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# G' F& V) e' Q- Q, [1 `, f' SFMC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


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
STM32F7的quad-spi接口有三种模式
0 a" V5 Z6 Z- x& j) T  N6 k（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
（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
9 U+ \! x8 H$ x6 W  G- s; t（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

STM32F7的quad-spi接口主要特点：
（1）三种工作模式
（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）
（3）支持SDR和DDR
" g- v5 e$ y' d+ i' j+ |（4）间接模式的DMA通道
; B3 u& M6 K  S/ [( b: T7 P9 C（5）内嵌接收和发送FIFO
（6）支持FIFO threshold, timeout, operation complete, access error四种中断

Quad-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

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，
（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
（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
( w# A2 \. Y% H4 ^! U3 z3 z（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
3 r6 V  [; S0 O0 l, f: I1 p$ R# i5 G（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
5 X  f3 {3 E: b$ V
7 j% W2 @0 m4 p8 c) C

9 k4 e4 w. r, l/ ?: K3.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


) i2 |4 o' D) a, ?( L( t: q这里主要说明quad-spi flash代码流程分析
; O3 r  ^% I3 m- W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。
选择STM32Cube_FW_F7_V1.1.0/project/STM32746G-Discovery/example/QSPI/QSPI_ExecuteInPlace例程
- C! j; l/ i! ]1 t（1）Flash配置寄存器初始化
" f( t/ l" @, g! t

1.   /* Initialize QuadSPI ------------------------------------------------------ */
   ' v! }; X2 I2 T  I9 K2 w; Q: D" ]
2.   QSPIHandle.Instance = QUADSPI;         
   
3.   HAL_QSPI_DeInit(&QSPIHandle);
   
4.         
   
5.   /* ClockPrescaler set to 2, so QSPI clock = 216MHz / (2+1) = 72MHz */
   
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，
   
8.   QSPIHandle.Init.SampleShifting     = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;
   
9.   QSPIHandle.Init.FlashSize          = POSITION_VAL(0x1000000) - 1;                         //0x1000000=16MB,
   
10.   QSPIHandle.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_2_CYCLE;        //nCS stay high for at least 2 clock cycles between commands
    ' A9 h+ I& u  @8 F6 q( }4 x9 t) p! ]
11.   QSPIHandle.Init.ClockMode          = QSPI_CLOCK_MODE_0;                                    //Clk stays low while nCS is released
    5 \8 R; X& ^1 P
12.   QSPIHandle.Init.FlashID            = QSPI_FLASH_ID_1;                                               //选择第1片flash
    " D1 ?: t( r! E: w4 V2 \
13.   QSPIHandle.Init.DualFlash          = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
    , k" e" O7 _+ R4 b, y. s
14.   
    , m% D3 w0 ~7 m# }) J4 ~' d) S
15.   if (HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle) != HAL_OK)
    
16.   {
    / \( ?% M0 `- F7 ^, `* D/ [0 u
17.     Error_Handler();
    9 e8 p( X+ K2 V. P
18.   }

复制代码

(2)使能写操作

1.   /* Enable write operations ------------------------------------------ */
   
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;            
   
3.   sCommand.Instruction       = WRITE_ENABLE_CMD;
   ) E- C: o: k1 x5 R) h. \
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   " W2 [/ j) v( c1 S) m2 Q1 [6 |5 |2 j
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_NONE;
   , f$ q" ^( c) j2 ~7 B$ w
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   0 b- `" A9 c+ ^6 h" G
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   . L4 }& d+ S( c# E; @3 z0 s/ N9 L" M7 g
10.   sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    ! n- p# X2 `' z/ D1 w
11. 
    " F/ w& Q& x1 O( y' F. T
12.   if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
13.   {
    
14.     Error_Handler();
    ; F2 F  u* s: y9 l8 ^3 [+ B# N
15.   }
      Q9 a  x  r7 r( H
16.   
    
17.   /* Configure automatic polling mode to wait for write enabling ---- */
    ; }1 u! o9 o1 o. o. ]+ B
18.   sConfig.Match           = 0x02;
    
19.   sConfig.Mask            = 0x02;
    " l5 w6 T8 Z9 f3 G3 T
20.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    ( ~: I% \& k1 m
21.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    
22.   sConfig.Interval        = 0x10;
    3 E5 b0 K  K2 [: Q) o7 i3 {
23.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
24. 
    
