调试H750在外部SPI FLASH执行代码

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wujique 发布时间：2020-10-24 14:33

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H750_QSPI_å¤é¨FLASHæ§è¡ä»£ç .rar (1.63 MB, 下载次数: 58)

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排版格式有点乱，可到http://www.wujique.com/2020/10/24/elementor-795/查看

STM32H750如何在外部QPI接口的FLASH上运行程序？

2020.10.24 屋脊雀工作室
本次实验硬件是Albatross H750小板

STM32 H750 QPI xip
概述STM32H750VB官方号称内部FLASH只有128K（实际有2M）。
128K空间太小，随随便便一个模块就能占满了。H750是M7架构，有内部Cache。所以，能够在QSPI上直接取指令执行程序，速度并不慢。
那么如何在QSPI上运行程序呢？有以下几步：

将程序下载到外部QSPI Flash。% T" R4 I/ e$ ?! h- X
有两种手段:
f; e! J% k: x/ H7 k! ^& s1 q1是通过MDK等工具直接将某些指定代码下载到外部Flash。! Q- _! \- r1 g) h2 A" ^
2是拆分功能，将在外部运行的代码单独编译为一个BIN，做一个BOOT放到内部FLASH，用BOOT将这个单独的BIN下载到QSPI FLASH上。量产产品通常是这样做。
程序下载后，将QSPI Flash映射到程序地址空间(要芯片支持才可以)。映射前，QSPI上的数据只能通过SPI接口读写；映射后，可直接读（不能直接写）。有点绕口。
. D j% e r8 C( @2 g" c* N7 U5 x
比如，要读一个字节数据，用SPI操作，则需要通过SPI发送地址、发送直接、读取数据等操作。; e* O5 ] k, F7 ?- m
如将QSPI映射到0x90000000，那么程序中可以直接读，比如定义一个指针P，赋值0x90000000给P，然后 *p就能读出数据。执行代码同理，只不过代码是内核自动取指令。7 b7 \' `$ W! O

$ Q5 E% C/ Y% A6 t9 v, y, R7 U$ }

我们本次只是验证STM32H750VB在QSPI上执行代码的功能，因此使用MDK直接将部分代码下载到QSPI FLASH上。
预备

用普通的SPI接口控制FLASH的知识要先了解。
在做本次验证之前，先要验证硬件是否正常，也就是用QSPI读写例程验证。
. Q" U* ^2 }+ y% o; D3 e

关键知识

我们常说QSPI falsh，QSPI通信，我认为是有误解的。
SPI、DSPI、QSPI，其实都是SPI，那么，也就都是串行总线。
真正4线总线的，应该叫 QPI，QPI是并行总线。 Y3 M8 r7 J3 p% M

请看W25Q64的规格书，

Flash支持SPI和QPI两种模式，其中我们常说的SPI/DSPI/QSPI都是SPI。' t. `9 w; h6 f& y) K
芯片上电后，默认都是SPI模式，注意，是上电，也就是掉电再上电。9 T; E: f9 L6 o5 a% ]8 ^' h
先置位状态寄存器2的QE位，然后发送0x38命令，就可以从SPI模式切换到QPI模式。2 v! e# A3 M {5 Z8 W. T
在QPI模式发送0XFF指令，就可以返回SPI模式。/ s; x* |! q& o4 i9 h! j& @

这几种模式到底有什么区别？

不同的模式有不同的指令，请查规格书。
指令的时序不一样。
9 T$ @* D9 }1 f, d9 ~% P" f% k

比如0x06指令，在SPI模式和QPI模式都支持，时序如下，左边是SPI的时序，右边是QPI的时序。不同点就是，发送0x06这个数字时，SPI只用了DI一根信号，需要8个时钟周期，QPI用了4根信号，只需要2个时钟周期。

看一个DSPI的命令，3BH。这时一个快速读指令。命令和地址，只用DI，也就是IO0通信。返回数据却用IO0和IO2。

那么在QSPI的读指令时序会是怎么样嗯？和DSPI的区别就是，返回数据用4根线。

更多指令请自行查看文档。
总结：

不同模式有不同的指令。. }. Z' v6 y. S( h7 |3 [
不同的指令时序不一样：指令用几个IO发送，地址用几根IO发送，地址多少位，数据用几根IO发送。! b0 F' R- j9 [' b2 u
其中SPI/DSPI/QSPI 由使用的指令决定。- l% \' r8 l, y& @
但是QPI就需要配置FLASH进入QPI模式。所以呢，QPI有些指令的值和SPI是一样的，但是时序不一样。% Q" f6 I6 f) C8 g7 g* S$ v: G; }

调试步骤本次目标是在FLASH上执行代码。调试步骤如下。

用SPI接口读ID，能读到说明硬件基本没问题。
用QPI接口读写FLASH，数据正常说明QPI模式可以。
在程序中定义一个数组，指定放在FLASH上，通过MDK下载。程序映射后访问数组正常。
将一段代码放在FLASH上，执行正常。" e5 X4 t' ]6 r0 h

