STM32H7使用QSPI连接NOR闪存
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STM32H7使用QSPI连接NOR闪存

硬件连接

本文以Bank2为例，实际应用也可以连Bank1。

只需CubeMX中选择对应选项，右边IO分配自动显示，按图连接即可
CubeMX配置QSPI

CubeMX配置

需配置的选项有：

  • 预分频器：和输入时钟共同决定spi频率，按需设置
  • FIFO阈值：FIFO的大小，一般设置4就行
  • Flash大小：Flash寻址位数-1，按Byte表示。需要参照Flash手册设置，这里使用4字节模式，也就是32Bit，减1等于31
  • GPIO驱动能力：决定QSPI最高频率，驱动能力越强，能上的频率越高，但是EMI更严重，按需求设置，这里选择最高
    这是图片
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代码基础

基础收发

根据手册，QSPI FLASH常用的操作有：

  1. 发送命令
    QSPI指令
  2. 读写状态寄存器
    QSPI指令
  3. 擦除
    QSPI指令
  4. 块编程（写入）
    QSPI指令
    QSPI指令
  5. 读取
    QSPI指令

这些东西一般遵循一个固定格式，在Flash手册的Instruction Set Table（指令集表）可以找到。一般来说是这样的：

  1. 发送一个指令数（一般必要）
  2. 发送地址（可选）
  3. 发送一些无关紧要的数据，但是要给时钟（Dummy clocks）（可选）
  4. 发送或读取数据

所以，HAL库将这些操作组合成一个结构体来表示：

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/**
  * @brief  QSPI Command structure definition
  */
typedef struct
{
  uint32_t Instruction;        /* 8bit指令 */
  uint32_t Address;            /* 可选32bit地址 */
  uint32_t AlternateBytes;     /* 字节交换，一般不用，这里不讲 */
  uint32_t AddressSize;        /*地址长度 */
  uint32_t AlternateBytesSize; /* 字节交换的长度 */
  uint32_t DummyCycles;        /* dummy clocks的数量（0到31） */
  uint32_t InstructionMode;    /* 指令用什么模式发（标准spi，dio，还是qio啥的） */
  uint32_t AddressMode;        /* 地址用什么模式发（标准spi，dio，还是qio啥的）  */
  uint32_t AlternateByteMode;  /* 字节交换用什么模式发（标准spi，dio，还是qio啥的）  */
  uint32_t DataMode;           /* 数据用什么模式发（标准spi，dio，还是qio啥的）  */
  uint32_t NbData;             /* 数据数量*/
  uint32_t DdrMode;            /* 使能ddr模式，一般不用*/
  uint32_t DdrHoldHalfCycle;   /* DDR模式下，设置延迟半个时钟周期再做数据输出 */
  uint32_t SIOOMode;           /* 仅发送一次指令还是每次操作都发送指令 */
}QSPI_CommandTypeDef;

我们可以先配置好这个结构体，然后将这个配好的结构体当一个参数，使用函数HAL_QSPI_Command发送指令，调用HAL_QSPI_Transmit发送数据，调用HAL_QSPI_Receive接收数据。（Transmit，Receive和其他HAL库通信函数一样，也提供中断和DMA版本）

自动轮询

部分Flash的操作需要较长时间，如果让CPU一直等待，对性能是很大的损耗，STM32H7的QSPI外设支持硬件自动轮询，可以设置一下命令，让硬件自动读取某些状态寄存器，和掩码进行指定计算后，再与给定的数值进行对比，如果对比成功，则通知CPU。

自动轮询也有个配置用的结构体：

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typedef struct
{
  uint32_t Match;            //给定的数值
  uint32_t Mask;             //掩码
  uint32_t Interval;         //自动轮询阶段两次读取之间的时钟周期数
  uint32_t StatusBytesSize;  //状态寄存器大小，
  uint32_t MatchMode;        //指定计算
  uint32_t AutomaticStop;    //匹配到了自动停止
}QSPI_AutoPollingTypeDef;

然后调用HAL_QSPI_AutoPolling函数，将上面的QSPI_CommandTypeDef作为自动读取的方法，将QSPI_AutoPollingTypeDef作为自动轮询对比的条件，就能开始自动轮询。（自动轮询有中断版本）

