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/ i# Y$ G" G1 Z& e2 E9 T# i# ^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
; G+ c8 p" K* |
* A  x. x* p& F( f
4 e; i- J- V+ t# r" y! l1.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
1 F! ~+ ^  w/ c4 v8 [- `9 BSTM32F7的quad-spi接口有三种模式
, g4 A$ p4 V) {& ?（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
! e, b# M: P0 t( a6 r) S$ X: \) L（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
8 M1 q/ a5 u  n7 I$ z" z（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
: n$ R. N$ u' ?2 `; Y（4）间接模式的DMA通道
（5）内嵌接收和发送FIFO
; a. _4 Y4 v! x; u（6）支持FIFO threshold, timeout, operation complete, access error四种中断

1 y6 C; |8 w! ?1 _  Z4 \, UQuad-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
7 g& o( p- C8 `- `  \& q
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，
6 v, E% i; b9 A7 D7 Y+ \（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
/ x5 a0 m" `8 ?! k" v4 b# i* T（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
（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



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
9 Y, V& r  C# ]7 l3 l* R6 y1 K3 c

这里主要说明quad-spi flash代码流程分析
% Z/ U) V1 m, A1 v. J2 F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。
  v6 ]5 h1 L7 a/ y+ 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
1 W. |( r8 _( m

1.   /* Initialize QuadSPI ------------------------------------------------------ */
   * ?, K, _, O8 g7 l. ?' V
2.   QSPIHandle.Instance = QUADSPI;         
   
3.   HAL_QSPI_DeInit(&QSPIHandle);
   , ?4 T5 ^% ^/ c( z
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,
   ! z0 w) Z. I  T8 @; u+ A
10.   QSPIHandle.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_2_CYCLE;        //nCS stay high for at least 2 clock cycles between commands
    
11.   QSPIHandle.Init.ClockMode          = QSPI_CLOCK_MODE_0;                                    //Clk stays low while nCS is released
    7 B$ \0 f) B$ F
12.   QSPIHandle.Init.FlashID            = QSPI_FLASH_ID_1;                                               //选择第1片flash
    1 ^! |8 I4 r, V9 n5 P
13.   QSPIHandle.Init.DualFlash          = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
    
14.   
    ! F  u  j9 O% j
15.   if (HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle) != HAL_OK)
    
16.   {
    
17.     Error_Handler();
    
18.   }

复制代码

(2)使能写操作

1.   /* Enable write operations ------------------------------------------ */
   $ q! _" ]! |5 I8 m8 H* W3 n4 L" r) p
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;            
   
3.   sCommand.Instruction       = WRITE_ENABLE_CMD;
   1 q& ]9 S- p0 h8 N) D
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   . K7 E5 h: M; Z9 I
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_NONE;
   ( L3 U9 v; w$ i0 n1 g' x% k3 ~" x
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   & O! \  t( n$ o/ [1 ?( V: x
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
     `5 M, Q; Z* |8 z) _
10.   sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    8 H) t5 C: _# p2 U, P3 ]$ |
11. 
    
12.   if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    - `) {' s  g4 N* ^+ ]7 M
13.   {
    , f- u* o7 [1 e2 F1 M% t# j
14.     Error_Handler();
    
15.   }
    
16.   
    
17.   /* Configure automatic polling mode to wait for write enabling ---- */
    
18.   sConfig.Match           = 0x02;
    / [$ d2 C: N" u; a; q# \
19.   sConfig.Mask            = 0x02;
    : d# u) q+ V, k$ D/ B0 m
20.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    , A" C+ o1 o6 b# Q: N) j
21.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    - p3 t5 K7 m- k) a' U# q) D
22.   sConfig.Interval        = 0x10;
    7 n% n* C3 \5 O
23.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    / e! ]4 p2 W: q8 W! G% ~& R
24. 
    8 |  A4 k! v& d& c
25.   sCommand.Instruction    = READ_STATUS_REG_CMD;
    ' o. V2 r" q# ^( ]+ y6 l  `
26.   sCommand.DataMode       = QSPI_DATA_1_LINE;
    3 Q2 J+ j; P7 o5 X& \" n
27. 
    
