STM32之QSPI调试记录

先声明一下，STM32的QSPI外设同样支持单线模式（兼容普通spi），只是相比普通的spi少了一些特性（比如只支持模式0和3、不能LSB发送等），但是用来操作flash已经足矣。如果有朋友和我之前一样，以为要先用普通spi外设去初始化flash并让它进入四线模式，再使用STM32的QSPI外设去操作flash，那么现在可以打消这个顾虑了。

引脚定义

一般情况下，QSPI要使用6个GPIO，其中片选引脚、时钟引脚和spi是一样的，但数据引脚变成了4根。IO0~IO4这四根数据引脚既用来输入也用来输出，所以四线模式下的QSPI实际上是半双工的。

NCS -->片选CLK -->时钟IO0 -->数据0IO1 -->数据1IO2 -->数据2IO3 -->数据3

四线模式下的工作机制和SDIO非常像。

单线模式下与SPI对应关系

NCS <--> CSCLK <--> CLKIO0 <--> MOSIIO1 <--> MISOIO2 <--> 强制低电平（以禁止“写保护”功能）IO3 <--> 强制高电平（以禁止“保持”功能）

解释一下后两句：在flash进入四线模式之前，有两个引脚被用作写保护、保持功能。一般情况下这两个功能用不上，所以这两个引脚本身也是接GND和VCC的。（下图摘自正点原子阿波罗F4核心板原理图）

CubeMX初始化配置

1、开启外设

BANK1 和 BANK2 对应两块区域，STM32的QSPI外设支持同时操作两块FLASH。选择 BANK1还是2取决于开发板上连接FLASH的引脚，因为引脚的功能是不能随便复用的。当然如果开发版支持，可以选择双 BANK。同时，这里选择 Quad （四线），因为我的开发板连接了四根数据线。

2、配置时钟树

主时钟树就按正常配置，QSPI时钟我这里选择 HCLK3 这一路。

3、参数配置

Clock Prescaler ：时钟分频因子。前面配置的QSPI时钟为240M，这个240M就会除以分频因子最终输出到CLK时钟引脚。W25Q系列的FLASH最高支持104M的频率。这里设置成5，输出到FLASH的时钟为48M。

Fifo Threshold ：FIFO阈值。这个应该是配合DAM用的。我配成1或者4好像没什么区别，都可以用。

Sample Shifting ：选择这个会在时钟沿的后半周期才采集数据，一般建议选上。

Flash Size ：FLASH大小。FLASH容量的字节数 = 2 的（FlashSize + 1）次方。比如我的FLASH是8M大小的，这里应该配置成22。

Chip Select High Time ：从片选开始到正式传输数据的时间，这个根据FLASH芯片的数据手册来选。应该是下图的 tSLCH

Clock Mode ：选 LOW 对应SPI的模式0（空闲时时钟为低电平，第一个沿采集数据），选 HIGH 对应模式3。W25Q系列支持模式0和3。

最后两个不用管。

4、GPIO设置

按照开发板原理图来选。

但注意，默认的IO口速率是最低，这里一定要调成高速！！！！！

5、生成代码

其他的配置保持默认即可，这里也没用用到中断和DMA。然后生成代码。

QSPI工作机制与HAL库使用说明

1、初始化结构体QSPI_InitTypeDef与句柄结构体QSPI_HandleTypeDef

初始化结构体CubeMX已经帮我们配置好了，如果之前的配置没问题就不需要手动更改。

句柄结构体一般也不需要去看，在后续使用库函数的时候当做输入参数即可。

2、QSPI的命令序列

（下图摘自官方参考手册）

回想一下之前用SPI操作FLASH的场景：

发送写使能命令：拉低片选，发送 0X06，拉高片选。这里的 0X06 就是指令，而后面的地址、交替字节等都略过了。写操作：拉低片选，发送 0X02，发送地址，发送数据，拉高片选。读ID：拉低片选，发送 0X90，等待三个无效字节，接收两字节，拉高片选。这里的三个无效字节，就可以用上面的地址或者交替字节来填补，当然也可以用空周期来填补。

我们对FLASH的操作，就和上面命令序列对应上了。注意，序列的先后顺序是不可以改变的。

3、QSPI_CommandTypeDef结构体

这个结构体是我们使用次数最多的，用来配合库函数发送命令序列。

结构体的成员很多，但大都是用来设置命令序列的。

针对指令阶段的成员：

Instruction：指令码。填写像 0X06 这样的指令码，范围是0到255（一字节长度）。

InstructionMode：指令模式。有无指令、单线、双线、四线这四种选项。其中无指令就是略过指令阶段。单线就是只使用 IO0 发送指令码，八个时钟周期发完。四线就是通过 IO0~IO3 这四根数据线发送指令码，两个时钟周期发完。

