85.1 初学者重要提示
QSPI Flash下载算法文件直接采用HAL库制作,方便大家自己修改。
STM32CubeProg下载算法制作和MDK下载算法制作基本是一样
本教程的第68章USB DFU和第69章串口IAP章节为大家介绍过STM32CubeProg的用法。
85.2 STM32CubeProg简介
STM32CubeProg,此软件实现了之前的 DfuSe,STLINK 小软件和 Flashloader 三合一,并且支持外部 EEPROM,NOR Flash,SPI Flash,NAND Flash 等烧写,也支持 OTA 编程。
85.3 STM32CubeProg下载算法基础知识
STM32CubeProg下载算法是一种用于擦除应用程序或将应用程序下载到Flash的程序代码。ST自家的芯片都自带下载算法,存放在STM32CubeProg安装目录里面,但不支持的需要我们自己制作,本章教程为此而生。
85.3.1 程序能够通过下载算法下载到芯片的核心思想
认识到这点很重要:通过IDE开发环境创建一批与地址信息无关的算法文件,实现的功能主要有初始化,擦除,编程,读取,校验等,然后STM32CubeProg下载阶段,会将算法文件加载到芯片的内部RAM里面,然后STM32CubeProg通过与这个算法文件的交互,实现程序下载,数据读取等操作。
85.3.2 算法程序中擦除操作执行流程
注:下面是MDK的算法执行流程,STM32CubeProg是类似的。
擦除操作大致流程:
加载算法到芯片RAM。
执行初始化函数Init。
执行擦除操作,根据用户配置,这里可以选择整个芯片擦除或者扇区擦除。
执行Uinit函数。
操作完毕。
85.3.3 算法程序中编程操作执行流程
注:下面是MDK的算法执行流程,STM32CubeProg是类似的(没有Unint函数)。
编程操作大致流程:
针对IDE生成的axf(elf)可执行文件做Init初始化,这个axf(elf)文件是指的大家自己创建应用程序生成的。
查看Flash算法是否在FLM文件。如果没有在,操作失败。如果在:
加载算法到RAM。
执行Init函数。
加载用户到RAM缓冲。
执行Program Page页编程函数。
执行Uninit函数。
操作完毕。
85.3.4 算法程序中校验操作执行流程
注:下面是MDK的算法执行流程,STM32CubeProg是类似的(没有Unint函数)。
校验操作大致流程:
校验要用到IDE生成的axf(elf)可执行文件。校验就是axf(elf)文件中下载到芯片的程序和实际下载的程序读出来做比较。
查看Flash算法是否在FLM文件。如果没有在,操作失败。如果在:
加载算法到RAM。
执行Init函数。
查看校验算法是否存在
如果有,加载应用程序到RAM并执行校验。
如果没有,执行计算CRC,将芯片中读取数据出来和RAM中加载应用计算输出的CRC值做比较。
执行Uninit函数。
替换BKPT(BreakPoint断点指令)为 B. 死循环指令。
执行RecoverySupportStop,回复支持停止。
执行DebugCoreStop,调试内核停止。
运行应用:
执行失败
执行成功,再执行硬件复位。
操作完毕,停止调试端口。
85.4 创建STM32CubeProg下载算法通用流程
下面是STM32CubeProg给的一种大致操作流程,不限制必须采用这种方法,自己创建也可以的。
85.4.1 第1步,使用STM32CubeProg提供好的程序模板
位于路径:STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\bin\ExternalLoader
以M25P64为例(注,其余步骤就以这个为例子进行说明):
85.4.2 第2步,修改工程名
STM32CubeProg提供的工程模板原始名字是M25P64_STM3210E-EVAL.uvproj,大家可以根据自己的需要做修改。比如修改为MyDevice.uvproj(MDK4的后缀)或者MyDevice.uvprojx(MDK5的后缀)。
85.4.3 第3步,修改使用的器件
在MDK的Option选项里面设置使用的器件。
85.4.4 第4步,修改输出算法文件的名字
这个名字是方便用户查看的,比如设置为stm32h7,那么输出的算法文件就是stm32h7.stldr。
注:STM32CubeProg软件里面别的文件名并不采用这个,而是由用户在文件Dev_Inf.c里面定义的:
85.4.5 第5步,修改使用的库文件和头文件路径
根据大家使用的主控芯片,添加相应的库文件和头文件路径。
85.4.6 第5步,修改编程算法文件Loader_Src.c
模板工程里面提供的是M25P64,部分代码如下:
- /**
- * Description :
- * Initilize the MCU Clock, the GPIO Pins corresponding to the
- * device and initilize the FSMC with the chosen configuration
- * Inputs :
- * None
- * outputs :
- * R0 : "1" : Operation succeeded
- * "0" : Operation failure
- * Note: Mandatory for all types of device
- */
- int Init (void)
- {
- SystemInit();
- sFLASH_Init();
- return 1;
- }
- /**
- * Description :
- * Read data from the device
- * Inputs :