跟多细节见代码，下面只说关键处。
读ID

调用MX_QUADSPI_Init函数初始化STM32的SPI接口。
调用函数BSP_QSPI_Init初始化FLASH。在初始化中设置QE位。
读ID ]+ O9 ^3 B6 Q6 w8 Y7 G% ^7 l ]

现在说的都是SPI下的指令，有种，分别是SPI的0x90，DSPI的0x92，QSPI的0x94。
那要怎么读呢？如下，是一个完整的SPI通信过程。设置一个指令结构体，用HAL_QSPI_Command发送指令，在用HAL_QSPI_Receive接收数据。
不同的接口不同的指令区别就在命令结构体。

InstructionMode: 用几根IO发送命令# r, G9 h1 T& N
Instruction：命令& |8 D% q, p1 R+ y: c1 m- {
AddressMode：用几根IO发送地址
7 L; Z; H5 |7 @$ D6 y# U! |3 yAddressSize：地址有多少位+ v& P' k5 e% V- a' }
Address：地址7 @7 ], |+ B" t( R, |, I" l |
DataMode：数据用几根IO' T; u1 _1 Y8 A
DummyCycles：等待周期" f/ D5 a- [. @) o0 T
。。。
( V2 L3 t6 Q! K3 O

上面几个设置，都可以从指令的时序图看出来。

/* Read Manufacture/Device ID */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE; s_command.Instruction = READ_ID_CMD; s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE; s_command.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS; s_command.Address = 0; s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE; s_command.DummyCycles = 0; s_command.NbData = 2; s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE; s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY; s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD; if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK) { Error_Handler(); } if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK) { Error_Handler(); }

90指令读ID，就是命令1根IO，地址1根IO，数据1根IO。
92指令读ID，就是命令1根IO，地址2根IO，数据2根IO。
92指令读ID，就是命令1根IO，地址4根IO，数据4根IO。
读写测试见代码
流程是擦除，写，读，比较内容，其中读使用QPI模式。
地址映射

添加一个test_qspi.c
在文件中添加一个数组。
修改分散加载文件，将test_qspi.c放到外部FLASH，地址是0x90000000。
' Q5 i! [5 j z- W6 p( ^: q

上面只说了流程，至于很多原理，请大家自行学习。) I1 {+ C0 f% w
比如外什么外部地址是0X90000000，分散加载文件是什么，，，# \6 _" |* T1 u% N- d5 V: }7 P

4 添加下载算法到MDK。

先将STM32H750_W25Q64_WJQ.FLM文件拷贝到keil安装目录，比如D:\Keil_v5\ARM\Flash\( P6 L$ x/ o5 E8 t) u+ x( q A
修改工程调试配置，将外部FLASH算法添加到工程。
* @+ [' g6 D! M9 T$ s: e! T; w1 ^! n; s: p+ `

  修改前面读写测试的流程，不擦除不写，仅仅读。
编译将工程下载后，应该能读到我们定义的数据的内容。
注意要重新断电上电，此时我们的程序还不够健壮，在切换SPI和QPI模式还不够完善
5 添加地址映射
所谓的地址映射，就是，我们只提供一个地址，CPU帮我们完成读写流程，所以呢，命令设置和前面读操作是一样的。然后调用HAL_QSPI_MemoryMapped函数，将命令配置读到芯片中。

/* Initialize the read command */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_4_LINES; s_command.Instruction    = FAST_READ_CMD; s_command.AddressMode    = QSPI_ADDRESS_4_LINES; s_command.AddressSize    = QSPI_ADDRESS_24_BITS; s_command.Address          = 0; s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; s_command.DataMode       = QSPI_DATA_4_LINES; s_command.DummyCycles    = 2; s_command.NbData          = 0; s_command.DdrMode          = QSPI_DDR_MODE_DISABLE; s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY; s_command.SIOOMode       = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD; sMemMappedCfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE; if (HAL_QSPI_MemoryMapped(&hqspi, &s_command, &sMemMappedCfg) != HAL_OK){       Error_Handler(); }

当然，我们需要新让FLASH芯片进入QPI模式。
然后定义一个指针指向0x90000000，就可以访问到FLASH上的数据了。
或者，我们直接访问定义的test_qspi_tab数组也是可以的。

__IO uint8_t *qspi_addr = (__IO uint8_t *)(0x90000000);
for (i = 0; i < 0x100; i++){       uart_printf("0x%02X ", *qspi_addr);       qspi_addr++; } PrintFormat(test_qspi_tab, 32);

执行程序很简单，我们在test_qspi.c中添加一个小程序，看下是否能正常运行。
定义函数，很简单，对传入的num进行+1操作。

u8 test_qpi_run_fun(u8 num)
{ num++; return num;}

测试

u8 cnt = 0;
while(1) {       cnt = test_qpi_run_fun(cnt);       uart_printf("%d ", cnt); }

测试有一个现象要注意，现在0x90000000地址不再是我们定义的数组了，因为我们多加了一个函数，这个函数在数组的前面。
测试肯定成功。
再确认如何确定数组和程序就真的放在外部FLASH了呢？