示例

单独发送指令（命令，擦除）：
W25QXX系列Flash的写使能命令是0x06，我们可以写如下代码来发送： 

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QSPI_CommandTypeDef s_command;
/* 启用写操作 */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;//指令用1line spi发（标准spi）
s_command.Instruction = 0x06;//指令数
s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;//不需要地址，地址相关的其他参数可不配置
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;//不需要交换字节，交换字节相关的其他参数可不配置
s_command.DataMode = QSPI_DATA_NONE;//不需要数据，数据相关的其他参数可不配置
s_command.DummyCycles = 0;//无dummy clock
s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;//不ddr
s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;//ddr模拟延时（无ddr就无意义）
s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;//每次操作都发送指令
   //开始发指令
if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)
		!= HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}

   /* 配置自动轮询模式等待写启用 */
s_config.Match = 0x02;//匹配值0x02
s_config.Mask = 0x02;//掩码0x02
s_config.MatchMode = QSPI_MATCH_MODE_AND;//读取的数值和掩码先进行and操作再与匹配值对比
s_config.StatusBytesSize = 1;//状态寄存器长1字节
s_config.Interval = 0x10;//隔0x10个时钟轮询一次
s_config.AutomaticStop = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;//匹配到了自动停止

   //配置读取状态寄存器2（指令0x05）
s_command.Instruction = 0x05;
s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;//指令用1line spi发（标准spi）
s_command.NbData = 1;//数据长度1（因为在读取状态寄存器，这玩意长度1字节）
   //开始自动轮询
if (HAL_QSPI_AutoPolling(&hqspi, &s_command, &s_config,
		HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}
return QSPI_OK;

读取（读Flash状态寄存器，四线模式快速读数据）：
W25QXX系列Flash读取状态寄存器1的命令是0x05，我们可以写如下代码来读取： 

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uint8_t temp = 0;
QSPI_CommandTypeDef s_command;

s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;     // 指令单线传输
s_command.Instruction = 0x05;                            // 指令数
s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;               // 无地址
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; // 跳过交替字节模式
s_command.DummyCycles = 0;                               // 空指令周期数
s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;                   // 数据单线传输
s_command.NbData = 1;                                    // 数据收发长度
s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;               // 禁止DDR模式
s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;  // 禁止DDR延时
s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;           // 在每个事务中发送指令

/* Send the command */
if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
{
    return 0xff;
}

if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, &temp, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
{
    return 0xff;
}
printf("REG1 = %X\r\n", temp);

W25QXX系列Flash的4线快速读取指令是0xEC，我们可以写如下代码来读取：
根据手册：地址用4字节模式，Dummy 6周期。 

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/* 初始化读命令 */
	s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
	s_command.Instruction = 0xec;
	s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
	s_command.AddressSize = QSPI_ADDRESS_32_BITS;
	s_command.Address = ReadAddr;
	s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
	s_command.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES;
	s_command.DummyCycles = 6;
	s_command.NbData = <size>;
	s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
	s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
	s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

	/* 配置命令 */
	if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)
			!= HAL_OK)
	{
		return QSPI_ERROR;
	}

	/* 接收数据 */
	if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)
			!= HAL_OK)
	{
		return QSPI_ERROR;
	}
	return QSPI_OK;

写数据（写flash状态寄存器，块编程）：
W25QXX系列Flash的写寄存器2的命令是0x31，我们可以写如下代码来写入： 

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   QSPI_CommandTypeDef s_command;
   uint8_t value = 0x02;

/* 设置四路使能的状态寄存器，使能QE */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;// 指令单线传输
s_command.Instruction = 0x31; // 指令数
s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;// 无地址
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;// 跳过交替字节模式
s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;// 数据单线传输
s_command.DummyCycles = 0;// 空指令周期数
s_command.NbData = 1;// 数据收发长度
s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE; // 禁止DDR模式
s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;// 禁止DDR延时
s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;// 在每个事务中发送指令
/* 配置命令 */
if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)
		!= HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}
/* 传输数据 */
if (HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, &value, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)
		!= HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}
/* 自动轮询模式等待存储器就绪 */
QSPI_AutoPollingTypeDef s_config;
/* 配置自动轮询模式等待存储器准备就绪 */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;// 指令单线传输
s_command.Instruction = 0x05;// 指令数
s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;// 无地址
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;// 跳过交替字节模式
s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;// 数据单线传输
s_command.DummyCycles = 0;// 空指令周期数
s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;// 禁止DDR模式
s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;// 禁止DDR延时
s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;// 在每个事务中发送指令
   //BUSY == 0
s_config.Match = 0x00;//匹配值
s_config.Mask = 0x01;//掩码
s_config.MatchMode = QSPI_MATCH_MODE_AND;//和运算
s_config.StatusBytesSize = 1;//状态寄存器长度
s_config.Interval = 0x10;//每0x10时钟轮询一次
s_config.AutomaticStop = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;//匹配到了自动停止