- * Address : Write location
- * Size : Length in bytes
- * buffer : Address where to get the data to write
- * outputs :
- * R0 : "1" : Operation succeeded
- * "0" : Operation failure
- * Note: Mandatory for all types except SRAM and PSRAM
- */
- int Read (uint32_t Address, uint32_t Size, uint8_t* buffer)
- {
- sFLASH_ReadBuffer(buffer, Address, Size);
- return 1;
- }
- /**
- * Description :
- * Write data from the device
- * Inputs :
- * Address : Write location
- * Size : Length in bytes
- * buffer : Address where to get the data to write
- * outputs :
- * R0 : "1" : Operation succeeded
- * "0" : Operation failure
- * Note: Mandatory for all types except SRAM and PSRAM
- */
- int Write (uint32_t Address, uint32_t Size, uint8_t* buffer)
- {
- sFLASH_WriteBuffer(buffer, Address, Size);
- return 1;
- }
- /**
- * Description :
- * Erase a full sector in the device
- * Inputs :
- * None
- * outputs :
- * R0 : "1" : Operation succeeded
- * "0" : Operation failure
- * Note: Not Mandatory for SRAM PSRAM and NOR_FLASH
- */
- int MassErase (void)
- {
- sFLASH_EraseBulk();
- return 1;
- }
复制代码
85.4.7 第6步,修改配置文件Dev_Inf.c
模板工程里面提供简单的配置说明:
- #if defined (__ICCARM__)
- __root struct StorageInfo const StorageInfo = {
- #else
- struct StorageInfo const StorageInfo = {
- #endif
- "M25P64_STM3210E-EVAL", // Device Name + version number
- SPI_FLASH, // Device Type
- 0x00000000, // Device Start Address
- 0x00800000, // Device Size in Bytes (8MBytes/64Mbits)
- 0x00000100, // Programming Page Size 16Bytes
- 0xFF, // Initial Content of Erased Memory
- // Specify Size and Address of Sectors (view example below)
- 0x00000080, 0x00010000, // Sector Num : 128 ,Sector Size: 64KBytes
- 0x00000000, 0x00000000,
- };
复制代码
注:名字M25P64_STM3210E-EVAL就是我们第4步所说的。STM32CubeProg会识别出这个名字。
85.4.8 第7步,保证生成的算法文件中RO和RW段的独立性,即与地址无关。
C和汇编的配置都勾选上:
汇编:
如果程序的所有只读段都与位置无关,则该程序为只读位置无关(ROPI, Read-only position independence)。ROPI段通常是位置无关代码(PIC,position-independent code),但可以是只读数据,也可以是PIC和只读数据的组合。选择“ ROPI”选项,可以避免不得不将代码加载到内存中的特定位置。这对于以下例程特别有用:
(1)加载以响应运行事件。
(2)在不同情况下使用其他例程的不同组合加载到内存中。
(3)在执行期间映射到不同的地址。
使用Read-Write position independence同理,表示的可读可写数据段。
85.4.9 第8步,将程序可执行文件axf修改为stldr格式
通过下面的命令就可以将生成的axf可执行文件修改为stldr。
85.4.10 第9步,分散加载设置
我们这里的分散加载文件直接使用MDK模板工程里提供好的即可。
分散加载文件中的内容如下:
- FLASH_LOADER 0x20000004 PI ; FlashLoader Functions
- {
- PrgCode +0 ; Code
- {
- * (+RO)
- }
- PrgData +0 ; Data
- {
- * (+RW,+ZI)
- }
- }
- DEVICE_INFO +0 ; Device Info
- {
- DevInfo +0 ; Info structure
- {
