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STM32CubeMX系列教程19:Quad-SPI

2016-5-3 18:36| 发布者: MyMX1213| 查看: 49714| 评论: 2|原作者: MyMX1213

摘要: 本章介绍Quad-SPI总线,通过Quad-SPI接口控制W25Qxx芯片

一.Quad-SPI简介

在第十章和第十一章中，我们介绍了标准的SPI总线，SPI由四根线控制，NSS为片选，SCK为时钟信号线。MISO，MOSI为数据线，一根作为输入，一根作为输出。

Quad-SPI，即四线SPI，由此可知其数据线比标准的SPI接口要多，最多支持四条数据线同时传输。

连接单、双或四（条数据线） SPI Flash 存储介质。Quad-SPI总共有6根控制线：CS为片选，CLK为时钟信号线。IO0~IO3为数据线，可以发送数据也可以接收数据。

二.Quad-SPI 命令序列

QUADSPI 通过命令与 Flash 通信每条命令包括指令、地址、交替字节、空指令和数据这五个阶段任一阶段均可跳过，但至少要包含指令、地址、交替字节或数据阶段之一。
nCS 在每条指令开始前下降，在每条指令完成后再次上升。

指令阶段

这一阶段将发送一条8位指令到flash，指定待执行的类型。指令可以单线，双线或四线传输。

地址阶段

在地址阶段，将1-4字节发送到flash,指示操作地址，地址阶段可一次发送 1 位（在单线 SPI 模式中通过 IO0）、2 位（在双线 SPI 模式中通过 IO0/IO1 ）或 4 位（在四线 SPI 模式中通过 IO0/IO1/IO2/IO3）。

交替字节阶段

在交替字节阶段，将 1-4 字节发送到 Flash，一般用于控制操作模式。可以通过可以单线，双线或四线传输。

空指令周期阶段

在空指令周期阶段，给定的 1-31个周期内不发送或接收任何数据，目的是当采用更高的时钟频率时，给 Flash 留出准备数据阶段的时间。

数据阶段

在数据阶段，可从 Flash 接收或向其发送任意数量的字节。数据阶段如果发送数据IO口为输出，如果是接收数据则IO切换为输入，一次可发送 1 位（在单线 SPI 模式中通过 IO0）、2 位（在双线 SPI 模式中通过 IO0/IO1 ）或 4 位（在四线 SPI 模式中通过 IO0/IO1/IO2/IO3）。

三.新建工程

复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，QuadSPI模式选择Bank1四线SPI。

此时QUADSPI对应的IO口会被选中。

QUADSPI配置如下。时钟分频设置为2，故QSPI时钟 = 216M / (2+ 1) = 72MHz

FIFO深度设置为4个字节，配置QSPI 在Flash 驱动信号后过半个CLK 周期才对Flash 驱动的数据采样。

Flash Size设置外部存储器大小，本实验以W25Q128FV芯片为例，大小为16MB（使用24位寻址），则设置为23。

四.应用程序

生成报告以及代码，编译程序。在quadspi.c文件中可以看到初始化函数。在stm32f7xx_hal_qspic.h头文件中可以看到QSPI的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式。

下面为W25QXX的驱动文件。下载并添加进工程中。(操作方式参照第十一章)

stm32746g_qspi.zip

在main.c文件中添加头文件

1/* USER CODE BEGIN Includes */
2#include <string.h>
3#include "stm32746g_qspi.h"
4/* USER CODE END Includes */</string.h>

声明变量: s_command为QSPI命令结构体，配置命令；pData存储读取ID值，rData，wData作为读写数据缓存

view source
print?
01 /* USER CODE BEGIN PV */
02 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
03 QSPI_CommandTypeDef s_command;
04 uint8_t pData[3];
05       
06 uint8_t wData[0x100];
07 uint8_t rData[0x100];
08   
09 uint32_t i;
10 /* USER CODE END PV */

