# V! ^# f8 g# p
3.   sCommand.Instruction       = READ_STATUS_REG_CMD;
   3 ~2 x+ x$ S+ p6 E
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   & n( P$ N6 D& u+ S
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   * \, {% [# F8 H7 o( d) |0 {/ s
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
   
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   2 N0 q- `% s: L0 m7 S% o
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   & C$ i" i2 R  E- _
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   ! s0 A' T5 O5 C4 s7 H( o. r
10.   sCommand.SIOOMode         = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
11. 
    
12.         //bit0:write in progress 0:ready 1:busy
    6 `7 Y1 d- Z$ o5 [
13.   sConfig.Match           = 0x00;
    ' D! w1 q: V5 ?: c7 Y  w
14.   sConfig.Mask            = 0x01;
    
15.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    - d; {5 j5 k- z2 a4 Q! w/ V
16.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    
17.   sConfig.Interval        = 0x10;
    
18.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
19. 
    9 y6 d! T/ y5 u9 q1 S% {
20.   if (HAL_QSPI_AutoPolling_IT(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig) != HAL_OK)
    
21.   {
    
22.     Error_Handler();
    2 h! B8 f5 K; w1 [
23.   }

复制代码

（5）写使能并且写数据

1. /* Enable write operations ----------------------------------------- */
   % e- F# U' W" u
2.           QSPI_WriteEnable(&QSPIHandle);
   & x2 N% Z# g! [! Q. D
3. 
   
4.                                         //QUAD INPUT FAST PROGRAM Data In:DQ[3:0];Address In:DQ0
   ) P1 \5 P( U4 W9 i, {1 E
5.           /* Writing Sequence ------------------------------------------------ */
   
6.           sCommand.Instruction = QUAD_IN_FAST_PROG_CMD;
   " [7 \  }( X* `6 ~' o
7.           sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   
8.           sCommand.Address     = qspi_addr;                                              //qspi_addr=0
   
9.           sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_4_LINES;
   
10.           sCommand.NbData      = size;                                                         //size = QSPI_PAGE_SIZE = 256
    9 ]' c) J; }2 y. `+ |5 K
11. 
    ( i7 H. A* F& v8 N6 u9 A+ W
12.           if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    / L4 _7 I( P- F7 T; L# V" p4 m4 o
13.           {
    9 q0 V; g; ?) |4 M* Z
14.             Error_Handler();
    " [& S) s) c4 V' k: M" n) F3 J
15.           }
    4 g$ P6 M! i& e& t. G' t
16. 
    
17.           if (HAL_QSPI_Transmit_DMA(&QSPIHandle, flash_addr) != HAL_OK)         //flash_addr = (uint8_t *)(&Load$QSPI$Base);
    " F3 v2 u" v! V! L
18.           {
    5 q! r0 G' X1 f& z
19.             Error_Handler();
    6 I" T& K6 N  S- T& [% Z
20.           }

复制代码

看到这里就不得不提一下scatter file文件
, R* s) r3 u1 D$ }: g# k
. y2 V8 J% B4 h打开这个文件，STM32746G-DISCOVERY.sct

1. ; *************************************************************
   
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   2 z. U9 Z- u3 H) s
3. ; *************************************************************
   
4. 
   5 O1 y* h' l4 f
5. LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
   $ m2 `6 U6 M+ h% h  O. j" O
6.   ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   5 b6 f) e7 t' T# o7 F( W
7.    *.o (RESET, +First)
   8 J% q  d  A; B* b' r& G& t5 _
8.    *(InRoot$Sections)
   
9.    .ANY (+RO)
   
10.   }
    0 z* p' Y5 r3 |5 `! W
11.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000  {  ; RW data
    $ l# G2 n2 M. `  s1 j/ h! i, G  ^
12.    .ANY (+RW +ZI)
    
13.   }
    ; j) B1 M+ v7 H* [
14.   QSPI 0x90000000 0x00100000  {
    
15.    *.o (.qspi)
    2 w4 j: [8 A3 O) Y
16.   }
    
17. }

复制代码

可以看到和一般的scatter file（分散加载描述文件）相比，多了一个QSPI执行域，
学过的都知道，这里表示链接时，将所有目标文件的.qspi段放在QSPI执行域，
再看一下F7的内存映射

' Y7 p- M( O8 s! M0 C5 a/ Y在0x8000 0000到0x9FFF FFFF有一个Quad SPI，这就是memory-mapped mode的由来。
因此上面flash_addr = (uint8_t *)(&Load$$QSPI$$Base) = 0x9000 0000; DMA传输就是将 0x9000 0000处开始的size = 256bytes的数据传递到flash,模式是indrect read mode
（6）判断传输是否完成，判断的方法同步骤4
（7）重复5、6步直到传输完max_size = (uint32_t)(&Load$$QSPI$$Length)=  0x00100000
: `6 f3 F( \* d0 C7 }# G: t5 _（8）设置dummy-cycle的值，配置为memory-mapped mode，命令是 QUAD_OUT_FAST_READ_CMD=0x6B，就是说映射完后，相对于内部flash

