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FMC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
' c& K) c8 [7 o4 q' ^" ]
+ U  @( U: h$ R7 ?/ A4 ]
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
4 P% o7 A6 q) X9 i3 i% {+ P, z' E（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
; e/ u/ i6 a/ E5 }( F+ X' B（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

" d0 d+ J# N0 YSTM32F7的quad-spi接口主要特点：
% n" e$ o4 i. H; ^（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
（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
, u& @2 |; A( o' ^, R3 u! c* C
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
" ]; X$ a) Q& s2 F, E5 U" j6 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，
7 u1 v0 _6 D+ Y9 f（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
, O0 o# W) X5 _% ~; Z（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
# K$ {* w# M6 I1 Q" G! 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
1 ]3 @3 c$ @. [/ v# X' j& B（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
2 ^4 }  t& k) Q& G/ x3 [

* |& X/ m6 i, Q# M
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

4 v7 N3 v4 E0 M2 Y0 w: @( ^
这里主要说明quad-spi flash代码流程分析
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。
2 O: J8 K( }* O选择STM32Cube_FW_F7_V1.1.0/project/STM32746G-Discovery/example/QSPI/QSPI_ExecuteInPlace例程
" I' u7 e" g" M, }- l2 V（1）Flash配置寄存器初始化

1.   /* Initialize QuadSPI ------------------------------------------------------ */
   0 U4 b) e" S! o
2.   QSPIHandle.Instance = QUADSPI;         
   5 P3 M; z. N7 a# \: l6 @0 Z
3.   HAL_QSPI_DeInit(&QSPIHandle);
   
4.         
   2 I$ g' C$ G& {% H& V/ ?; }
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，
   . c/ C8 Y. K  O" @/ L; {/ E
8.   QSPIHandle.Init.SampleShifting     = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;
   4 Y5 C" u2 E' W5 N
9.   QSPIHandle.Init.FlashSize          = POSITION_VAL(0x1000000) - 1;                         //0x1000000=16MB,
   . v+ u: d* I! _2 C8 O+ H3 h9 S
10.   QSPIHandle.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_2_CYCLE;        //nCS stay high for at least 2 clock cycles between commands
    % z4 |7 O8 E3 _
11.   QSPIHandle.Init.ClockMode          = QSPI_CLOCK_MODE_0;                                    //Clk stays low while nCS is released
    4 s1 `7 {4 w, J
12.   QSPIHandle.Init.FlashID            = QSPI_FLASH_ID_1;                                               //选择第1片flash
    & {$ o! j0 c& ?4 U7 _0 ]% \
13.   QSPIHandle.Init.DualFlash          = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
    
14.   
    * B! u0 E( N* k4 A
15.   if (HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle) != HAL_OK)
    
16.   {
    # b- p$ l/ B0 y1 O! V# n: j5 [  n
17.     Error_Handler();
    
18.   }

复制代码

(2)使能写操作

1.   /* Enable write operations ------------------------------------------ */
   6 f* {" e% f1 ]3 F1 B
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;            
   7 x/ V( v2 ]3 T+ f3 D. f# I8 G
3.   sCommand.Instruction       = WRITE_ENABLE_CMD;
   
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   / D# y4 s7 R! E- m
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_NONE;
   : F! t% c; o8 m2 F& `9 S0 w8 T
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   4 j% C& N* F. S6 a$ H
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   . `: k7 u; O1 h
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   
10.   sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
11. 
    , l7 H4 @( j5 O; l0 m
12.   if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    0 i5 G9 x* o# _. }) H! p: H
13.   {
    * ^- H3 e( j" g$ P+ D, a; X( N: n
14.     Error_Handler();
    
15.   }
    ! M$ d6 t7 _7 h( `) |; l
16.   
    
17.   /* Configure automatic polling mode to wait for write enabling ---- */
    % _1 e5 M4 Q6 z' N4 v/ E
18.   sConfig.Match           = 0x02;
    
19.   sConfig.Mask            = 0x02;
    
20.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    - {8 `! d+ Y) o/ P
21.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    + s  t6 d: G  \7 n! t' |. I: b
22.   sConfig.Interval        = 0x10;
    ! C2 I9 L! l: s" o' t) F* S8 d
23.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
24. 
    