- dev_inf.o
- }
- }
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这里要修改下Flash算法加载地址,将0x20000004修改为STM32H7的RAM地址,任何RAM块地址均可,只要够存储Flash算法。推荐设置为AXI SRAM地址0x24000004,因为空间够大,有512KB。
--diag_suppress L6305用于屏蔽L6503类型警告信息。
特别注意,设置了分散加载后,此处的配置就不再起作用了:
85.5 SPI Flash的STM32CubeProg下载算法制作
下面将SPI Flash算法制作过程中的几个关键点为大家做个说明。
85.5.1 第1步,制作前重要提示
这两点非常重要:
程序里面不要开启任何中断,全部查询方式。
HAL库里面各种时间基准相关的API全部处理掉。简单省事些,我们这里是直接注释,采用死等即可。无需做超时等待,因为超时后,已经意味着操作失败了,跟死等没有区别。
85.5.2 第2步,准备一个工程模板
推荐大家直接使用我们本章工程准备好的模板即可,如果大家自己制作,注意一点,请使用当前最新的HAL库。
85.5.3 第3步,修改HAL库
这一步比较重要,主要修改了以下三个文件:
主要是修改了HAL库时间基准相关的几个API,并注释掉了一批无关的API。具体修改内容,大家可以找个比较软件,对比修改后的这个文件和CubeH7软件包V1.8.0(软件包里面的HAL库版本是V1.9.0)的差异即可。
85.5.4 第4步,时钟初始化
我们已经用不到滴答定时器了,直接在bsp.c文件里面对滴答初始化函数做重定向:
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: HAL_InitTick
- * 功能说明: 重定向,不使用
- * 形 参: TickPriority
- * 返 回 值: 无
- *********************************************************************************************************
- */
- HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
- {
- return HAL_OK;
- }
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然后就是HSE外置晶振的配置,大家根据自己的板子实际外挂晶振大小,修改stm32h7xx_hal_conf.h文件中HSE_VALUE大小,实际晶振多大,这里就修改为多大:
- #if !defined (HSE_VALUE)
- #define HSE_VALUE ((uint32_t)25000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
- #endif /* HSE_VALUE */
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最后修改PLL:
85.5.5 第5步,配置文件Dev_Inf.c的实现
配置如下:
- #if defined (__ICCARM__)
- __root struct StorageInfo const StorageInfo = {
- #else
- struct StorageInfo const StorageInfo = {
- #endif
- "ARMFLY_STM32H743_SPI_W25Q64", /* 算法名,添加算法到STM32CubeProg安装目录会显示此名字 */
- NOR_FLASH, /* 设备类型 */
- 0xC0000000, /* Flash起始地址 */
- 8 * 1024 * 1024, /* Flash大小,8MB */
- 4096, /* 编程页大小 */
- 0xFF, /* 擦除后的数值 */
- 2048 , 4 * 1024, /* 块个数和块大小 */
- 0x00000000, 0x00000000,
- };
复制代码
注释已经比较详细,大家根据自己的需要做修改即可。注意一点,算法名ARMFLY_STM32H743_SPI_W25Q64会反馈到这个地方:
85.5.6 第6步,编程文件Loader_Src.c的实现
下面将变成文件中实现的几个函数为大家做个说明:
初始化函数Init
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: Init
- * 功能说明: Flash编程初始化
- * 形 参: 无
- * 返 回 值: 0 表示失败, 1表示成功
- *********************************************************************************************************
- */
- int Init(void)
- {
- int result = 0;
- /* 系统初始化 */
- SystemInit();
- /* 时钟初始化 */
- result = SystemClock_Config();
- if (result == 1)
- {
- return 0;
- }
- /* SPI Flash初始化 */
- bsp_InitSPIBus();
- bsp_InitSFlash();
- return 1;
- }
复制代码
整个芯片擦除函数MassErase
整个芯片的擦除实现如下:
