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. H' g( `- Y! s) z% m- {
FMC和QSPI引脚冲突的解决
3 t  D1 ?1 ^" u% ]
" I' o4 R$ S3 h( q6 t6 }: p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
（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
（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：
8 G& _9 V9 {8 G8 _（1）三种工作模式
" D3 h. K$ ~: l; g* t+ t! b（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 @5 [, V" i7 s% K) O（3）支持SDR和DDR
（4）间接模式的DMA通道
（5）内嵌接收和发送FIFO
（6）支持FIFO threshold, timeout, operation complete, access error四种中断

+ L# @/ a- v7 D8 C$ T! G" i2 RQuad-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

5 v) R' p, [/ k% ?8 i, ?8 G8 m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，
" p# F0 a3 n& e（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
( n# T1 R! ~, a/ K（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
（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
* J1 m1 Q/ P8 a( g' u' D2 A! [（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
  f4 v, f* T+ P

8 j3 A& \+ c. {0 K  z
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

: Y' |; Y7 i0 Q: A& n) q
- G+ ]) D4 d7 L- I1 u2 V这里主要说明quad-spi flash代码流程分析
, w" P( P; n* R! t& z' 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。
0 \0 F; V  X  f( \! F3 O" H选择STM32Cube_FW_F7_V1.1.0/project/STM32746G-Discovery/example/QSPI/QSPI_ExecuteInPlace例程
（1）Flash配置寄存器初始化
5 j4 g& a8 ]( ]1 Z* ]

1.   /* Initialize QuadSPI ------------------------------------------------------ */
   - I# r& N' f2 @' d
2.   QSPIHandle.Instance = QUADSPI;         
   " W5 L- k- q- Q; h  Q+ E
3.   HAL_QSPI_DeInit(&QSPIHandle);
   1 D0 M( r3 C8 s, d2 B
4.         
   
5.   /* ClockPrescaler set to 2, so QSPI clock = 216MHz / (2+1) = 72MHz */
   * r/ \9 K! L6 @4 ]! f) ]
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>
   1 h% Y7 {# @' B9 g5 Y, a; T
7.   QSPIHandle.Init.FifoThreshold      = 4;                                                                 // FIFO的阈值为4bytes，
   % y" t% I9 Y1 a2 R
8.   QSPIHandle.Init.SampleShifting     = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;
   
9.   QSPIHandle.Init.FlashSize          = POSITION_VAL(0x1000000) - 1;                         //0x1000000=16MB,
   ; U, ~/ B1 ?0 h, r
10.   QSPIHandle.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_2_CYCLE;        //nCS stay high for at least 2 clock cycles between commands
    . R! K' L0 r# w5 }2 M
11.   QSPIHandle.Init.ClockMode          = QSPI_CLOCK_MODE_0;                                    //Clk stays low while nCS is released
    ( B6 \; {; P# v2 f( A- _/ w/ n
12.   QSPIHandle.Init.FlashID            = QSPI_FLASH_ID_1;                                               //选择第1片flash
    
13.   QSPIHandle.Init.DualFlash          = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
    : b! L6 p) [1 V1 T% @
14.   
    
15.   if (HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle) != HAL_OK)
    ! G$ {! ~& }9 ]4 W7 d
16.   {
    
17.     Error_Handler();
    
18.   }

复制代码

(2)使能写操作

1.   /* Enable write operations ------------------------------------------ */
   5 {, X* e7 P6 o, `" }" n
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;            
   
3.   sCommand.Instruction       = WRITE_ENABLE_CMD;
   7 g* {* Y3 t' u( n9 e
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
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 X# q0 t* O+ n
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   
10.   sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    - N0 |/ U$ s  t! w1 q5 X5 U' t, x$ o
11. 
    / a, P- D0 K9 b$ W
12.   if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
13.   {
    0 D+ I+ t4 K( M9 E
14.     Error_Handler();
    
15.   }
    
16.   
    
