带你掌握通过J-Link下载SPI FLASH的4种方式

只看该作者 · 2024-3-19 11:48

本帖最后由 xld0932 于 2024-3-19 11:50 编辑

#申请原创# @21小跑堂

做嵌入式UI设计的小伙伴，常常因为MCU内部存储资源限制，多数都是将显示资源存放在外部存储，有TF卡，也有SPI FLASH。对TF卡来说，显示资源更新操作方便，只需要把TF卡从板子上取下来，把显示资源拷贝进来，然后再插到开发板上就可以了，但TF卡成本贵呀，而且不断的插拔对于接口来说，也是一项考验。其次就是SPI FLASH，成本倒是便宜了不少，但更新显示资源是一件头疼的事，总不能SPI FLASH中的数据每变化一次，就要把SPI FLASH芯片从板子取下来，重新烧录一遍再焊上去？就算板子上预留了烧录点位，但操作起来还是很麻烦呀……SPI FLASH的烧录工具、MCU的调试工具等等，一堆工具、软件，操作也不省事。

有没有一种工具/办法可以解决SPI FALSH遇到的这些问题呢，降低成本、提升效率？同一个工具即可以做生产工具，也可以做调试工具；即可以离线烧录，也可以在线烧录？有！其实我们经常在用的J-LINK就具备这样的功能，具体怎么来操作/实现呢？下面来给大家分享一下以下几种方式：

J-Flash SPI实现SPI FLASH数据更新
虚拟串口实现SPI FLASH数据更新
下载算法实现SPI FLASH数据更新
J-Flash实现SPI FLASH数据更新

1、J-Flash SPI实现SPI FLASH数据更新
J-Link作为我们嵌入开发工具的一大调试利器，20PIN的接口功能很丰富，除了我们常用的JTAG、SWD调试接口功能外，还具备SPI、QSPI接口功能；我们可以通过在安装J-Link驱动时自动安装的J-Flash SPI软件，结合SPI、QSPI接口功能实现对SPI FLASH的离线烧录。

使用J-Link的SPI、QSPI接口功能下载SPI FLASH时，要么在硬件上需要预留SPI FLASH的下载引脚，要么可以通过专门的夹子治具夹住芯片进行烧录；J-Link有了SPI FLASH下载功能之后，就可以不用专门再去买SPI FLASH离线烧录工具了，对于开发人员，一个工具多个功能/用途，真的是很方便！首先我们还是先来了解一下J-Link对于SPI、QSPI接口功能的引脚定义吧，这样方便我们连接SPI FLASH，进行烧录。

J-Link SPI接口功能定义：

J-Link QSPI接口功能定义：

接下来我们使用J-Flash SPI软件来对SPI FLASH进行离线烧录，具体步骤如下：
1.1.准备硬件环境，我们准备了一个SPI FLASH模块，通过上述的J-Link SPI接口功能定义，使用杜邦线将SPI FLASH模块与J-Link连接起来，需要注意的是J-Link的VTref也需要供电哦

1.2.打开J-Flash SPI软件，如下图所示：

1.3.点击菜单栏Target->Connect，让J-Link连接SPI FLASH，确认连接是正确无误的：

1.4.等J-Link与SPI FLASH连接成功后，在左侧会显示SPI FLASH的相关信息：

1.5.点击菜单栏File->Open data file...打开一个准备好的烧录文件，并确认起始地址，我们默认是从0地址开始烧录哦：

1.6.点击菜单栏Target->Erase sectors，擦除SPI FLASH：

1.7.点击菜单柆Target->Program & Verify，对SPI FLASH进行编程（下载数据），并对其进行校验：

1.8.上述是将擦除、编程、校验这些动作分开操作的，其实有更便捷的操作哦，直接点击菜单栏Targer->Auto即可。

2、虚拟串口实现SPI FLASH数据更新
J-Link硬件版本在9或更高的版本时，具有VCOM功能，我们可以J-Link Commander或者J-Link Configurator对J-Link的虚拟串口功能进行打开和关闭操作，默认是处于关闭状态的哦。需要注意的是，当使用JTAG接口功能时是不能使用VCOM功能的哈！首先我们还是先来了解一下J-Link对于VCOM接口功能的引脚定义吧……