25.   sCommand.Instruction    = READ_STATUS_REG_CMD;
    5 ?9 i( }4 P" Y$ t2 b& S. T
26.   sCommand.DataMode       = QSPI_DATA_1_LINE;
    
27. 
    
28.   if (HAL_QSPI_AutoPolling(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    ' Q7 D+ H6 R3 ]. x7 ], y
29.   {
    
30.     Error_Handler();
    # U0 V' ?0 a. `/ A% g- M
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；
这里要查阅芯片手册

6 E$ v' I5 h. |: C' J5 ~8 h! K; j确实是一致的。
$ l7 t" {+ @6 o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，
  r, U" F% t9 T; U4 _查阅手册：
; N1 `6 d; c  @% j* C
* U1 d; g  L" k+ }; E/ F7 k
确实是bit1，即mask=0x02,当该位为1时，说明写使能，故match=0x02;
) a& I2 A1 P8 H! {/ w（3）擦除flash的第一个sector

1.         /* Erasing Sequence -------------------------------------------------- */
   4 ?/ o# B2 X" D  z" u/ i  U# `
2.         sCommand.Instruction = SECTOR_ERASE_CMD;   //块擦除，64KB one sector
   
3.         sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   % `" E# B7 ?  t" y$ K
4.         sCommand.Address     = qspi_addr;                          //qspi_addr=0
   5 e9 b6 Q3 t4 d' x- N. F: `' f+ s
5.         sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_NONE;
   
6.         sCommand.DummyCycles = 0;
   2 Z) j% @# @' q2 N0 H# @
7. 
   1 N) P6 K3 }& G& {$ F
8.         if (HAL_QSPI_Command_IT(&QSPIHandle, &sCommand) != HAL_OK)
   
9.         {
   
10.           Error_Handler();
    % F: D0 T: p0 Z, h7 @
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
) ~% o. D' l2 _7 D7 `3 k, T
8 C, [6 p: C2 d

1.   /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
   & d' [/ Q2 d! j* q
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   
3.   sCommand.Instruction       = READ_STATUS_REG_CMD;
   
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   & R6 S; {3 C  {! f# m4 K
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
   : r+ S9 ]) X0 C3 e( P6 F1 y
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   ( {1 X7 d4 O5 T; a
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   3 Z" ~. f  y* R) N
10.   sCommand.SIOOMode         = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
11. 
    ! V; c) p' f2 m9 O- _. ^8 ?& n( v
12.         //bit0:write in progress 0:ready 1:busy
    
13.   sConfig.Match           = 0x00;
    / f' {# S  f7 n! |
14.   sConfig.Mask            = 0x01;
    
15.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    3 Z: l1 F* k1 k% B" @9 `
16.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    
17.   sConfig.Interval        = 0x10;
    4 Y( _4 e3 [) g
18.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
19. 
    
20.   if (HAL_QSPI_AutoPolling_IT(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig) != HAL_OK)
    
21.   {
      P! _4 h& j2 y6 h. M( ~2 D
22.     Error_Handler();
    
23.   }

复制代码

（5）写使能并且写数据

1. /* Enable write operations ----------------------------------------- */
   - P: J% g0 x& G' h/ ?9 [" J
2.           QSPI_WriteEnable(&QSPIHandle);
   
3. 
   3 @4 K# Q* [0 W
4.                                         //QUAD INPUT FAST PROGRAM Data In:DQ[3:0];Address In:DQ0
   
5.           /* Writing Sequence ------------------------------------------------ */
   7 s2 U; A! v% c  ]0 z! q* F; x
6.           sCommand.Instruction = QUAD_IN_FAST_PROG_CMD;
   9 t/ P/ W7 a5 b3 g1 N$ t
7.           sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   
8.           sCommand.Address     = qspi_addr;                                              //qspi_addr=0
   
9.           sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_4_LINES;
   . Q6 Z6 L  T7 {- P8 U- y, J- J4 |' s
10.           sCommand.NbData      = size;                                                         //size = QSPI_PAGE_SIZE = 256
    