17.   /* Configure automatic polling mode to wait for write enabling ---- */
    % N3 \# X) Y- b$ |- d
18.   sConfig.Match           = 0x02;
    , u/ r$ t3 Q# y! [& Z
19.   sConfig.Mask            = 0x02;
    
20.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    " V9 g* U) r  q
21.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    , O) R, N, O6 W6 W$ H4 \! Y/ b' ^; m! \
22.   sConfig.Interval        = 0x10;
    
23.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    6 ~* |+ Y, u4 I6 |* @9 A: A8 g! ?
24. 
    
25.   sCommand.Instruction    = READ_STATUS_REG_CMD;
    ! k; H% E$ G8 j# k2 g* E. _! R
26.   sCommand.DataMode       = QSPI_DATA_1_LINE;
    4 R- F4 G6 ?8 J$ S+ l! m3 P) w
27. 
    
28.   if (HAL_QSPI_AutoPolling(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
29.   {
    5 D4 ^; I3 @0 D9 U7 ?  A
30.     Error_Handler();
    ' c% W+ Z5 ?& k) F- u
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
( A, T8 M  ]0 k  Z源码中定义   #define WRITE_ENABLE_CMD                     0x06；
$ v  ]/ y7 Q+ o! W$ U$ J这里要查阅芯片手册
2 v: ^6 _  ]8 n" |$ T4 u6 q! U$ K
确实是一致的。
7 [  i) @! L& c8 d9 \接着使用automatic polling mode，命令是READ_STATUS_REG_CMD，读status register
1 B3 X- h- U$ ^. zautomatic 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，
3 g: N; D; C- s2 a; [; T/ A; q0 k查阅手册：

/ h( M$ [  a" R8 F
8 F% D9 Z1 \7 |% @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
1 ?% U- \( K) [! x4 K: _  _

1.         /* Erasing Sequence -------------------------------------------------- */
   
2.         sCommand.Instruction = SECTOR_ERASE_CMD;   //块擦除，64KB one sector
   
3.         sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   
4.         sCommand.Address     = qspi_addr;                          //qspi_addr=0
   5 L' `! A( ]$ j
5.         sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_NONE;
   % i0 k8 l1 n: H6 ~! L/ S6 _$ e1 l
6.         sCommand.DummyCycles = 0;
   & \9 ?' F6 }- `( J$ ~$ B
7. 
   * O7 z: i- u& B7 [+ D
8.         if (HAL_QSPI_Command_IT(&QSPIHandle, &sCommand) != HAL_OK)
   5 d: |4 }' U0 i; t. B
9.         {
   6 Q) c' d8 |% W" T% l7 N1 N& J0 Z
10.           Error_Handler();
    
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

2 S. L) d) F$ p! n2 p

1.   /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
   * B' _- D# n! T( t$ s
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   5 N, O3 K( z' ~" B& g% k
3.   sCommand.Instruction       = READ_STATUS_REG_CMD;
   
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   4 N1 t8 d8 q& d# g' z# W5 X
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
   ' j; [3 a  m2 }
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   $ m! r3 [9 W* f3 n) p
10.   sCommand.SIOOMode         = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    3 ?; E- @" \. D# }4 ], H2 m$ V! H
11. 
    , _3 G  t6 k+ u6 b6 s
12.         //bit0:write in progress 0:ready 1:busy
    6 g3 k1 d7 d% U
13.   sConfig.Match           = 0x00;
    4 W5 A- \; S) w3 l8 A5 H3 g" Z
14.   sConfig.Mask            = 0x01;
    
15.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    - W  P- V2 d: {5 F: i" o. L
16.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    
17.   sConfig.Interval        = 0x10;
    
18.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
19. 
    
20.   if (HAL_QSPI_AutoPolling_IT(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig) != HAL_OK)
    
21.   {
    
22.     Error_Handler();
    
23.   }

复制代码

（5）写使能并且写数据
/ {4 d* h2 R) v( D4 a

1. /* Enable write operations ----------------------------------------- */
   2 A$ q' D2 D1 u: k
2.           QSPI_WriteEnable(&QSPIHandle);
   9 d7 y* W) _  S' b7 ]) I. {
3. 
   
