STM32H750_QSPI_W25QXX_XIP

1万 · 2021-7-3 11:10

最近在调试STM32H750片子，担心片内flash不够用，在QSPI bank2外挂了 W25Q40CL做XIP，当然也可以copy到片上ram运行。总结途中遇到些问题，避免新手少走弯路。
本例程基于原子哥的“STM32H750_W25Q256”例程修改而来，首先在这里非常感谢原子哥的分享！
这里主要实现的工作有：
1）新建appsystem工程，运行地址在0x90000000
2）通过keil把appsystem在线烧录进W25Q40CL，需要制作烧录算法工具
3）新建bootloader工程，并用bootloader启动appsystem，在片外W25Q40CL运行（XIP，不可仿真）
4）用bootLoader从片外W25Q40CL复制appsystem到片内ram，并启动在ram运行（可仿真）
其中第四点作为补充。

1万 · 2021-7-3 11:10

（一、）新建appsystem工程（appsystem）
**
这就比较简单，直接上图：

**

1万 · 2021-7-3 11:10

（二、）制作烧录算法工具（Keil_Flash_W25Q40）
**

本人一向比较懒，喜欢拿来主义，之前没使用过类似flash，首先想到是在www上寻找相关例程，下载回来简单修改端口等参数即可使用，所以一搜索即找到了原子哥的例程，心情如雨后阳光明媚又灿烂！开始依葫芦画瓢：

1）修改端口CS/CLK/IO0~IO3
2）修改为bank2
3）修改QSPI时钟
4）修改存储容量大小
5）修改时钟空闲时候极性（可选）

1万 · 2021-7-3 11:11

//初始化QSPI接口
//返回值:0,成功;
//    1,失败;
u8 QSPI_Init(void)
{
#if 1
// 这里用的是QSPI bank2
// CS: PC11
// CLK: PB2
// IO0: PE7
// IO1: PE8
// IO2: PE9
// IO3: PE10

u32 tempreg=0;

RCC->AHB4ENR|=1<<0; //使能GPIOA时钟
RCC->AHB4ENR|=1<<1; //使能GPIOB时钟
RCC->AHB4ENR|=1<<2; //使能GPIOC时钟
RCC->AHB4ENR|=1<<3; //使能GPIOD时钟
RCC->AHB4ENR|=1<<4; //使能GPIOE时钟
RCC->AHB3ENR|=1<<14; //QSPI时钟使能

// led PA3
GPIO_Set(GPIOA,1<<3,GPIO_MODE_OUT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU);
GPIO_Pin_Set(GPIOA, 1 << 3, 1);

// RS485_TX PC7
GPIO_Set(GPIOC,1<<7,GPIO_MODE_OUT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU);
GPIO_Pin_Set(GPIOC, 1 << 7, 1);
GPIO_Pin_Set(GPIOC, 1 << 7, 1);

// BANK2

//PB2 QUADSPI1_CLK
GPIO_Set(GPIOB,1<<2,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU);
//PC11 QUADSPI1_BK2_NCS
GPIO_Set(GPIOC,1<<11,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU);
// 这里一定要PP, OD即使上拉驱动能力不够
//PE7, PE8, PE9, PE10 QUADSPI1_BK2_IO0, IO1, IO2, IO3
GPIO_Set(GPIOE,0x0F << 7,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_NONE);

// Table 8. Port A alternate functions
GPIO_AF_Set(GPIOB,2,9); //PB2,AF9
GPIO_AF_Set(GPIOC,11,9); //PC11,AF9
GPIO_AF_Set(GPIOE,7,10); //PE7,AF10
GPIO_AF_Set(GPIOE,8,10); //PE8,AF10
GPIO_AF_Set(GPIOE,9,10); //PE9,AF10
GPIO_AF_Set(GPIOE,10,10); //PE10,AF10