QSPI_INSTRUCTION_NONE QSPI_INSTRUCTION_1_LINE QSPI_INSTRUCTION_2_LINESQSPI_INSTRUCTION_4_LINES

针对地址阶段的成员

Address：地址。填写像 0X1234 这样的地址参数，最大长度是四字节。

AddressSize：可选8位、16位、24位和32位长度。根据FLASH芯片来定。

QSPI_ADDRESS_8_BITS QSPI_ADDRESS_16_BITS QSPI_ADDRESS_24_BITSQSPI_ADDRESS_32_BITS

AddressMode：地址模式。和前面的指令模式一样，有四种选择。如果选择 NONE，前面的地址、地址长度成员填写的参数都会被忽略。

针对交替字节的成员

AlternateBytesAlternateBytesSizeAlternateByteMode

都和前面一样，就不多说了，具体参数参考 stm32h7xx_hal_qspi.h 头文件。交替字节可以用来占位，填补 Dummy 字节的位置。

针对空周期的成员

DummyCycles

顾名思义，就是空周期，范围从0到31。但要注意，无论是单线模式还是四线模式，一个空周期都只是对应一个时钟周期（一个上升沿）。

针对数据阶段的成员

DataMode：数据的模式，同前。NbData：数据的长度，从 0 到 0xFFFFFFFF 个字节长度。

这里可能有人会疑惑，那么数据的内容去哪了？无论是发送数据，还是接收数据，数据的内容都是通过库函数来给定的，而非这个结构体。

其他成员

DdrMode：是否使能双边沿采集，也就是时钟的上升下降沿都采集数据。一般都不使能QSPI_DDR_MODE_DISABLEDdrHoldHalfCycle：和上一个相关的。SIOOMode：是否每次传输都发送命令。一般选择是QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD

4、使用HAL_QSPI_Command函数发送写使能命令

void W25Q_WriteEnable(void){QSPI_CommandTypeDef qspi_cmd;qspi_cmd.Instruction = 0x06; qspi_cmd.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;qspi_cmd.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;qspi_cmd.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; qspi_cmd.DataMode = QSPI_DATA_NONE;qspi_cmd.DummyCycles = 0; qspi_cmd.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;qspi_cmd.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;qspi_cmd.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_cmd, 1000);}

我的逻辑分析仪不支持分析四线QSPI，所以只好用单线模式来演示。

注意到：

片选信号是硬件自动帮我们完成的。如果地址、交替字节、数据模式选择了 NONE ，这三个阶段就会被略过。如果空周期选择了0，这个阶段同样会被略过。

5、使用HAL_QSPI_Receive函数读取ID

void W25Q_ReadID(){QSPI_CommandTypeDef qspi_cmd;uint8_t id[8];qspi_cmd.Instruction = 0x90; qspi_cmd.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;qspi_cmd.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;qspi_cmd.Address = 0x0;qspi_cmd.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS; qspi_cmd.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; qspi_cmd.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;qspi_cmd.NbData = 2;qspi_cmd.DummyCycles = 0; qspi_cmd.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;qspi_cmd.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;qspi_cmd.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_cmd, 1000); HAL_QSPI_Receive(&hqspi, id, 1000);HAL_UART_Transmit(&huart1, id, 2, 1000);}

注意到：

Receive 函数要和 Cmd 函数配套使用。接收数组接收到的数据是从数据阶段开始接收的。而不是像SPI那样，从发送的第一个字节开始就开始接收数据了。

6、使用HAL_QSPI_Transmit发送数据

和接收数据一样，不再赘述。

QSPI的三种工作模式

1、间接模式

上面的操作全都属于间接模式：手动配置QSPI_CommandTypeDef结构体，再调用HAL_QSPI_Command、HAL_QSPI_Receive、HAL_QSPI_Transmit函数。

2、状态轮询模式

回想一下，在FLASH经过擦、写操作后，会经历一个忙状态，只有忙状态的标志清除后，才能继续擦、写FLASH。以往我们都是自己写一个 dowhile 循环，不停地读状态寄存器1来等待FLASH的忙状态清除。而状态轮询模式就是用来做这件事的，但我也没研究怎么弄（懒）。

3、内存映射模式

就是将外部的FLASH当成STM32自己内部的FLASH，可以用来跑程序。

注意：该模式下，FLASH只可读不可写，同样也不能进行其他操作，要操作FLASH，首先退出内存映射模式（话说用哪个函数退出？我还没找到）。映射的地址为0X90000000

void Enter_MemoryMappedMode(void){QSPI_CommandTypeDef qspi_cmd;QSPI_MemoryMappedTypeDef qspi_mm;qspi_cmd.Instruction = 0x0B;//读操作的指令码qspi_cmd.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_4_LINES;qspi_cmd.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES;//根据手册的时序图来定qspi_cmd.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;//具体的地址不需要填写，硬件会自动寻址qspi_cmd.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_4_LINES;//根据手册的时序图，发完地址后会有一字节的qspi_cmd.AlternateBytes = 0x0;//Dummy字节，这里用交替字节来填补qspi_cmd.AlternateBytesSize = QSPI_ALTERNATE_BYTES_8_BITS;qspi_cmd.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES;//同样，不需要指定数据长度，硬件会负责qspi_cmd.DummyCycles = 0;qspi_cmd.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;qspi_cmd.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;qspi_cmd.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;qspi_mm.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_ENABLE;//这两个干啥的我也不清楚，但这样写没出错qspi_mm.TimeOutPeriod = 1000;HAL_QSPI_MemoryMapped(&hqspi, &qspi_cmd, &qspi_mm);}

注意：

这里的QSPI_CommandTypeDef结构体必须配置成读数据时的参数，否则进入这个模式后单片机会死机，甚至无法下载程序。不过不用担心，按住复位键在点击下载，然后松开复位键，程序还是能下进去的。亲测，在单线模式下一样可以内存映射，不过没必要。

总结

最后强调几点注意事项：

相关的 GPIO 别忘了设成高速模式W25Q系列的FLASH时钟频率最高支持104M，超频到120M也许问题不大。W25Q系列的FLASH在进入四线模式后，指令、地址、Dummy、数据都会变成四线模式（两个上升沿传输一字节）。W25Q系列的FLASH在重新上电后会恢复为单线模式。进入四线模式后，依然不能跨页写入。继续发挥你的聪明才智吧，或者直接移植别人的代码。

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