4.                                         //QUAD INPUT FAST PROGRAM Data In:DQ[3:0];Address In:DQ0
   
5.           /* Writing Sequence ------------------------------------------------ */
   ' T/ d, ~7 G4 Z! Y7 z, W! n+ c
6.           sCommand.Instruction = QUAD_IN_FAST_PROG_CMD;
   
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
    7 ?# ]5 S8 |$ A
11. 
    + l- H2 }) K2 r2 e9 x' R
12.           if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
13.           {
    
14.             Error_Handler();
    
15.           }
      t" `% u1 q& d5 P
16. 
    
17.           if (HAL_QSPI_Transmit_DMA(&QSPIHandle, flash_addr) != HAL_OK)         //flash_addr = (uint8_t *)(&Load$QSPI$Base);
    ! r( |9 C# ^; Q! n
18.           {
    
19.             Error_Handler();
    
20.           }

复制代码

看到这里就不得不提一下scatter file文件

3 W$ V1 }6 n: @: U打开这个文件，STM32746G-DISCOVERY.sct
1 ]& M2 _) W+ e! {  |* N. f

1. ; *************************************************************
   
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   
3. ; *************************************************************
   
4. 
   
5. LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
   . M, T. u5 c  O3 T( l  ~- j$ C& h
6.   ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   
7.    *.o (RESET, +First)
   
8.    *(InRoot$Sections)
   
9.    .ANY (+RO)
   # S. X) M0 K5 r; A7 F0 d
10.   }
    
11.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000  {  ; RW data
    0 e* m. R9 V: I! g! k/ u" g  m
12.    .ANY (+RW +ZI)
    
13.   }
    
14.   QSPI 0x90000000 0x00100000  {
    
15.    *.o (.qspi)
    
16.   }
    0 c& E+ V5 G: ^% X7 S0 ]! i
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，
2 x1 {9 k! D" l8 x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，
% e9 k8 W4 @# i, [再看一下F7的内存映射

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
: l- {6 p3 A$ N- j0 n2 U（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) */
   & }4 A2 K- l6 [- @$ g$ h2 H  f
2.             QSPI_DummyCyclesCfg(&QSPIHandle);
   ( X! B. _) F  I6 V7 g
3. 
   
4.             /* Reading Sequence ------------------------------------------------ */
   
5.             sCommand.Instruction = QUAD_OUT_FAST_READ_CMD;
   6 T2 y$ P* B6 m- e
6.             sCommand.DummyCycles = DUMMY_CLOCK_CYCLES_READ_QUAD;
     c" k7 I1 p" z
7. 
   , d$ }7 @4 v2 S+ M- X
8.             sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
   5 u$ O* G' M& h9 t) Q
9. 
   # f- B6 \5 f% I
10.             if (HAL_QSPI_MemoryMapped(&QSPIHandle, &sCommand, &sMemMappedCfg) != HAL_OK)
    
11.             {
    7 A( t+ e, y+ o$ e' y9 E
12.               Error_Handler();
    1 b/ ^9 X+ g# n/ a3 G
13.             }

复制代码

（9）执行.qspi段的代码
. ~* a% B( p1 }9 `6 ^9 v

1. /* Execute the code from QSPI memory ------------------------------- */
   7 J5 ?9 U' v8 J1 T2 r# @
2.           GpioToggle();

复制代码

注意

1. #if defined(__CC_ARM)
   
2. #pragma arm section code = ".qspi"
   ) ^! s& U: n. H; ~
3. #pragma no_inline
   4 \; c8 H( z2 t0 P; R
4. static void GpioToggle(void)
   ( u+ w; p, H7 Y& J" ~' D$ a0 s
5. #elif defined(__ICCARM__)
   
6. static void GpioToggle(void) @ ".qspi"
   ) |# _+ T0 c* ?3 [7 ~# d
7. #elif defined(__GNUC__)
   7 v* B: }3 H1 C# T+ Z- V
8. static void __attribute__((section(".qspi"), noinline)) GpioToggle(void)
   
9. #endif
   
10. 
    
11. {
    
12.   BSP_LED_Toggle(LED1);
    
13.   /* Insert delay 200 ms */
    9 M; ^3 n$ P& X" m" s* [
14.   HAL_Delay(200);
    
15. }

复制代码

我的问题：
8 A3 n" O$ d% F6 c) w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
: U% t- c5 ?' G# g) w

netlhx 发表于 2015-9-9 09:14
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 ...

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