一、目的

        前段时间淘了一个STM32H750XBH6_ArtPi开发板，板载两颗华邦的Flash芯片，一颗为W25Q64JV（8Mbytes），通过STM32H750XBH6的QUASDSPI控制用于XIP；一颗为W25Q128JV（16Mbytes）用于数据存储。

        然后W25Q64JV使用Quad SPI方式连接，W25Q128JV使用标准SPI连接。

        本博文基于此开发板从基础介绍STM32 Quad SPI硬件模块。

        参考ST官方Quad SPI使用文档

二、介绍

        STM32系列芯片上的Quad-SPI允许4根数据线用于主机和外部Quad-SPI的存储设备通信。支持传统的SPI也支持双线模式。Quad-SPI使用最多6根线，其中四根线用于数据输入输出。

                 我们开发板上的芯片为STM32H750XBH6，其Quad-SPI支持的SDR（单时钟速率下）最大时钟频率为133MHz, DDR（双时钟速率下）为100MHz；硬件FIFO最大32字节，支持双Flash，即BINK1和BINK2；内存映射模式下最大支持256Mbytes的大小，间接模式下支持4Gbytes空间。

        在内存映射模式下，Quad-SPI接口被映射到AHB总线上，也就是说AHB总线可以直接读取数据（即通过指针直接读取）。

                 Quad-SPI接口提供了一个完全可配置的帧格式，最大包含5个阶段并且每个阶段都可以完全配置（也就是说每个阶段的数据长度和数据线数完全可以独立配置）。

                从上图我们可以看到这五个阶段分别为指令阶段、地址阶段、交替（可选）字节阶段、空指令阶段、数据阶段。

        指令阶段

                 指令阶段可以发送一个字节的数据，通过往寄存器QUADSPI_CCR[7:0]的INSTRUCTION字段写入即可。指令可以通过1/2/4线发送。一般1线的比较常见。

        地址阶段

         地址阶段可以发送1/2/3/4个字节，写入QUADSPI_AR寄存器即可；可以通过1/2/4线发送，通过ADSIZE指定地址字节长度，通过ADMODE指定是否有地址/1线/2线/4线模式。

        交替字节阶段

         通过ABSIZE指定发送的1/2/3/4字节，通过ABMODE指定是否有交替字节、1/2/4线发送。选项字节写入QUADSPI_ABR寄存器。

        空指令阶段

                 通过DCYC[4:0]最大可以设置31个周期。

        数据阶段

                 数据阶段可以配置读写任意字节的数据。通过QUADSPI_DLR设置数据长度，通过QUADSPI_DR寄存器读写数据；在内存映射模式下只能读取数据，其通过QUADSPI FIFO进行读取。

                数据阶段可以1/2/4线发送，也可以没有数据阶段。如果QUADSPI_DLR=0xFFFFFFFF，则数据传输直到字节数等于FSIZE。 

        硬件配置

         双闪存模式

        三种操作模式

        间接模式

                 间接模式用于读写、擦除操作；所有的操作都是通过QUADSPI数据寄存器来执行，可以使用CPU也可以使用中断和DMA；也用于配置Quad-SPI Flash内存。

                传输的数据通过数寄存器和FIFO。

                自动轮询模式也可用于检测Flash内存中的状态寄存器的改变并产生中断，在检查擦除或者编程操作时特别有用。

                状态标志轮询模式

                    用于读取Quad-SPI Flash内存的状态以及用于检测擦除或者编程的完成。开发者可以配置轮询周期以及轮询的掩码和匹配模式（与/或）；当匹配发生时，自动产生中断并且停止。    

         内存映射模式

                用于读操作；将外部Quad-SPI Flash内存看作内部空间，这样任何AHB主设备就可以自动读取；使用内存映射模式，QuadSPI自动管理预取机制，这可以优化外部Flash的读写执行性能 。

                内存映射模式下最大访问大小为256Mbytes，访问地址为0x90000000 - 0x9FFFFFFF；

        不支持直接从外部Quad-SPI Flash启动，但是可以先从内部Flash启动，然后配置QUADSPI为内存映射模式，然后就可以从外部Quad-SPI Flash执行代码。　