RCC->AHB3RSTR|=1<<14; //复位QSPI
RCC->AHB3RSTR&=~(1<<14); //停止复位QSPI
if(QSPI_Wait_Flag(1<<5,0,0XFFFF)==0)//等待BUSY空闲
{
//QSPI时钟默认来自rcc_hclk3(由RCC_D1CCIPR的QSPISEL[1:0]选择)
tempreg=(3-1)<<24; //设置QSPI时钟为AHB时钟的1/2,即200M/2=100Mhz,10ns // 240/3:80MHz
tempreg|=(4-1)<<8; //设置FIFO阈值为4个字节(最大为31,表示32个字节)
tempreg|=1<<7; // 0:选择FLASH1, 1:选择FLASH2
tempreg|=0<<6; //禁止双闪存模式
tempreg|=1<<4; //采样移位半个周期(DDR模式下,必须设置为0)
QUADSPI->CR=tempreg; //设置CR寄存器
tempreg=(19-1)<<16; //设置FLASH大小为2^25=32MB
tempreg|=(5-1)<<8; //片选高电平时间为5个时钟(10*5=50ns),即手册里面的tSHSL参数
tempreg|=1<<0; //Mode3,空闲时CLK为高电平
QUADSPI->DCR=tempreg; //设置DCR寄存器
QUADSPI->CR|=1<<0; //使能QSPI
}else
return 1;

return 0;
#else
u32 tempreg=0;
RCC->AHB4ENR|=1<<1; //使能PORTB时钟
RCC->AHB4ENR|=1<<5; //使能PORTF时钟
RCC->AHB3ENR|=1<<14;    //QSPI时钟使能
GPIO_Set(GPIOB,1<<2,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU); //PB2复用功能输出
GPIO_Set(GPIOB,1<<6,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU); //PB6复用功能输出
GPIO_Set(GPIOF,0XF<<6,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_HIGH,GPIO_PUPD_PU); //PF6~9复用功能输出
   GPIO_AF_Set(GPIOB,2,9); //PB2,AF9
GPIO_AF_Set(GPIOB,6,10); //PB6,AF10
GPIO_AF_Set(GPIOF,6,9); //PF6,AF9
GPIO_AF_Set(GPIOF,7,9); //PF7,AF9
GPIO_AF_Set(GPIOF,8,10); //PF8,AF10
GPIO_AF_Set(GPIOF,9,10); //PF9,AF10

RCC->AHB3RSTR|=1<<14; //复位QSPI
RCC->AHB3RSTR&=~(1<<14); //停止复位QSPI
if(QSPI_Wait_Flag(1<<5,0,0XFFFF)==0)//等待BUSY空闲
{
//QSPI时钟默认来自rcc_hclk3(由RCC_D1CCIPR的QSPISEL[1:0]选择)
tempreg=(2-1)<<24; //设置QSPI时钟为AHB时钟的1/2,即200M/2=100Mhz,10ns
tempreg|=(4-1)<<8; //设置FIFO阈值为4个字节(最大为31,表示32个字节)
tempreg|=1<<7; // 0:选择FLASH1, 1:选择FLASH2
tempreg|=0<<6; //禁止双闪存模式
tempreg|=1<<4; //采样移位半个周期(DDR模式下,必须设置为0)
QUADSPI->CR=tempreg; //设置CR寄存器
tempreg=(25-1)<<16; //设置FLASH大小为2^25=32MB
tempreg|=(5-1)<<8; //片选高电平时间为5个时钟(10*5=50ns),即手册里面的tSHSL参数
tempreg|=1<<0; //Mode3,空闲时CLK为高电平
QUADSPI->DCR=tempreg; //设置DCR寄存器
QUADSPI->CR|=1<<0; //使能QSPI
}else return 1;
return 0;
#endif
}

1万 · 2021-7-3 11:11

针对硬件修改好端口，打开宏W25Q40CL并编译得出文件 Keil_Flash_W25Q40/STM32H750_W25Q40.FLM，满怀希望的把文件STM32H750_W25Q40.FLM复制到C:\Keil_v5\ARM\Flash\目录下，打开appsystem工程选择下载选项：
把原来默认STM32H750xx算法删掉，换成STM32H750_W25Q40

1万 · 2021-7-3 11:12

忐忑的点击download开始下载appsystem到W25Q40CL！成败在此一举！事实证明，侥幸的心很难找到灵魂的归宿！
下载失败了！

首先，寻找硬件问题：
1）是不是端口配置错误？电源是否正常？（再次确认无误）
2）是不是端口物理连接不通？（配置成IO口输出脉冲，用示波器测量，全部畅通无阻）
3）是否驱动能力不足必须外加上拉？（上电默认是SPI模式，WP和HOLD应该需要外上拉稳定些，为了确保全部外加4.7K上拉）