28.   if (HAL_QSPI_AutoPolling(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    . W4 ~) i" g+ O
29.   {
    ; T' }8 A  w. t6 c; T% s# U  u
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
# C: R: `8 k& K; ^  u源码中定义   #define WRITE_ENABLE_CMD                     0x06；
这里要查阅芯片手册
3 Z, n0 X4 e. H' H" v3 w0 c
确实是一致的。
" ]; H+ k) N# r  }+ F& o接着使用automatic polling mode，命令是READ_STATUS_REG_CMD，读status register
) I; C$ L, Y6 A' fautomatic 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，
查阅手册：
) V# D" D1 W/ p' R
# K: j6 @2 E/ l7 j0 x- K
* ?6 r% J! J7 m确实是bit1，即mask=0x02,当该位为1时，说明写使能，故match=0x02;
* Z* _2 l) G+ K（3）擦除flash的第一个sector
6 \! B' J9 e' b3 [

1.         /* Erasing Sequence -------------------------------------------------- */
   : k. e5 R3 ~$ {0 N% U5 M
2.         sCommand.Instruction = SECTOR_ERASE_CMD;   //块擦除，64KB one sector
   
3.         sCommand.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   # }5 o0 I$ g" [3 H% V4 C9 F
4.         sCommand.Address     = qspi_addr;                          //qspi_addr=0
   : m0 Y8 ]4 T; c' a2 m9 j3 ~5 w+ [
5.         sCommand.DataMode    = QSPI_DATA_NONE;
   " D, W8 {# ?6 `! U; @3 p( |, h
6.         sCommand.DummyCycles = 0;
   5 q+ t$ J6 Z  v
7. 
   $ F, c1 g% @7 ^& r! ?5 z
8.         if (HAL_QSPI_Command_IT(&QSPIHandle, &sCommand) != HAL_OK)
   
9.         {
   
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
; v) f( y9 A" r0 E$ |* c
+ C* u* q/ n2 _# |+ x6 Q

1.   /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
   
2.   sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   8 @! i9 E8 w7 b! ^& |, i
3.   sCommand.Instruction       = READ_STATUS_REG_CMD;
   : @; P6 \; s' `% n& p; m$ }3 X
4.   sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
   3 z2 T2 U. z+ J. d) Q# R% p5 l0 [
5.   sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   2 a+ n+ N7 q+ K* i( Y
6.   sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
   
7.   sCommand.DummyCycles       = 0;
   $ T( W# N7 [2 x5 \8 p  h
8.   sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   : z, E7 E. K8 w" D( ^# u
9.   sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   
10.   sCommand.SIOOMode         = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
11. 
    
12.         //bit0:write in progress 0:ready 1:busy
    # j% ]9 c$ {* `
13.   sConfig.Match           = 0x00;
    
14.   sConfig.Mask            = 0x01;
    * ?8 B8 f. _( d$ m; f  v, E2 F" b
15.   sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    
16.   sConfig.StatusBytesSize = 1;
    ) {5 A1 I) k/ B* {$ U  }
17.   sConfig.Interval        = 0x10;
    
18.   sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;
    
19. 
    ( k5 w$ U2 m: w- N
20.   if (HAL_QSPI_AutoPolling_IT(&QSPIHandle, &sCommand, &sConfig) != HAL_OK)
    
21.   {
    
22.     Error_Handler();
    4 r0 @( {- |1 u/ c; S( g0 Z/ r
23.   }

复制代码

（5）写使能并且写数据
7 y* b7 j9 n" O; Z( {7 r. W

1. /* Enable write operations ----------------------------------------- */
   
2.           QSPI_WriteEnable(&QSPIHandle);
   ( v2 F+ t7 \9 ~
3. 
   4 x6 D- f; S9 S. L# i
4.                                         //QUAD INPUT FAST PROGRAM Data In:DQ[3:0];Address In:DQ0
   
5.           /* Writing Sequence ------------------------------------------------ */
   
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
    
11. 
    9 m' J- J  W/ g# ~
12.           if (HAL_QSPI_Command(&QSPIHandle, &sCommand, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    5 f( G/ h$ \. {& p( @. Q
13.           {
    , R" Z1 j4 @# \! h  S
14.             Error_Handler();
    
15.           }
    
16. 
    
