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东方青学STM32F7
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STM32F7-Discovery驱动外部Quad-SPIFlash
-----东方青
关于Quad-SPI，说实话，以前就听过它的存在，也仅仅就是知道他的存在，一直都没有使用过，但是，知道一点的是，它的速度比标准的SPI通信协议的速度可不是一个等级的，它的带宽是标准SPI的4倍，那么速度呢？呵呵！你懂的。那么下面就得先了解一下Quad-SPI。
Quad-SPI主要是针对SPIFlash而设计的SPI总线协议，它的存在就是为了彻底摒弃普通Flash和EEPROM器件必须经历的写时序，并且最大程度的增加带宽和读写速度。在STM32F7系列MCU的参考手册中，有如下介绍：
模式挺多！但是我想我关注的应该是内存映射模式，其他模式也就是速度快了一点，和普通Flash一样，而内存映射模式就是MCU将Flash的内存空间进行映射，就像使用自己的内存空间一样。而普通模式就算是用来存放MCU的程序，那也没有到像使用MCU自己 的内存空间的级别。当然遗憾的一点是，STM32F7虽然可以映射4GB的内存空间，但是遗憾的是，只能寻址256Mbit的内存空间，啊啊啊！而STM32F7-Discovery板卡板载的QuadSPIFlash只有128Mbit。
基本的关于QUADSPI的框图如下：
嘿嘿！不用多说，有图有真相。具体参看STM32F7参考手册！
再看看命令序列图：
从图中可以看出，可以分为5个指令序列，但是这不重要，重要的是任一阶段都可以跳过，只要包含指令、地址、交替字节、数据这几个阶段之一就好。这就是摒弃那些好多的复杂的时序啦！有点nandFlash的味道了。
OK！Quad-SPI总线的介绍到此结束！是时候让它为我所用的时候了。自己写驱动？嘿嘿！这是不可能的！倒不是驱动复杂，而是没必要！而且到了F7的水平，主要要求的是快速开发和复用！理解原理就好！那么下面就开始移植ST的关于Quad-SPI的驱动到我们自己的程序。
（1）确定硬件
先看原理图：
再看Datasheet，如下图：
嘿嘿！硬件搞定！证据充足！知道自己在玩啥了！知道该操作那些GPIO口和该配置那些外设了！就这么愉快的确定了！哈哈！
（2）添加STM32Cube库与Quad-SPI相关的驱动程序
然后打开控制宏进行编译调用，如下图：
将宏HAL_QSPI_MODULE_ENABLED的注释干掉，才能使工程能够调用STM32Cube库的与Quad-SPI相关的底层驱动程序。
（3）添加Flash相关头文件，并调用
因为板卡使用的Quad-SPIFlash的型号为N25Q128A，通过资料了解，其为128Mbit即16MByte大小的Flash。因此要操作外部器件，就必不可少的需要操作外部设备的寄存器，往相应的寄存器写入适当的数据进行对外设的控制，所以就算是Quad-SPIFlash也是需要的，所以，需要添加其寄存器的地址和命令啦！如果没有，那就只能参考SPIFlash的Datasheet进行自己编写喽！大不了苦逼一点！但是很幸运，ST已经帮我们干了这件事！所以直接使用即可！
在STM32CubeF7库中的如下路径找到n25q128a文件夹，如下图：
在自己的工程Libraries目录下，创建文件夹Components，然后在此文件夹中存放从库中拷贝过来的n25q128a文件夹。如下图：
在工程中的与Quad-SPI相关的设备头文件（我的文件名是QSPI_Device.h）中添加如下包含：
各种方法可以使用！萝卜白菜各有所爱！我就是用这种方法装B。
（4）在STM32Cube库中，找到与Quad-SPI相关的设备驱动代码，然后Copy到工程当中，我分别存放在QSPI_Device.c和QSPI_Device.h文件中。
（5）移植中断处理函数。
在STM32CubeF7库的stm32f7xx_hal_qspi.c文件中，存在这样一个函数：void HAL_QSPI_IRQHandler(QSPI_HandleTypeDef *hqspi);它的作用是Quad-SPI接口和控制器的中断处理函数，它已经由ST进行编写，并提供给用户使用，所以直接移植它来使用即可。查看中断向量表，找到与QSPI相关的中断向量地址，以此作为函数名在stm32f7xx_it.c文件中建立QSPI的中断函数，如下图：
完事之后！现在可以Rebuild编译了！基本上可以达到无警告无错误。
（6）代码分析
其实关于Flash的代码都是一样的，无非这几方面：
<1>通信总线相关
A.初始化总线
B.向总线写数据
C.从总线读数据
<2>Flash存储相关