11. 
    8 u1 y+ X. \+ i
12.           if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    
13.           {
    " E4 X; ^. o  H2 E2 D9 x/ ?
14.             Error_Handler();
    
15.           }
    
16. 
    - @0 d$ h6 j6 z; V' o
17.           if (HAL_QSPI_Transmit_DMA(&QSPIHandle, flash_addr) != HAL_OK)         //flash_addr = (uint8_t *)(&Load$QSPI$Base);
    
18.           {
    ) s& X; `' K: _( I
19.             Error_Handler();
    . @1 G0 N+ w  ^$ t4 b9 X6 i
20.           }

复制代码

看到这里就不得不提一下scatter file文件

打开这个文件，STM32746G-DISCOVERY.sct
( K! U2 p; j* n- Z

1. ; *************************************************************
   " U7 C- F" v6 O) `, O  l
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   
3. ; *************************************************************
   
4. 
   
5. LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
   : Y9 X! s: e3 A2 V
6.   ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   
7.    *.o (RESET, +First)
   : k# d' B( l8 H1 g0 q$ H
8.    *(InRoot$Sections)
   
9.    .ANY (+RO)
   ) {2 h. a9 Q1 K
10.   }
    $ \0 b& z  f- W5 h. z
11.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000  {  ; RW data
    8 r, n; ?! Q+ l2 W' Q
12.    .ANY (+RW +ZI)
    1 R0 r* r3 @' S6 O
13.   }
    
14.   QSPI 0x90000000 0x00100000  {
    
15.    *.o (.qspi)
    ) h. |& Z# Z! u! i2 I3 N. j
16.   }
    ; {% n& z" D. B- q. n* ]
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，
- j3 Q" Z# F* i8 _; `( q" K再看一下F7的内存映射
( v- V4 Q/ a7 e1 l
( {& Z/ _/ b  H$ [* k9 P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
; r, V! L. z9 g( K0 C" v& m（7）重复5、6步直到传输完max_size = (uint32_t)(&Load$$QSPI$$Length)=  0x00100000
（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) */
   
2.             QSPI_DummyCyclesCfg(&QSPIHandle);
   
3. 
   ; V4 y6 M" @' d/ ?
4.             /* Reading Sequence ------------------------------------------------ */
   4 a2 e0 j7 J& g$ J  V6 h- I
5.             sCommand.Instruction = QUAD_OUT_FAST_READ_CMD;
   , y  n$ S+ [5 k% Y) A% }, t
6.             sCommand.DummyCycles = DUMMY_CLOCK_CYCLES_READ_QUAD;
   
7. 
   3 F8 a, O- B( W3 c
8.             sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
   
9. 
   ' M" Y" H; u  ], V/ O3 Q
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
, Z, Y7 V$ R& Q9 @5 w

1. /* Execute the code from QSPI memory ------------------------------- */
   6 P+ m! i: ?0 [& w/ W
2.           GpioToggle();

复制代码

注意
8 S# ]. n; I+ T6 M& y% d6 [

1. #if defined(__CC_ARM)
   
2. #pragma arm section code = ".qspi"
   
3. #pragma no_inline
   
4. static void GpioToggle(void)
   
5. #elif defined(__ICCARM__)
   : c. X% ~$ ]; Y% M$ ^, ~
6. static void GpioToggle(void) @ ".qspi"
   % G! `) P0 j# v- K. n( o- d
7. #elif defined(__GNUC__)
   
8. static void __attribute__((section(".qspi"), noinline)) GpioToggle(void)
   
9. #endif
   & Q! }. Z% g" |* g
10. 
    
11. {
    & v" g/ A) j" x/ p( p8 A
12.   BSP_LED_Toggle(LED1);
    7 a' p4 F3 p1 B+ b8 K8 i+ f
13.   /* Insert delay 200 ms */
    & c1 v1 _! D! ~/ t: A$ l
14.   HAL_Delay(200);
    
15. }

复制代码

我的问题：
, Z9 O+ d9 G" q& N& W" N7 G$ S( }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
3 X7 }' g5 U6 o" @% s这个位置就是映射到4G空间的FLASH的地址

$ Z- v# b4 S* m) P' @6 j" a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
9 w% w4 C% `# m+ E