接下来我们通过不同的J-Link硬件版本来测试VCOM的功能：

2.1.通过J-Link Commander打开/关闭VCOM
连接J-Link后，打开J-Link Commander软件，输入“vcom enable”即为打开VCOM功能，输入“vcom disable”即为关闭VCOM功能，在操作完成后，需要重新连接J-Link，才可以正常使用VCOM功能哦

2.2.通过J-Link Configurator打开/关闭VCOM
连接J-Link后，打开J-Link Configurator软件，此时在Connected via USB会显示当前连接的J-Link以及其状态：

双击相应的J-Link后会弹出Configuration对话框，在Virtual COM-Port栏，通过选择Enable/Disable来打开或关闭VCOM功能，然后点击OK确认，同样也需要重新连接J-Link，才可以正常使用VCOM功能

2.3.检查VCOM连接/识别状态

2.4.VCOM通讯测试
通过将Rx和Tx引脚连接起来，建议回环测试，同时需要注意的是VTref引脚需要供电哦，要不然VCOM功能是不会工作的，所以为了测试我们可以将VTref与5V-Supply连接在一起进行通讯测试：

那J-Link的虚拟串口跟我们的SPI FLASH数据更新有什么关系呢？关注我写过帖子的小伙伴，就会发现，在之前多篇分享中都用到了Xmodem通讯协议，基于串口通讯，通过上位机软件经过Xmodem协议，将数据传输到MCU，然后MCU解析Xmodem协议，提取有效的数据进行处理；所以J-Link的VCOM起到一个传输媒介的作用，通过MCU将接收到的数据写入到SPI FLASH来实现SPI FLASH数据的更新，具体的实现可以参考之前分享的帖子哦！

3、下载算法实现SPI FLASH数据更新
在我们硬件没有预留SPI FLASH烧录接口时，觉得通过引线的方式将烧录接口引出来不方便；又觉得通过MCU实现Xmodem协议太麻烦，或者说MCU的资源不够用；那通过下载算法来实现SPI FLASH的数据更新，确实是一个不错的选择！

通常提到下载算法，大家想到的就是对MCU的下载编程；其实通过MCU作为媒介，可以借助MCU的外设资源对挂载的外部其它器件进行数据传输/编程操作，比如说可以通过I2C接口实现对EEPROM的数据写入，可以通过SPI接口实现对SPI FLASH的数据写入等等。接下来我们就来讲解一下SPI FLASH下载算法实现的步骤：

3.1.我们使用MM32G0001开发板作为演示，官方的Mini-G0001开发板板载了一个8M-bit的SPI FLASH，便于我们进行验证

3.2.在实现SPI FLASH下载算法之前，我需要通过常规的应用来验证SPI的初始化、对SPI FLASH的读、写、擦除等操作，待这些功能验证OK了，然后将这些功能代码直接移植到下载算法中就可以了，此处的验证工程在后面的附件可以下载到哦

3.3.我们在Keil安装目录，或者是从CMSIS包中拷贝一份下载算法空工程，然后将刚刚验证好的SPI FLASH操作函数，根据下载算法的功能函数进行填充；需要注意的是下载算法的运行是通过Keil将相应的功能函数Load到SRAM运行的，SRAM其本身的存储空间正常来说是远远小于FLASH存储空间的，所以受SRAM存储空间大小限制，建议下载算法都通过寄存器的方式来实现！其次是对于MCU来说，有些应用是需要开户看门狗的，这是特别需要注意的地方，在下载算法中一定要对看门狗进行判断和处理，不然当SPI FLASH数据理大时，下载到中途MCU突然复位了，就会导致SPI FLASH下载失败或者异常了！！！

3.4.下载算法FlashDev.c配置
在FlashDevice结构体中，根据SPI FLASH的规格书定义了Page的大小、Sector的大小、SPI FLASH芯片存储空间大小，其次为了区分SPI FLASH和其它MCU外设，将SPI FLASH器件起始地址进行了自定义，对Device Name进行了自定义，如下所示：

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struct FlashDevice const FlashDevice  =

{

    FLASH_DRV_VERS,                    // Driver Version, do not modify!