在main函数中添加应用程序，第一部分初始化W25Q128FV芯片，第二部分分别用单线，双线和四线三种模式读设备ID。第三部分则是读写擦除芯片操作实验。

view source
print?
001 /* USER CODE BEGIN 2 */
002     printf("W25Q128FV QuadSPI Test ....\r\n\r\n");
003   
004     /*##-1- Initialize W25Q128FV  ###########################################*/
005     BSP_QSPI_Init();
006   
007     /*##-2-Read Device ID Test    ###########################################*/
008     /* Read Manufacture/Device ID */
009     s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
010     s_command.Instruction       = READ_ID_CMD;
011     s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
012     s_command.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
013     s_command.Address           = 0x000000;
014     s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
015     s_command.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
016     s_command.DummyCycles       = 0;
017     s_command.NbData            = 2;
018     s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
019     s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
020     s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
021       
022     if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
023     {
024         Error_Handler();
025     }
026     if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
027     {
028         Error_Handler();
029     }
030     printf("SPI  I/0 Read Device ID : 0x%2X 0x%2X\r\n",pData[0],pData[1]);
031       
032       
033     /* Read Manufacture/Device ID Dual I/O*/
034     s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
035     s_command.Instruction       = DUAL_READ_ID_CMD;
036     s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_2_LINES;
037     s_command.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
038     s_command.Address           = 0x000000;
039     s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_2_LINES;
040     s_command.AlternateBytesSize= QSPI_ALTERNATE_BYTES_8_BITS;
041     s_command.AlternateBytes    = 0;
042     s_command.DataMode          = QSPI_DATA_2_LINES;
043     s_command.DummyCycles       = 0;
044     s_command.NbData            = 4;
045     s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
046     s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
047     s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
048   
049     if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
050     {
051         Error_Handler();
052     }
053     if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
054     {
055         Error_Handler();
056     }
057     printf("Dual I/O Read Device ID : 0x%2X 0x%2X\r\n",pData[0],pData[1]);
058       
059     /* Read Manufacture/Device ID Quad I/O*/
060     s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
061     s_command.Instruction       = QUAD_READ_ID_CMD;
062     s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
063     s_command.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
064     s_command.Address           = 0x000000;
065     s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_4_LINES;
066     s_command.AlternateBytesSize= QSPI_ALTERNATE_BYTES_8_BITS;
067     s_command.AlternateBytes    = 0x00;
068     s_command.DataMode          = QSPI_DATA_4_LINES;
069     s_command.DummyCycles       = 4;
070     s_command.NbData            = 2;
071     s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
072     s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
073     s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
074   
075     if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
076     {
077         Error_Handler();
078     }
079     if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
080     {
081         Error_Handler();
082     }
083     printf("Quad I/O Read Device ID : 0x%2X 0x%2X\r\n",pData[0],pData[1]);
084   
085     /* Read JEDEC ID */
086     s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
087     s_command.Instruction       = READ_JEDEC_ID_CMD;
088     s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
089     s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
090     s_command.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
091     s_command.DummyCycles       = 0;
092     s_command.NbData            = 3;
093     s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
094     s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
095     s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
096   
097     if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
098     {
099         Error_Handler();
100     }
101     if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
102     {
103         Error_Handler();
104     }
105     printf("Read JEDEC ID :  0x%2X 0x%2X 0x%2X\r\n\r\n",pData[0],pData[1],pData[2]);
106       
107       
108     /*##-3-QSPI Erase/Write/Read Test    ###########################################*/
109     /* fill buffer */
110     for(i =0;i<0x100;i ++)
111     {
112         wData[i] = i;
113         rData[i] = 0;
114     }
115   
116     if(BSP_QSPI_Erase_Block(0) == QSPI_OK)
117         printf(" QSPI Erase Block ok\r\n");
118     else
119         Error_Handler();
120   
121     if(BSP_QSPI_Write(wData,0x00,0x100)== QSPI_OK)
122         printf(" QSPI Write ok\r\n");
123     else
124         Error_Handler();
125   
126     if(BSP_QSPI_Read(rData,0x00,0x100)== QSPI_OK)
127         printf(" QSPI Read ok\r\n\r\n");
128     else
129         Error_Handler();
130   
131     printf("QSPI Read Data : \r\n");
132     for(i =0;i<0x100;i++)
133         printf("0x%02X  ",rData[i]);
134     printf("\r\n\r\n");
135   
136     for(i =0;i<0x100;i++)
137         if(rData[i] != wData[i])printf("0x%02X 0x%02X ",wData[i],rData[i]);
138     printf("\r\n\r\n");
139     /* check date */
140     if(memcmp(wData,rData,0x100) == 0 ) 
141         printf(" W25Q128FV QuadSPI Test OK\r\n");
142     else
143         printf(" W25Q128FV QuadSPI Test False\r\n");
144   /* USER CODE END 2 */
 

	将W25QXX DataFlash Board模块插入到Open746I开发板I2C1中，编译程序并下载到开发板。打开串口调试助手。设置波特率为115200。串口助手上会显示如下信息。

五.程序讲解

	现在以四线读设备ID为例讲解QSPI如何进行一次读写操作。如下为四线读制造商/设备ID命令（94H）



程序中先根据上面时序配置s_command命令结构体，
命令为1线，命令为QUAD_READ_ID_CMD，在w25q128fv.h头文件中宏定义为0x94。
地址为4线，地址长度为24位，地址为0x000000。
交替字节阶段设置为4线，长度为8位，备用字节为0x00。
空指令阶段为4个时钟周期
数据为4线，字节为两个字节。

程序中先通过HAL_QSPI_Command()将命令发送出去，然后通过HAL_QSPI_Receive()命令接收数据。即完成一次读操作，如果是写操作，同样是先配置命令结构体，然后发送命令，最后通过HAL_QSPI_Transmit()命令发送数据。

view source
print?
01 /* Read Manufacture/Device ID Quad I/O*/
02 s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
03 s_command.Instruction       = QUAD_READ_ID_CMD;
04 s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
05 s_command.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
06 s_command.Address           = 0x000000;
07 s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_4_LINES;
08 s_command.AlternateBytesSize= QSPI_ALTERNATE_BYTES_8_BITS;
09 s_command.AlternateBytes    = 0x00;
10 s_command.DataMode          = QSPI_DATA_4_LINES;
11 s_command.DummyCycles       = 4;
12 s_command.NbData            = 2;
13 s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
14 s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
15 s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
16  
17 if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &s_command, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
18 {
19     Error_Handler();
20 }
21 if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pData, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
22 {
23     Error_Handler();
24 }
25 printf("Quad I/O Read Device ID : 0x%2X 0x%2X\r\n",pData[0],pData[1]);

关于W25Q128fv的读写擦除等驱动函数可以查看stm32746g-qspi.c文件，这里不再详细讲解。

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