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: MassErase
- * 功能说明: 整个芯片擦除
- * 形 参: 无
- * 返 回 值: 1 表示成功,0表示失败
- *********************************************************************************************************
- */
- int MassErase(void)
- {
- sf_EraseChip();
- return 1;
- }
复制代码
扇区擦除函数SectorErase
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: SectorErase
- * 功能说明: EraseStartAddress 擦除起始地址
- * EraseEndAddress 擦除结束地址
- * 形 参: adr 擦除地址
- * 返 回 值: 1 表示成功,0表示失败
- *********************************************************************************************************
- */
- int SectorErase (uint32_t EraseStartAddress ,uint32_t EraseEndAddress)
- {
- uint32_t BlockAddr;
- EraseStartAddress -= SPI_FLASH_MEM_ADDR;
- EraseEndAddress -= SPI_FLASH_MEM_ADDR;
- EraseStartAddress = EraseStartAddress - EraseStartAddress % 0x1000; /* 4KB首地址 */
- while (EraseEndAddress >= EraseStartAddress)
- {
- BlockAddr = EraseStartAddress & 0x0FFFFFFF;
- sf_EraseSector(BlockAddr);
- EraseStartAddress += 0x1000;
- }
- return 1;
- }
复制代码
这里要注意两点:
(1) 程序里面的操作EraseStartAddress-= SPI_FLASH_MEM_ADDR,实际传递进来的地址是带了首地址的,即0xC0000000。
(2) 这里执行的擦除大小要前面Dev_Inf.c文件中配置的扇区大小一致,这里是执行的4KB为扇区进行擦除。
页编程函数Write
页编程函数实现如下:
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: Write
- * 功能说明: 写数据到Device
- * 形 参: Address 写入地址
- * Size 写入大小,单位字节
- * buffer 要写入的数据地址
- * 返 回 值: 1 表示成功,0表示失败
- *********************************************************************************************************
- */
- int Write(uint32_t Address, uint32_t Size, uint8_t* buffer)
- {
- Address -= SPI_FLASH_MEM_ADDR;
- sf_WriteBuffer(buffer, Address, Size);
- return 1;
- }
复制代码
这里注意两点:
(1) W25Q256的页大小是256字节,前面FlashDev.c中将页编程大小设置为4096字节,主要是方便擦除操作。
(2) 程序里面的操作Address-= SPI_FLASH_MEM_ADDR,实际传递进来的地址是带了首地址的,即0xC0000000。
读取函数
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 函 数 名: Read
- * 功能说明: 从SPI Flash读取数据
- * 形 参: Address 读取地址
- * Size 读取大小,单位字节
- * buffer 读取存放的数据缓冲
- * 返 回 值: 1 表示成功,0表示失败
- *********************************************************************************************************
- */
- int Read(uint32_t Address, uint32_t Size, uint8_t* Buffer)
- {
- Address -= SPI_FLASH_MEM_ADDR;
- sf_ReadBuffer(Buffer, Address, Size);
- return 1;
- }
复制代码
读取和校验函数
我们程序中未做校验函数。如果程序中未做校验函数,那么STM32CubeProg会读取数据做校验。
85.5.7 第7步,修改SPI Flash驱动文件(引脚,命令等)
最后一步就是SPI Flash(W25Q64)的驱动修改,大家可以根据自己的需求做修改。使用的引脚定义在文件bsp_spi_bus.c:
- /*
- *********************************************************************************************************