    "Mini-G0001_ZD25WQ80",             // Device Name

    EXTSPI,                            // Device Type

    0xC0000000,                        // Device Start Address

    0x00100000,                        // Device Size in Bytes (256kB)

    256,                               // Programming Page Size

    0,                                 // Reserved, must be 0

    0xFF,                              // Initial Content of Erased Memory

    100,                               // Program Page Timeout 100 mSec

    3000,                              // Erase Sector Timeout 3000 mSec



// Specify Size and Address of Sectors

    0x001000, 0x000000,                // Sector Size  4kB (256 Sectors)

    SECTOR_END

};

3.5.下载算法Init函数
在Init函数中，我们根据Mini-G0001开发板硬件设计原理图，对SPI和GPIO的进行了配置

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/*

 *  Initialize Flash Programming Functions

 *    Parameter:      adr:  Device Base Address

 *                    clk:  Clock Frequency (Hz)

 *                    fnc:  Function Code (1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify)

 *    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed

 */

int Init(unsigned long adr, unsigned long clk, unsigned long fnc)

{

    /* Add your Code */

    RCC->AHBENR_b.mGPIOA  = 1;

    RCC->APB1ENR_b.mSPI1  = 1;



    SPI1->RXDNR = 0;



    SPI1->GCTL_b.MODE     = 1;         /* Master */

    SPI1->CCTL_b.LSBFE    = 0;         /* MSB */

    SPI1->CCTL_b.CPHA     = 1;

    SPI1->CCTL_b.CPOL     = 0;



    SPI1->GCTL_b.DW8_32   = 0;

    SPI1->CCTL_b.SPILEN   = 1;

    SPI1->EXTCTL_b.EXTLEN = 8;



    SPI1->SPBRG_b.SPBRG   = 2;



    SPI1->GCTL_b.NSS      = 0;



    SPI1->GCTL_b.TXEN     = 1;

    SPI1->GCTL_b.RXEN     = 1;



    /* PA15 : AF0, SPI1_NSS  */

    GPIOA->CRH_b.MODE15 = 1;

    GPIOA->CRH_b.CNF15  = 2;

    GPIOA->AFRH_b.AFR15 = 0;



    /* PA8  : AF0, SPI1_SCK  */

    GPIOA->CRH_b.MODE8  = 1;

    GPIOA->CRH_b.CNF8   = 2;

    GPIOA->AFRH_b.AFR8  = 0;



    /* PA9  : AF0, SPI1_MOSI */

    GPIOA->CRH_b.MODE9  = 1;

    GPIOA->CRH_b.CNF9   = 2;

    GPIOA->AFRH_b.AFR9  = 0;



    /* PA2  : AF3, SPI1_MISO */

    GPIOA->CRL_b.MODE2  = 0;

    GPIOA->CRL_b.CNF2   = 2;

    GPIOA->ODR_b.ODR2   = 1;

    GPIOA->AFRL_b.AFR2  = 3;



    SPI1->GCTL_b.SPIEN  = 1;



    SPI1->NSSR_b.NSS    = 1;



    // Test if IWDG is running (IWDG in HW mode)

    if ((FLASH->OBR & FLASH_OBR_WDG_SW_Msk) == 0)

    {

        IWDG->KR  = 0x5555;            // Enable write access to IWDG_PR and IWDG_RLR

        IWDG->PR  = 0x06;              // Set prescaler to 256

        IWDG->RLR = 4095;              // Set reload value to 4095

    }



    return (0);                        // Finished without Errors

}

3.6.下载算法EraseSector函数

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/*

 *  Erase Sector in Flash Memory

 *    Parameter:      adr:  Sector Address

 *    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed

 */

int EraseSector(unsigned long adr)

{

    uint8_t Status = 0;



    IWDG->KR = 0xAAAA;                  // Reload IWDG



    /* Add your Code */

    SPI1->NSSR_b.NSS = 0;

    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x06);

    SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



    SPI1->NSSR_b.NSS = 0;



    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x20);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >> 16) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  8) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  0) & 0x000000FF);



    SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



    do

    {

        SPI1->NSSR_b.NSS = 0;



        SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x05);

        SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



        Status = SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



        SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



        IWDG->KR = 0xAAAA;              // Reload IWDG

    }

    while (Status & 0x01);



    return (0);                         // Finished without Errors

}

3.7.下载算法ProgramPage函数

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/*

 *  Program Page in Flash Memory

 *    Parameter:      adr:  Page Start Address

 *                    sz:   Page Size

 *                    buf:  Page Data

 *    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed

 */

int ProgramPage(unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf)

