1. 什么是 QSPI？
QSPI（Quad Serial Peripheral Interface）是 APM32F411 提供的一种增强型 SPI 接口，相比传统 SPI 接口，QSPI 支持多通道数据传输，可在时钟频率不变的情况下显著提升数据吞吐量。该接口被广泛应用于与高速存储设备（如 NOR Flash 和 NAND Flash）的通信，特别适用于固件存储、数据记录和高速读取等场景。
2. APM32F411 中 QSPI 的特点
| 特性 | SPI（Serial Peripheral Interface） | QSPI（Quad Serial Peripheral Interface） | | 数据传输模式 | 单通道（1-bit 数据线） | 四通道（4-bit 数据线，可同时发送/接收数据） | | 通信速率 | 较低，仅支持 1-bit 数据传输 | 更高，支持 4-bit 数据传输，速率是 SPI 的 4 倍 | | 接口引脚数量 | 通常 4 个（CLK、MOSI、MISO、NSS） | 通常 6 个（CLK、NCS、IO0、IO1、IO2、IO3） | | 数据吞吐量 | 较低，受限于单通道数据传输 | 较高，支持多通道数据并行传输 | | 典型应用 | 低速通信设备（传感器、DAC、ADC 等） | 高速存储设备（外部 Flash、存储扩展等） | | 功耗 | 较低 | 功耗略高，但相对于其吞吐量提升，能效比更高 |
3. APM32F411 的硬件资源
- QSPI 引脚配置：
- QSPI_CLK：PB1
- QSPI_NCS：PB6
- QSPI_IO0：PA7
- QSPI_IO1：PA6
- QSPI_IO2：PC4
- QSPI_IO3：PC5
- QSPI 支持模式：
- 标准 SPI 模式：单通道通信，与传统 SPI 兼容。
- Dual-SPI 模式：双通道通信，速率提升一倍。
- Quad-SPI 模式：四通道通信，速率提升至传统 SPI 的四倍。
4. QSPI 初始化与配置
(1) QSPI GPIO 引脚配置- void QSPI_GPIO_Config(void)
- {
- GPIO_Config_T gpioConfig;
- // 配置 QSPI_CLK
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_1;
- gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
- gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_HIGH;
- GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
- // 配置 QSPI_NCS
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_6;
- GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
- // 配置 QSPI_IO0 至 QSPI_IO3
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_7;
- GPIO_Config(GPIOA, &gpioConfig);
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_6;
- GPIO_Config(GPIOA, &gpioConfig);
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_4;
- GPIO_Config(GPIOC, &gpioConfig);
- gpioConfig.pin = GPIO_PIN_5;
- GPIO_Config(GPIOC, &gpioConfig);
- }
(2) QSPI 外设初始化
- void QSPI_Init(void)
- {
- QSPI_Config_T qspiConfig;
- // 初始化 QSPI 配置结构体
- QSPI_ConfigStructInit(&qspiConfig);
- // 设置时钟相位和极性
- qspiConfig.clockPhase = QSPI_CLKPHA_2EDGE;
- qspiConfig.clockPolarity = QSPI_CLKPOL_LOW;
- // 配置帧格式为 Quad 模式
- qspiConfig.frameFormat = QSPI_FRF_QUAD;
- // 设置数据帧大小为 8 位
- qspiConfig.dataFrameSize = QSPI_DFS_8BIT;
- // 设置时钟分频系数（根据系统时钟调整）
- qspiConfig.clockDiv = 4;
- // 初始化 QSPI
- QSPI_Config(&qspiConfig);
- // 启用 QSPI
- QSPI_Enable();
- }
5. QSPI 数据传输操作
(1) 写入数据到 Flash- void QSPI_WriteData(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size)
- {
- QSPI_ConfigAddrLen(QSPI_ADDR_LEN_24BIT); // 设置地址长度
- QSPI_ConfigInstLen(QSPI_INST_LEN_8BIT); // 设置指令长度
- QSPI_ConfigInstAddrType(QSPI_INST_ADDR_TYPE_STANDARD); // 设置指令和地址传输类型
- // 写入命令
- QSPI_TxData(WRITE_COMMAND);
- // 写入地址
- QSPI_TxData((address >> 16) & 0xFF);
- QSPI_TxData((address >> 8) & 0xFF);
- QSPI_TxData(address & 0xFF);
- // 写入数据
- for (uint16_t i = 0; i < size; i++)
- {
- QSPI_TxData(data[i]);
- }
- }
- void QSPI_ReadData(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size)
- {
- QSPI_ConfigAddrLen(QSPI_ADDR_LEN_24BIT);
- QSPI_ConfigInstLen(QSPI_INST_LEN_8BIT);
- QSPI_ConfigInstAddrType(QSPI_INST_ADDR_TYPE_STANDARD);
- // 发送读取命令
- QSPI_TxData(READ_COMMAND);
- // 发送地址
- QSPI_TxData((address >> 16) & 0xFF);
- QSPI_TxData((address >> 8) & 0xFF);
- QSPI_TxData(address & 0xFF);
- // 读取数据
- for (uint16_t i = 0; i < size; i++)
- {
- data[i] = QSPI_RxData();
- }
- }
(1) 外部存储扩展通过 QSPI，可与高速 NOR Flash 存储器实现高效通信，支持大数据量的读取和存储需求。
(2) 高吞吐量需求适用于需要高速数据传输的场景，例如音视频数据处理、大容量固件更新等。
(3) 高效与低功耗结合通过多通道并行传输，降低总通信时间，从而减少功耗。
7. 总结
基于 APM32F411 的 QSPI 接口，提供了灵活的配置方式和强大的性能支持。通过合理的硬件设计和软件配置，可以充分发挥其在高速数据传输和外部存储中的优势，满足现代嵌入式应用的需求。
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