- * 时钟,引脚,DMA,中断等宏定义
- *********************************************************************************************************
- */
- #define SPIx SPI1
- #define SPIx_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE()
- #define DMAx_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE()
- #define SPIx_FORCE_RESET() __HAL_RCC_SPI1_FORCE_RESET()
- #define SPIx_RELEASE_RESET() __HAL_RCC_SPI1_RELEASE_RESET()
- #define SPIx_SCK_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
- #define SPIx_SCK_GPIO GPIOB
- #define SPIx_SCK_PIN GPIO_PIN_3
- #define SPIx_SCK_AF GPIO_AF5_SPI1
- #define SPIx_MISO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
- #define SPIx_MISO_GPIO GPIOB
- #define SPIx_MISO_PIN GPIO_PIN_4
- #define SPIx_MISO_AF GPIO_AF5_SPI1
- #define SPIx_MOSI_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
- #define SPIx_MOSI_GPIO GPIOB
- #define SPIx_MOSI_PIN GPIO_PIN_5
- #define SPIx_MOSI_AF GPIO_AF5_SPI1
复制代码
硬件设置了之后,剩下就是SPI Flash相关的几个配置和片选引脚配置,在文件bsp_spi_flash.c:
主要是下面这几个:
- /* 串行Flash的片选GPIO端口, PD13 */
- #define SF_CS_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()
- #define SF_CS_GPIO GPIOD
- #define SF_CS_PIN GPIO_PIN_13
- #define SF_CS_0() SF_CS_GPIO->BSRR = ((uint32_t)SF_CS_PIN << 16U)
- #define SF_CS_1() SF_CS_GPIO->BSRR = SF_CS_PIN
- #define CMD_AAI 0xAD /* AAI 连续编程指令(FOR SST25VF016B) */
- #define CMD_DISWR 0x04 /* 禁止写, 退出AAI状态 */
- #define CMD_EWRSR 0x50 /* 允许写状态寄存器的命令 */
- #define CMD_WRSR 0x01 /* 写状态寄存器命令 */
- #define CMD_WREN 0x06 /* 写使能命令 */
- #define CMD_READ 0x03 /* 读数据区命令 */
- #define CMD_RDSR 0x05 /* 读状态寄存器命令 */
- #define CMD_RDID 0x9F /* 读器件ID命令 */
- #define CMD_SE 0x20 /* 擦除扇区命令 */
- #define CMD_BE 0xC7 /* 批量擦除命令 */
- #define DUMMY_BYTE 0xA5 /* 哑命令,可以为任意值,用于读操作 */
- #define WIP_FLAG 0x01 /* 状态寄存器中的正在编程标志(WIP) */
复制代码
85.6 QSPI Flash的STM32CubeProg下载算法使用方法
编译本章教程配套的例子,生成的算法文件位于此路径下:
85.6.1 下载算法存放位置
生成此文件后,需要大家将其存放到STM32CubeProg安装目录路径:
\STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\bin\ExternalLoader
85.6.2 STM32CubeProg下载配置
我们这里以STLINK连接开发板为例进行说明(USB DFU或者串口方式不支持下载外部Flash)。
点击Connect后效果如下:
在这里选择我们制作的下载算法:
任意加载个hex或者bin文件,并按照如下配置,然后点击Start Programming
下载完成后的效果如下:
85.6.3 验证算法文件是否可以正常使用
为了验证算法文件是否可以正常使用,大家可以运行本教程第86章配套的例子。也可以使用STM32CubeProg直接读取:
85.7 实验例程说明
本章配套例子:V7-066_SPI Flash的STM32CubeProg下载算法制作。
编译本章教程配套的例子,生成的算法文件位于此路径下:
85.8 总结
本章节就为大家讲解这么多,为了熟练掌握,大家可以尝试自己实现一个Flash下载算法。
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