{

    /* Add your Code */

    uint32_t i      = 0;

    uint8_t  Status = 0;



    IWDG->KR = 0xAAAA;                  // Reload IWDG



    SPI1->NSSR_b.NSS = 0;

    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x06);

    SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



    SPI1->NSSR_b.NSS = 0;



    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x02);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >> 16) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  8) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  0) & 0x000000FF);



    for (i = 0; i < sz; i++)

    {

        SPIFLASH_RxTxData_Polling(buf[i]);

    }



    SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



    do

    {

        SPI1->NSSR_b.NSS = 0;



        SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x05);

        SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



        Status = SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



        SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



        IWDG->KR = 0xAAAA;              // Reload IWDG

    }

    while (Status & 0x01);



    return (0);                         // Finished without Errors

}

3.8.下载算法Verify函数

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unsigned long Verify(unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf)

{

    uint8_t  Data = 0;

    uint32_t i    = 0;



    IWDG->KR = 0xAAAA;                  // Reload IWDG



    SPI1->NSSR_b.NSS = 0;



    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0x0B);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >> 16) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  8) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling((uint8_t)(adr >>  0) & 0x000000FF);

    SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



    for (i = 0; i < sz; i++)

    {

        Data = SPIFLASH_RxTxData_Polling(0xFF);



        if (Data != buf[i])

        {

            break;

        }

    }



    SPI1->NSSR_b.NSS = 1;



    return (adr + i);

}

这个函数的实现与否，取决于在下载时是否勾选Verify选项，如果需要勾选那就一定要实现Verify函数，否则会导致下载失败！

没有实现Verify函数，却勾选了Verify下载选项时，错误提示如下所示：

在这些下载算法函数都实现完成后，就可以通过编译来生成FLM下载算法文件了，我们将生成的下载算法文件拷贝到“C:\Keil_v5\ARM\Flash”目录下即可。接下来就是如何配置Keil的应用工程，通过这个下载算法，来更新SPI FLASH中的数据了……首先我们需要准备一下数据源，如下所示：

其中定义了这个数据源的起始存放地址，就是我们下载算法配置中的器件起始地址。对于Keil工程的配置我们有2种方式，看你们操作习惯可自行选择：
方式1：
在工程Option设置中的Target选项卡中，配置IROM2，Start为0xC0000000，Size为0x100000，这个配置与下载算法保持一致；在Linker选项卡中默认选择“Use Memory Layout from Target Dialog”：

右击spiflash_data.c配置文件选项，在Memory Assignment中将Code/Const指向IROM2即可：

方式2：
在工程Option设置中的Linker选项卡中不选择“Use Memory Layout from Target Dialog”：

在Scatter File一栏，点击Edit对.sct文件进行编辑，添加LR_IROM2段，如下所示：

3.9.在这些都配置完成后，将刚刚的下载算法添加到应用工程中，编译下载：

3.10.通过应用程序查看通过下载算法更新SPI FLASH中的数据内容：

4、J-Flash实现SPI FLASH数据更新
通过方式1结合硬件设计预留烧录接口，我们可以实现离线烧录SPI FLASH、通过方式2结合J-Link虚拟串口+程序设计，我们可以实现离线烧录SPI FLASH、通过方式3下载算法，我们可以实现在线烧录SPI FLASH；对于生产来说，都是离线烧录的方式，在线烧录只适用于开发调试阶段，更方便于开发人员。

那我们硬件上没有预留烧录接口、芯片资源也很紧张，不允许添加更多的程序，那能不能实现离线烧录呢？

当然可以，我们借助方式3的烧录算法，再结合J-Flash软件，可以实现通过MCU作为媒介，实现离线烧录SPI FLASH的功能，具体步骤如下：

首先我们需要将SPI FLASH设备及下载算法添加到J-Flash识别列表当中去，我们在“C:\Users\XXXXX\AppData\Roaming\SEGGER”文件夹中新建“JLinkDevices”文件夹，在“JLinkDevices”下再创建“ZD25WQ80”文件夹，这个文件夹就是我们Mini-G0001板载SPI FLASH的型号，接着在“ZD25WQ80”文件夹下将刚刚的下载算法文件添加进行来，然后再创建一个空的XML文件，如下所示：