再次尝试，依然Download failed！！！此时测量：
CS：有循环的拉低片选
CLK：有对应CS片选的时钟信号80MHz正确
IO0：有对应CS高低跳变（且认为是可用信号）
IO1：有对应CS高低跳变（且认为是可用信号）
IO2：一直保持高电平（且认为是不可用信号）对应pin WP，怀疑没配置为QSPI
IO3：一直保持高电平（且认为是不可用信号）对应pin HOLD，怀疑没配置为QSPI

接着，进而看W25QXX初始化工作：发现读取flash id一直不成功！以后所有操作都不成功，导致一直在检测忙状态。

1万 · 2021-7-3 11:12

其中，为了正确读取ID，折腾了不少功夫。原子哥例程是W25Q256（32MB），我用的是W25Q40CL（512KB），我很愿意相信两者命令兼容的！我都怀疑是我的flash芯片挂掉了？为了心里那点侥幸，果断换一片flash，结果不用猜，依旧。
此时万般无奈，仅剩下没照对手册命令了（最烦人的，所以一直没有做），但是到了此步田地，除了一条条对照手册命令，别无他求！果然，一对照两者有些不兼容地方！
W25Q40CL操作总结大体如下：
1）没有复位命令
2）单线读取ID
3）只有两个状态寄存器，其写使能命令不同，且两个状态寄存器要一起写
4）并无特殊进入QSPI的命令，只需写状态寄存器的EQ位即刻进入QSPI

1万 · 2021-7-3 11:13

既然确定要对照命令表，那我们就要列出我们所用到的命令：
1）读取ID命令：0x90
2）读取状态寄存器命令：S1:0x05；S2:0x35
3）写入状态寄存器使能命令：0x50
4）写入状态寄存器命令：0x01
5）退出QSPI命令：0xFF (进入QSPI是写S2的EQ)
6）扇区擦除命令：0x20
7）整片擦除命令：0xC7
8）扇区写入命令：0x32 （FastReadQuad）
9）扇区读取命令：0x6B （PageProgramQuad）

1万 · 2021-7-3 11:13

STM32H750要配置的寄存器：
QUADSPI->CCR、QUADSPI->AR、QUADSPI->FCR
认真对照以上每一条命令的配置并用示波器测量输出信号，确保和手册相符，那恭喜你，工作已经完成一大半了！

提示下载成功，但是否真的把数据正确的写入了呢？虽然下载选项有勾选 Verify，但这里肯定还是要主动回读验证了（此处省略）。接着就要把appsystem运行起来。

1万 · 2021-7-3 11:13

（三、） bootloader引导运行appsystem（bootloader）
**
STM32H750不支持从外部flash启动，但可以在外部flash运行程序（XIP），所以必须要片内flash做个bootloader引导跳转到外部flash运行程序，相信同学们都很熟悉了。要注意的这里跳转到外部flash地址（0x90000000）之前先初始化QSPI，并设置为内存映射模式（可直接访问，硬件机制帮我们发送读取命令，此模式只读不可写）。上码：

#ifdef APPLICATION_ADDRESS_SRAM12
u8 appXIPBuff[0x40000] __attribute__((section(".ARM.__at_0x30000000"))); // 256K
#endif

void GoToUserSystem(void)
{

pFunction Jump_To_Application;
u32 JumpAddress;

_DI();

#ifdef APPLICATION_ADDRESS

JumpAddress = *(volatile u32*)(EXT_FLASH_ADDRESS+4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
__set_PSP(*(volatile u32*) EXT_FLASH_ADDRESS);
__set_CONTROL(0); //设置使用主堆栈指针
//Initialize user application's Stack Pointer
__set_MSP(*(volatile u32*) EXT_FLASH_ADDRESS);

#elif APPLICATION_ADDRESS_SRAM12

JumpAddress = *(volatile u32*)(XIP_SRAM12_ADDRESS+4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
__set_PSP(*(volatile u32*) XIP_SRAM12_ADDRESS);
__set_CONTROL(0); //设置使用主堆栈指针
//Initialize user application's Stack Pointer
__set_MSP(*(volatile u32*) XIP_SRAM12_ADDRESS);