25.   sCommand.Instruction    = READ_STATUS_REG_CMD;
    
26.   sCommand.DataMode       = QSPI_DATA_1_LINE;
    8 W! u1 A$ v) ~; H, G# g! l3 c
27. 
    / V7 ~/ z* }4 ^' v  W# M
28.   if (HAL_QSPI_AutoPolling(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
29.   {
    8 J4 b3 B7 m- D2 v0 o8 n
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
( V4 _' j/ P  f+ i源码中定义   #define WRITE_ENABLE_CMD                     0x06；
2 j7 g- L6 E  J! G" S这里要查阅芯片手册

' d  n( G7 H# W确实是一致的。
3 K$ v0 p/ D, R* s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，
$ A* l  a2 a& k& W1 Q9 }( m0 @查阅手册：
% w# ~5 y$ q% f% }7 L* }' r8 F
- s' M; G. [5 y& @6 \' q2 s! _
" R( s( j, B+ t! q1 }6 [确实是bit1，即mask=0x02,当该位为1时，说明写使能，故match=0x02;
（3）擦除flash的第一个sector
3 }2 L$ X$ [! U: Z

1.         /* Erasing Sequence -------------------------------------------------- */
   
2.         sCommand.Instruction = SECTOR_ERASE_CMD;   //块擦除，64KB one sector
   
3.         sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   - m  o7 }: \8 A1 \! M$ c0 d5 _
4.         sCommand.Address     = qspi_addr;                          //qspi_addr=0
   
5.         sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_NONE;
   
6.         sCommand.DummyCycles = 0;
   
7. 
   
8.         if (HAL_QSPI_Command_IT(&QSPIHandle, &sCommand) != HAL_OK)
   3 V# B: x$ ?5 j' |5 r
9.         {
   
10.           Error_Handler();
      T8 g% X( @. X
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

: U  i+ D7 d; N0 `  D/ i5 ]

1.   /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
   . ^, p) s" w5 Z. }# Z7 h
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   
3.   sCommand.Instruction       = READ_STATUS_REG_CMD;
   3 x( g( w- [- {9 {  W( t) M) _
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
   6 L5 M2 L2 N/ T. W! Z( |
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   $ U+ k& h% l4 n4 r8 w. u% m
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   ) K& D+ F3 a. Y" u1 d
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   ' |! {" h) Z; h7 J- u; h, w
10.   sCommand.SIOOMode         = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
11. 
    ( T+ b6 i; c  M/ m4 O* S
12.         //bit0:write in progress 0:ready 1:busy
    ! T4 F" ]- n8 ~8 T/ u1 r8 P1 ]
13.   sConfig.Match           = 0x00;
    
14.   sConfig.Mask            = 0x01;
    
15.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    / v" \7 d- P6 x3 Y4 k
16.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    ) i2 u* J6 T1 u; A" h3 W
17.   sConfig.Interval        = 0x10;
    
18.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
19. 
    
20.   if (HAL_QSPI_AutoPolling_IT(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig) != HAL_OK)
    
21.   {
    ; B) O& B# r2 o6 b2 f3 M! ?9 a
22.     Error_Handler();
    
23.   }

复制代码

（5）写使能并且写数据
6 _6 j8 {- u- {/ P

1. /* Enable write operations ----------------------------------------- */
   
2.           QSPI_WriteEnable(&QSPIHandle);
   . _3 X/ D& n5 t
3. 
   * H# F0 x2 S& a% ~  T3 J- Y% \
4.                                         //QUAD INPUT FAST PROGRAM Data In:DQ[3:0];Address In:DQ0
   6 y$ C8 I* L' t7 b3 _  k+ V6 [( r
5.           /* Writing Sequence ------------------------------------------------ */
   
6.           sCommand.Instruction = QUAD_IN_FAST_PROG_CMD;
   " U# j3 V1 u8 @/ D. S) U1 i4 {
7.           sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   % J2 Y! i- [8 F, _) G4 J! t
8.           sCommand.Address     = qspi_addr;                                              //qspi_addr=0
   
9.           sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_4_LINES;
   
10.           sCommand.NbData      = size;                                                         //size = QSPI_PAGE_SIZE = 256
    % Y; R9 j6 O! n! b
11. 
    7 D  c4 A; J& P5 H
12.           if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    5 n5 Q: m2 _; z( E1 s! _% t+ n
13.           {
    
14.             Error_Handler();
    / ^% n9 L: C7 a7 ?& S, ?# J
15.           }
    
16. 
    