         中断描述

         总共有5个中断，分别为超时、状态匹配、FIFO达到阈值、传输完成（传输被终止）、传输错误；使用中断必须使能QUADSPI全局中断。、

        DMA描述

                间接模式下可以DMA读写外部Quad-SPI Flash，内存映射模式下只支持读取。

                在DMA模式下，DMA负责过程控制。

三、实战

        经过上面的讲解，大家应该对QUADSPI已经有了一个大致了解，下面我们通过代码工程来进一步加深理解；本篇我们只讲述轮询方式控制，至于中断和DMA方式的实现，后面再给大家讲解。（要先给大家讲解一下移植FreeRTOS，不然中断或者DMA模式跟轮询的方式效果上将没有大的差别）。

        下面我们来创建一个工程，为了简单我们还是使用STM32CubeMX生成一个Keil MDK工程

        参考《手把手系列--使用STM32CubeMX生成代码工程》

        为方便学习，这边提供的已经准备好的工程给大家下载

        链接：https://pan.baidu.com/s/1G_k7gXvPgc9O-sy3aqGBpw 
        提取码：r2fl

        工程中我们提供了W25Q64JV的驱动源码，下面我们根据源码一一讲解如何使用Quad-SPI。

         关于W25Q64JV的描述请参考《手把手系列--华邦W25Q64JV Flash操作指南》。

        我们就以W25Q64JV的写使能命令为例说明

         首先我们先来看QSPI_CommandTypeDef这个结构体

        Instruction字段设定我们需要发送的指令，当前我们设定为W25Q64JV_WRITE_ENABLE（0x06）;

        Address字段设定我们需要发送的地址（当前指令下不需要发送地址）；

        AlternateBytes字段设定交替字节阶段的数据（当前指令下不需要交替字节）；

        AddressSize字段设定地址阶段的字节数（当前指令下不需要地址）；

        AlternateBytesSize字段设定交替字节阶段的字节数（当前指令下不需要交替字节）；

        DummyCycles字段设定空指令阶段的周期数（当前指令下不需要空指令）；

        InstructionMode字段设定指令的发送方式，即选用1/2/4线进行指令的发送；根据W25Q64JV芯片手册说明，我们应该选用一线，即QSPI_INSTRUCTION_1_LINE；

        AddressMode字段设定地址的发送方式，即选用1/2/4线进行地址的发送（当前指令下不需要发送地址字节）；

        AlternateByteMode字段设定交替字节的发送方式，即选用1/2/4线进行交替字节的发送（当前指令下不需要发送交替字节）；

        DataMode字段设定数据的发送方式，即选用1/2/4线进行交替字节的发送（当前指令下不需要发送数据）；

        NbData字段设定需要发送的数据字节的数量（当前指令下不需要发送数据）；

        DdrMode字段设定使用double date rate，即双数据速率，即一个时钟周期内发送两个bit（当前指令下不需要）；

        当我们设定好结构体相关字段后，我们就可以调用HAL_QSPI_Command接口发送请求，由于这条指令只有发送没有接收，所以我们不需要调用HAL_QSPI_Receive获取数据。

        这其实是Quad-SPI间接模式的使用（即通过STM32 Quad-SPI寄存器来控制W25Q64JV）。

        接下来我们再分析一下这条函数调用

        HAL_QSPI_AutoPolling(&hqspi, &cmd, &conf, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE)

        首先我们需要看下cmd这个变量，我们设定了Instruction为W25Q64JV_STATUS_REG1（读W25Q64JV状态寄存器1的值）；

        我们又定义了一个QSPI_AutoPollingTypeDef类型的变量

        字段Match设定匹配值；

        字段Mask设定需要匹配掩码；

        字段Interval设定状态轮询的周期；

        字段StatusBytesSize设定读取的状态字节数；

        字段MatchMode设定匹配的模式（与、或）；

        字段AutomaticStop设定匹配成功后是否自动停止；

        由于我们需要检测状态寄存器1的bit1位是否为1（WEL位为1）；故我们如下设定：

         这其实是Quad-SPI状态轮询机制的使用。

        QSPI_W25Q64JV_WriteEnable这个接口就是W25Q64JV进行擦除、页编程必须要调用的。

        至于其他接口的实现细节，大家可以阅读源码分析。

        由于要注意的是QSPI_W25Q64JV_Write这个接口实现细节（这个接口会根据当前Flash内部的数据来决定是否需要先进行擦除然后再页编程）。

至此，STM32 Quad-SPI的基础知识基本讲解完毕，后续要继续添加中断和DMA的使用。