#else

JumpAddress = *(volatile u32*)(UserProgramAddressEntry+4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
__set_PSP(*(volatile u32*) UserProgramAddressEntry);
__set_CONTROL(0); //设置使用主堆栈指针
//Initialize user application's Stack Pointer
__set_MSP(*(volatile u32*) UserProgramAddressEntry);

#endif

__DSB();
__ISB();

Jump_To_Application();
}
int main(void)
{
MPU_Config();
  CPU_CACHE_Enable();

NVIC_SetPriorityGrouping(MY_NVIC_PRIORITYGROUP);
  SystemClock_Config();

LED_Init();
uart1_init(115200);
myprintf("\r\nboot:%s,%s\r\n", __DATE__, __TIME__);

W25QXX_Init();

// 4线传输数据; 24位地址; 4线传输地址; 1线传输指令; 4周期
QSPI_Config_Mmap(0xEB, 0x03, (3 << 6) | (2 << 4) | (3 << 2) | (1 << 0), 4);
myprintf("QSPI_Config_Mmap\r\n");

#ifdef APPLICATION_ADDRESS_SRAM12
memcpy(appXIPBuff, (u8*)(EXT_FLASH_ADDRESS), 0x40000); // 256K
#endif

myprintf("goto SYSTEM\r\n");
GoToUserSystem();

    while (1)
    {
Delayus(1000*1000);
LL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LL_GPIO_PIN_3);
myprintf("boot\r\n");
}
}
void W25QXX_Init(void)
{
u16 k = 0;

QSPI_Init(); //初始化QSPI
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID(); //读取FLASH ID. //必须1 Line
printf("ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);
if(W25QXX_TYPE == W25Q40)    //SPI FLASH为W25Q40=0xEF12
    {
W25QXX_Qspi_Enable(); //使能QSPI模式
    }
}

1万 · 2021-7-3 11:14

void QSPI_Config_Mmap(u8 cmd,u32 fmode,u8 mode,u8 dmcycle)
{
u32 tempreg=0;

if(QSPI_Wait_Flag(1<<5,0,0XFFFF)==0) //等待BUSY空闲
{
//printf("QSPI_Send_CMD:0x%X add:0x%X mode:0x%X cycle:%d\r\n",cmd, addr, mode, dmcycle);
tempreg=0<<31; // 0:禁止DDR模式
tempreg|=0<<28; // 0:每次都发送指令
tempreg|=fmode<<26; // 0:间接写模式3:Memory-mapped mode
tempreg|=((u32)mode>>6)<<24; //设置数据模式
tempreg|=(u32)dmcycle<<18; //设置空指令周期数

tempreg|=(u32)QSPI_ALTERNATE_BYTES_8_BITS<<16;
tempreg|=(u32)QSPI_ALTERNATE_BYTES_4_LINE<<14;

tempreg|=((u32)(mode>>4)&0X03)<<12; //设置地址长度
tempreg|=((u32)(mode>>2)&0X03)<<10; //设置地址模式
tempreg|=((u32)(mode>>0)&0X03)<<8; //设置指令模式
tempreg|=cmd; //设置指令
QUADSPI->CCR=tempreg; //设置CCR寄存器
}
}

到这里，工程appsystem就可以把镜像烧录到W25Q40CL，工程bootloader把镜像烧录进片内128K flash，复位系统就能运行bootloader并跳转到片外flash地址0x90000000运行appsystem程序了，此时用示波器测量W25Q40CL的数据或者时钟，你会发现一直在读取。这个时候你会不会想，真TM累，cpu本来就已经够累的了，还要每次从外面觅食（读取外部falsh获取程序），主要是这通道太慢了，只有80MHz clock，就算W25Q40CL可以支持104MHz clock依然远远不够啊！对了！可以搬运到片内ram运行！

1万 · 2021-7-3 11:15

（四、）把片外程序搬运到片内ram运行
**
这样既可以把appsystem下载到W25Q40CL，又可以仿真appsystem！

1）准备SRAM1和SRAM2共256KB空间做代码运行区0x30000000~0x30040000
2）appsystem编译地址选择0x30000000，下载选项不变，依然选STM32H750_W25Q40，首地址0x90000000改为0x30000000

3）bootloader修改宏为APPLICATION_ADDRESS_SRAM12

1万 · 2021-7-3 11:15

片内RAM运行效果图：

1万 · 2021-7-3 11:15

仿真如图：