17.           if (HAL_QSPI_Transmit_DMA(&QSPIHandle, flash_addr) != HAL_OK)         //flash_addr = (uint8_t *)(&Load$QSPI$Base);
    / m* Q4 J7 `* {; b9 m
18.           {
    - m6 |" P" K6 \! ~* Q' v1 x: W
19.             Error_Handler();
    
20.           }

复制代码

看到这里就不得不提一下scatter file文件

, G& L1 |& \. ]打开这个文件，STM32746G-DISCOVERY.sct
- F, k2 k: e! E% Z- k

1. ; *************************************************************
   
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   
3. ; *************************************************************
   
4. 
   
5. LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
   
6.   ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   
7.    *.o (RESET, +First)
   
8.    *(InRoot$Sections)
   
9.    .ANY (+RO)
   & V: }* r6 ^6 A3 Z4 U
10.   }
    : g4 o/ p/ E. d0 u( J4 r" R
11.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000  {  ; RW data
    ) m, u: V( Z, C$ {; m- J
12.    .ANY (+RW +ZI)
    
13.   }
    : T5 d6 G( @+ \( r/ m  }# y
14.   QSPI 0x90000000 0x00100000  {
    
15.    *.o (.qspi)
    ; h: _! N3 C/ V9 t5 Z6 s% Q
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

/ T" m0 _8 D7 x6 |& O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
, |+ K6 K) l! G3 W4 A（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
! h4 c2 ^1 k( |1 D（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
* V6 t( R& i! w! A+ T

1. /* Configure Volatile Configuration register (with new dummy cycles) */
   , o1 ?  W  H. V$ h9 V7 H
2.             QSPI_DummyCyclesCfg(&QSPIHandle);
   
3. 
   
4.             /* Reading Sequence ------------------------------------------------ */
   : l1 N7 u8 H8 N& N2 f
5.             sCommand.Instruction = QUAD_OUT_FAST_READ_CMD;
   
6.             sCommand.DummyCycles = DUMMY_CLOCK_CYCLES_READ_QUAD;
   
7. 
   
8.             sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
   + v. ~- I% K. M$ |2 R
9. 
   1 Y$ {% L! ?$ b$ v0 D5 e  ~2 t# }4 U
10.             if (HAL_QSPI_MemoryMapped(&QSPIHandle, &sCommand, &sMemMappedCfg) != HAL_OK)
    
11.             {
    
12.               Error_Handler();
    
13.             }

复制代码

（9）执行.qspi段的代码
* I$ t0 F& A7 m- ^7 Z1 {+ u1 ]

1. /* Execute the code from QSPI memory ------------------------------- */
   ) }. e( z8 Y/ _/ {% {! F5 N
2.           GpioToggle();

复制代码

注意

1. #if defined(__CC_ARM)
   * a9 Y# c5 Y% S9 q1 R) W
2. #pragma arm section code = ".qspi"
   
3. #pragma no_inline
   
4. static void GpioToggle(void)
   
5. #elif defined(__ICCARM__)
   
6. static void GpioToggle(void) @ ".qspi"
   ; b  o1 ?: m- I! i
7. #elif defined(__GNUC__)
   1 B( T8 q1 e6 w& B0 s
8. static void __attribute__((section(".qspi"), noinline)) GpioToggle(void)
   
9. #endif
   ) D* B$ m. ]' D8 }
10. 
    / l3 S7 Q" r0 G. X
11. {
    0 \' z/ t5 ^2 u' r
12.   BSP_LED_Toggle(LED1);
    5 x2 }+ H; G+ D$ l% u( K
13.   /* Insert delay 200 ms */
    
14.   HAL_Delay(200);
    
15. }

复制代码

我的问题：
3 b* @8 L4 U: L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

netlhx 发表于 2015-9-9 09:14
- V3 z& z* p' S这个位置就是映射到4G空间的FLASH的地址

; t3 j+ L/ B" S: w- p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
3 R5 Y* l6 K" Z/ m8 L6 w  E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 ...

& ~, m0 x7 Y4 m# W n25q_128mb_3v_65nm.pdf (1.11 MB, 下载次数: 133)

2016-3-13 09:27 上传

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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