17.           if (HAL_QSPI_Transmit_DMA(&QSPIHandle, flash_addr) != HAL_OK)         //flash_addr = (uint8_t *)(&Load$QSPI$Base);
    
18.           {
    + J% v! i* |8 S. \) R$ f' `6 a
19.             Error_Handler();
    7 g( v* T' |# M9 u/ m
20.           }

复制代码

看到这里就不得不提一下scatter file文件
6 W: w2 s6 I8 ?
打开这个文件，STM32746G-DISCOVERY.sct
' Z$ e7 ?( J( V6 j7 u1 L- z  U2 Q

1. ; *************************************************************
   8 l1 X% S2 v# g8 p: ^
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   6 J$ d4 i0 h5 A
3. ; *************************************************************
   
4. 
   
5. LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
   
6.   ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
     h  ?/ `! ]. \" u$ t( n4 J
7.    *.o (RESET, +First)
   
8.    *(InRoot$Sections)
     Z% U' T6 d% m7 k% e  o) b
9.    .ANY (+RO)
   
10.   }
    , N5 ]3 S. v- W" e! C0 G* m
11.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000  {  ; RW data
    # K! ]2 i; @  C8 a" e" z5 k
12.    .ANY (+RW +ZI)
    
13.   }
    
14.   QSPI 0x90000000 0x00100000  {
    # [+ q  O& u% O' M0 q3 y
15.    *.o (.qspi)
    
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，
! O, O$ k  k' m6 e. q. b8 R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
, r7 `/ r; A1 ?% G; f# d3 S$ m/ G
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 {5 v1 F( g( x$ B' i) O' N（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
& l6 p* K4 G+ v/ m  c7 u

1. /* Configure Volatile Configuration register (with new dummy cycles) */
   
2.             QSPI_DummyCyclesCfg(&QSPIHandle);
   9 z7 ~( l6 |" z; K3 w
3. 
   
4.             /* Reading Sequence ------------------------------------------------ */
   
5.             sCommand.Instruction = QUAD_OUT_FAST_READ_CMD;
   
6.             sCommand.DummyCycles = DUMMY_CLOCK_CYCLES_READ_QUAD;
   
7. 
   % \) z5 v" h  H0 H! M/ m
8.             sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
   ) e: ]4 V( `) z& M
9. 
   7 N. w) N+ }8 ]; R" J7 b
10.             if (HAL_QSPI_MemoryMapped(&QSPIHandle, &sCommand, &sMemMappedCfg) != HAL_OK)
    7 m8 C8 M* U, G9 V$ K
11.             {
    0 U( F7 f/ `0 i
12.               Error_Handler();
    1 o( u" m* x& E7 B# U! u
13.             }

复制代码

（9）执行.qspi段的代码
3 b* [# a) F' _0 y

1. /* Execute the code from QSPI memory ------------------------------- */
   3 F% I! K" T0 Q
2.           GpioToggle();

复制代码

注意

1. #if defined(__CC_ARM)
   , a5 ~3 P' ]9 B' Z; l& x" [7 j/ ]# f$ R
2. #pragma arm section code = ".qspi"
   
3. #pragma no_inline
   
4. static void GpioToggle(void)
     t# |1 I; G" [6 p
5. #elif defined(__ICCARM__)
   
6. static void GpioToggle(void) @ ".qspi"
   / M3 j# [! |4 x& s4 g
7. #elif defined(__GNUC__)
   ( c5 e) E* n. m% ], o4 I
8. static void __attribute__((section(".qspi"), noinline)) GpioToggle(void)
   # ]2 e. V4 E: G( \6 \- \7 p' n: J
9. #endif
   
10. 
    
11. {
    
12.   BSP_LED_Toggle(LED1);
    1 Z, v! g; S* T
13.   /* Insert delay 200 ms */
    , _* `, u  Y% _9 [, j1 t
14.   HAL_Delay(200);
    
15. }

复制代码

我的问题：
( T- v+ u9 y* j! L6 T& G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
5 w# |" U" u- J1 b, C/ R5 F( A( q5 f* }- O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
4 |+ _3 t3 N  W+ o/ b  _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

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$ K+ R2 q& K7 W+ _8 S2 W# D3 b( O8 `

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。

* C) f7 ~9 U7 g' S$ w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