基于 APM32F411 的 QSPI 接口简介与优势解析

只看该作者 · 2024-12-15 22:43

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

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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

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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

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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]);

    }

}

(2) 从 Flash 读取数据

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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();

    }

}

6. 应用场景与优势

(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。

只看该作者 · 2024-12-16 15:00

QSPI最大的优势就是数据并行，传输速度快