1. /* Configure Volatile Configuration register (with new dummy cycles) */
   $ u8 E( v" ?8 U1 q; g) Y4 z5 s
2.             QSPI_DummyCyclesCfg(&QSPIHandle);
   9 f0 e7 c+ A5 N
3. 
   2 b# A' J) D9 R# G
4.             /* Reading Sequence ------------------------------------------------ */
   1 W9 O8 W1 ~. O! r  i% C
5.             sCommand.Instruction = QUAD_OUT_FAST_READ_CMD;
   " V8 ?3 Q( ~* Z) ^( I* q4 J
6.             sCommand.DummyCycles = DUMMY_CLOCK_CYCLES_READ_QUAD;
   
7. 
   
8.             sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
   
9. 
   : t  X5 T& o! ?( ]" w5 Z+ D  y  A
10.             if (HAL_QSPI_MemoryMapped(&QSPIHandle, &sCommand, &sMemMappedCfg) != HAL_OK)
    : p$ k- _1 i5 {/ L7 i, k
11.             {
    " Y8 L! g* e! h2 q. M
12.               Error_Handler();
    , O- n! c, \8 p3 i7 E
13.             }

复制代码

（9）执行.qspi段的代码

1. /* Execute the code from QSPI memory ------------------------------- */
   
2.           GpioToggle();

复制代码

注意

1. #if defined(__CC_ARM)
   
2. #pragma arm section code = ".qspi"
   9 {7 e7 o9 }* M- G/ f
3. #pragma no_inline
   ; t* a& b- i# M' _3 q0 }  _
4. static void GpioToggle(void)
   ' I! {9 V3 v4 w" F* M
5. #elif defined(__ICCARM__)
   4 P! `" N9 z2 n9 g
6. static void GpioToggle(void) @ ".qspi"
   " T/ }. X* C- S! O' \3 Z
7. #elif defined(__GNUC__)
   
8. static void __attribute__((section(".qspi"), noinline)) GpioToggle(void)
   " n! }6 t) B3 H; z2 z" t. l* Q
9. #endif
   
10. 
    
11. {
    5 |! s* }5 Z5 u) W3 \# E
12.   BSP_LED_Toggle(LED1);
    . y7 B; U0 g% U' H' V% P
13.   /* Insert delay 200 ms */
    
14.   HAL_Delay(200);
    
15. }

复制代码

, ?5 y  S' K: S) D5 H1 Y我的问题：
, |6 A4 Q8 O/ q* z学完之后，我一直对一个问题感到困惑，再用st-link烧写程序时，这个.qspi段是不是放在内部flash中，只有在执行时，MCU才会到0x9000 0000处执行，这时MCU读flash，但是对我们来说是屏蔽的，我们可以直接当内部flash使用。如果前面没有执行DMA将0x9000 0000处数据传递到flash，后面是不是就不对了。这个时候为什么0x9000 0000处会有数据呢，实际上这里并没有flash啊，希望有人能帮忙解答一下
9 w4 b( `/ h7 p2 n8 t$ }

netlhx 发表于 2015-9-9 09:14
. x9 Q) f# Q) `% s) c. N这个位置就是映射到4G空间的FLASH的地址

请问一下，这个位置实际上并没有flash，那程序在执行步骤5,6,7，将这个位置的内容通过DMA写入到实际的flash上时，MCU是怎么怎么知道要传输数据的内容，毕竟映射的地址那里并没有flash。还有程序烧写进去时 .qspi段是放在哪里呢

学习了。。。

狂奔的小冉 发表于 2016-3-11 17:46
我想问一下，WRIRE ENABLE这些参数的说明是那份文档，我最近做F446，但是user manual没有Instruction的具体 ...

7 W  B) a6 B8 N# n( N, k( g  R7 w n25q_128mb_3v_65nm.pdf (1.11 MB, 下载次数: 133)

2016-3-13 09:27 上传

点击文件名下载附件

先学习下。。。

学习下                     

这个位置就是映射到4G空间的FLASH的地址

研究的比较细。

支持楼主的原创分享

学习了，顶顶。

我想问一下，WRIRE ENABLE这些参数的说明是那份文档，我最近做F446，但是user manual没有Instruction的具体说明。谢谢

我想问一下，WRIRE ENABLE这些参数的说明是那份文档，我最近做F446，但是user manual没有Instruction的具体说明。谢谢

feiting94 发表于 2016-3-13 09:28

原来是在EEPROM的 datasheet里。。。谢谢了！

今天也在研究Qspi 在keil添加FLASH的界面可以添加外部的Qspi存储器，应该可以将程序下载进去