A.初始化
B.擦除Flash（包括扇区擦除、页擦除、全局擦除等）
C.写Flash（字节写、扇区写、页写等）
D.读Flash（读字节、扇区、页等）
通过以上，基本上就可以确定了，只要Quad-SPI总线通信配置好，能够正常的通信，那么操作Flash就是一件很简单的事了。因为一切都是移植了ST的例程，成功是必然，但是呢，还是很有必要去分析分析代码的实现。
这里主要分析初始化的过程，至于Flash的读写，无非就是操作寄存器写数据和读数据。
如下为初始化函数：
如上图可知，初始化分为5个部分，过程顺序分别如下：
A.将Quad-SPI的配置恢复默认，而对于QSPIHandle.Instance = QUADSPI;语句，QUADSPI是一个基地址，并且还是Quad-SPI的基地址。定义如下：
所以恢复默认配置的是QUADSPI的寄存器的配置。
B.系统板级的初始化BSP_QSPI_MspInit(&QSPIHandle, NULL);。
嘿嘿！有点意思！且看它的原型：
从上图中，分成了3部走，一堆时钟要打开（可以看到是Quad-SPI的时钟和各个GPIO的时钟）、初始化GPIO端口、启用中断，使能中断。这的确是板级初始化啊。
C.Quad-SPI初始化。
这涉及到两个结构体类型，QSPI_HandleTypeDef和QSPI_InitTypeDef。原型如下：
结构体类型QSPI_HandleTypeDef基本上是关乎所有QSPI的配置了，在这里只讨论与初始化相关的结构体成员Init，它管理着所有关于QSPI通信的初始化参数配置，类型为QSPI_InitTypeDef。原型如下：
嘿嘿！成员很齐哦！Quad-SPI基于AHB总线时钟的分频数、缓存FIFO的长度阀值、采样时钟参数、Flash的长度、指定芯片选择高时钟、时钟的模式、Flash的ID和双闪存模式状态。
所以通过配置全局变量QSPIHandle的Init成员，最后通过HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle)函数进行初始化Quad-SPI设备。那么且看它是如何配置的：
首先是关于Quad-SPI时钟的配置，分频数为1，那么就得看看系统架构图了，如下图：
从上图可看到Quad-SPI的时钟来源于一个32位AHB总线，从前面系统的配置可知，AHB总线的频率被配置为最高频率216MHz，再看时钟树，如图：
可以看到了时钟的来源走线，再看看Quad-SPI自己对时钟的要求：
嘿嘿！一切都清楚了，Quad-SPI的时钟分频系数在寄存器QUADSPI_CR的[31...24]位设置，在程序中被设置值为1，即为2分频，即为261MHz/2=108MHz。
缓存FIFO的长度阀值的设置：还是QUADSPI_CR寄存器，并且是QUADSPI_CR[12...8]位，且看下图解释：
上图已详细解释，在程序中，阀值设为4。
采用时钟参数的设置，还是QUADSPI_CR寄存器，并且是QUADSPI_CR[4]位，如下图：
在程序中设置了半个周期转向移位。
最后就是Flash的长度、指定芯片选择高时钟、时钟的模式、Flash的ID和双闪存模式状态的配置了，其实无非也就是配置寄存器，当然，在调用库函数时，这些寄存器是看不到的，在这里只是提供一个分析的方法。具体参考程序、参考手册和Quad-SPIFlash的Datasheet即可。配置好相应参数之后，直接调用HAL_QSPI_Init(&QSPIHandle)函数初始化，就完事了。
D.重置QSPI内存。
先看看原型，如下图：
从上图可以看到，重置内存分为了四个部分，而且出现了一个新的结构体类型QSPI_CommandTypeDef，且看原型：
从原型和它的注释，基本可以确定此结构体类型是QSPI命令结构定义类型，也就是说所有的命令都将使用此结构体进行玩耍。而且从QSPI_ResetMemory(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)函数的原型可知，当配置好QSPI_CommandTypeDef的变量值之后，就是一堆发送命令是语句，并且每次发送都会改变QSPI_CommandTypeDef结构成员Instruction的值。呵呵！这有点意思！那么先看看QSPI_CommandTypeDef结构类型的成员各自代表的含义：
OK！基本上可以确定了。在函数uint8_t QSPI_ResetMemory(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)的最前面先配置结构体类型QSPI_CommandTypeDef的局部变量s_command的成员取值，然后就是发送命令了。
