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

相关代码在百度云，目录W107-H750VB-Albatross\5 Mdk_Demo\H750_QSPI_外部FLASH执行代码\

链接： https://pan.baidu.com/s/1H4sD9XpXz83YTTXoSIyFXQ 提取码：52f3

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：

1. 将程序下载到外部QSPI Flash。

   有两种手段:

   1是通过MDK等工具直接将某些指定代码下载到外部Flash。

   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。

2. 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。

   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。

   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。

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

1. 用普通的SPI接口控制FLASH的知识要先了解。
2. 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。

关键知识

1. 我们常说QSPI falsh，QSPI通信，我认为是有误解的。
2. SPI、DSPI、QSPI，其实都是SPI，那么，也就都是串行总线。
3. 真正4线总线的，应该叫 QPI，QPI是并行总线。

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。

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。

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。

在QPI模式发送0XFF指令，就可以返回SPI模式。

这几种模式到底有什么区别？

1. 不同的模式有不同的指令，请查规格书。
2. 指令的时序不一样。

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。

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。

其中SPI/DSPI/QSPI 由使用的指令决定。

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。

调试步骤

本次目标是在FLASH上执行代码。调试步骤如下。

1. 用SPI接口读ID，能读到说明硬件基本没问题。
2. 用QPI接口读写FLASH，数据正常说明QPI模式可以。
3. 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。
4. 将一段代码放在FLASH上，执行正常。

跟多细节见代码，下面只说关键处。

读ID

1. 调用MX_QUADSPI_Init函数初始化STM32的SPI接口。
2. 调用函数BSP_QSPI_Init初始化FLASH。在初始化中设置QE位。
3. 读ID

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

Instruction：命令

AddressMode：用几根IO发送地址

AddressSize：地址有多少位

Address：地址

DataMode：数据用几根IO

DummyCycles：等待周期

。。。

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

1. 添加一个test_qspi.c
2. 在文件中添加一个数组。
3. 修改分散加载文件，将test_qspi.c放到外部FLASH，地址是0x90000000。

上面只说了流程，至于很多原理，请大家自行学习。

比如外什么外部地址是0X90000000，分散加载文件是什么，，，

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\

修改工程调试配置，将外部FLASH算法添加到工程。

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。

​x
    /* 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。

xxxxxxxxxx
__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。

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

测试

xxxxxxxxxx
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？

1. 看map文件，查数组和函数的地址。
2. 把FLASH管脚撬开，看还能不能读到。

其他

本次测试仅仅说明过了如何在外部执行程序。

对性能并没有测试，比如，需要认真配置MPU中的CACHE设置。

完