if (HAL_QSPI_AutoPolling(&hqspi, &s_command, &s_config, Timeout) != HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}
return QSPI_OK;

W25QXX系列Flash的块编程的命令是0x31，我们可以写如下代码来写入：
根据手册：地址用4字节模式，Dummy 6周期 

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   QSPI_CommandTypeDef s_command;

   s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
   s_command.Instruction = EXT_QUAD_IN_FAST_PROG_CMD;
   s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
   s_command.AddressSize = W25QxJV_ADDR_SIZE;
   s_command.Address = WriteAddr;
   s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
   s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;
   s_command.NbData = <size>;
   s_command.DummyCycles = 0;

   s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
   s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
   s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

   /* 配置命令 */
   if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
   {
       printf("cmd error\r\n");
       return QSPI_ERROR;
   }

   /* 传输数据 */
   HAL_StatusTypeDef a = HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
   if (a != HAL_OK)
   {
       printf("tx err  %x  %x\r\n",a,hqspi.ErrorCode);
       return QSPI_ERROR;
   }

   /* 配置自动轮询模式等待程序结束 */
QSPI_AutoPollingTypeDef s_config;
/* 配置自动轮询模式等待存储器准备就绪 */
s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;// 指令单线传输
s_command.Instruction = 0x05;// 指令数
s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;// 无地址
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;// 跳过交替字节模式
s_command.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;// 数据单线传输
s_command.DummyCycles = 0;// 空指令周期数
s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;// 禁止DDR模式
s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;// 禁止DDR延时
s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;// 在每个事务中发送指令
   //BUSY == 0
s_config.Match = 0x00;//匹配值
s_config.Mask = 0x01;//掩码
s_config.MatchMode = QSPI_MATCH_MODE_AND;//和运算
s_config.StatusBytesSize = 1;//状态寄存器长度
s_config.Interval = 0x10;//每0x10时钟轮询一次
s_config.AutomaticStop = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;//匹配到了自动停止

if (HAL_QSPI_AutoPolling(&hqspi, &s_command, &s_config, Timeout) != HAL_OK)
{
	return QSPI_ERROR;
}
return QSPI_OK;

内存映射模式

QSPI的内存映射模式只需要提供一个读取的指令就行了，越快越好，当然也能用慢速读取，不过一般用QSPI快速读取。

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QSPI_CommandTypeDef      s_command;
QSPI_MemoryMappedTypeDef s_mem_mapped_cfg;
 
/* Configure the command for the read instruction */
s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
s_command.Instruction       = 0xec;
s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
s_command.AddressSize       = W25QxJV_ADDR_SIZE;
s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
s_command.DataMode          = QSPI_DATA_4_LINES;
s_command.DummyCycles       = 6;
s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_HALF_CLK_DELAY;
s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
 
/* Configure the memory mapped mode */
s_mem_mapped_cfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
s_mem_mapped_cfg.TimeOutPeriod     = 0;
 
return HAL_QSPI_MemoryMapped(QSPIHandle, &s_command, &s_mem_mapped_cfg);

参考：

https://www.cnblogs.com/armfly/p/13964640.html
https://blog.csdn.net/qq_49015270/article/details/127757750
https://blog.csdn.net/cp1300/article/details/119947648
https://blog.csdn.net/qq_49015270/article/details/127757750
https://blog.csdn.net/sudaroot/article/details/109097135
正点原子STM32H743 开发指南（水星版）

STM32H7使用QSPI连接NOR闪存

https://wuxiproj.mzy7.cn/posts/4bf43ad2.html

作者

【社区】UM4I

发布于

2024-08-06

更新于

2024-12-07

许可协议

CC BY-NC-SA 4.0

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