关于命令成员的配置，也是QSPI_ResetMemory(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)函数的第一部分，配置如下：
我已经详细注释，不在多说！但是可以很明确一点是，其他配置不变，当需要发送不同指令时，更改结构体成员Instruction的取值即可。所以QSPI_ResetMemory(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)第二步要干的事是复位Quad-SPIFlas器件，第三步要干的事是复位整个Quad-SPIFlash的存储空间，使其恢复默认值，其实我觉得可以理解成整片擦除Flash，默认值通常为0XFF吧。
关于QSPI_ResetMemory(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)函数的第四步，是配置STM32F7的Quad-SPI控制器的工作方式，而且从调用可以看出是配置为自动轮询方式工作，并且要等待Flash准备好工作。先看看函数的原型：
嘿嘿！有点意思，又多出了一个结构体类型QSPI_AutoPollingTypeDef的局部变量s_config，而且根据注释可知，此结构体类型为自动轮询工作方式的结构类型。而关于函数uint8_t QSPI_AutoPollingMemReady(QSPI_HandleTypeDef *hqspi, uint32_t Timeout)的原型内容，也无非是准备并配置好命令，然后命令结构和自动轮询结构一起，配置Quad-SPI控制器和Quad-SPIFlash。所以现在主要值得研究的是新出现的QSPI_AutoPollingTypeDef结构。且看结构原型：
呵呵！每个成员所代表的意义就如上了，这就还需要另外的证据，如下：
寄存器就不分析了！！且看它的功能配置讲解即可。嘿嘿！证据就充足了。那么关于其在函数中的配置也就没必要再多解释了，再看看设置函数的原型，其实调用的HAL库，但是不管它，我们只要知道他的作用即可，如下：
嘿嘿！函数功能是在阻塞模式下配置QSPI自动轮询方式，并且可配置超时机制。关于参数就不在多说，看注释和配置就可知。现在基本就明白了，这一步的工作主要是配置STM32F7的Quad-SPI控制器接口也Quad-SPIFlash的通信机制。嘿嘿！这一步就基本完事了。
E.配置虚拟存储周期
说实话，这一步的配置，如果没有仔细的研究研究STM32F7系列MCU的参考手册（关于Quad-SPI部分），还真不太理解这是啥意思，“虚拟”！呵呵！有点意思！先看看函数原型吧！这也是初始化配置的最后一步配置（第5步），如下图：
貌似这个函数要干的事不少啊！整整分为7个步骤来走！而且一眼可以看出来它所要做的事。步骤顺序如：配置命令结构变量并将指令设置为READ_VOL_CFG_REG_CMD（意为读取Quad-SPIFlash的volatile寄存器的值，指令为RDVCR）、发生READ_VOL_CFG_REG_CMD指令给Quad-SPIFlash（n25q128a）、接收要读取的数据（RDVCR寄存器的值）、使能对Quad-SPIFlash的写操作、更新Quad-SPIFlash的volatile配置寄存器（修改指令值为WRITE_VOL_CFG_REG_CMD）、发送volatile寄存器写指令WRITE_VOL_CFG_REG_CMD到Quad-SPIflash（指令为WRVCR）、最后做数据传输。
从以上步骤解释基本上就可以确定，主要是对Quad-SPIFlash（n25q128a）的volatile配置寄存器进行读和写，那么下面看看这个寄存器的解释，通过查找n25q128aDatasheet有：
指令就如上了，那么再看看关于volatile配置寄存器的解释：
寄存器都分解如上了！没什么可解释的，那么还有一个问题是，这操作的到底是啥东东哇！弄了半天意思还是有点模模糊糊的！其实呢，这里操作的是5个阶段中的空周期阶段，如下图：
没错！就是它！那么搞的这么复杂，到底是要干嘛呢？其实在参考手册中已经有了解释，如下图：
所以，在uint8_t QSPI_DummyCyclesCfg(QSPI_HandleTypeDef *hqspi)函数的最后有如下调用：
其所调用的参数hqspi为形参、HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE为设定超时的时间值、
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发表于 2015-10-5 09:44 AM
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