第23章

QSPI——讀寫外部FLASH

我們在上一章中已經(jīng)學(xué)習(xí)過關(guān)于SPI協(xié)議的通訊實驗，在本章我們將繼續(xù)學(xué)習(xí)關(guān)于SPI協(xié)議的另一個分支——QSPI。

23.1

QSPI協(xié)議簡介

QSPI是Queued SPI的簡寫，是Motorola公司推出的SPI接口的擴展，比SPI應(yīng)用更加廣泛。在SPI協(xié)議的基礎(chǔ)上，Motorola公司對其功能進行了增強，增加了隊列傳輸機制，推出了隊列串行外圍接口協(xié)議（即QSPI協(xié)議）。QSPI是一種專用的通信接口，連接單、雙或四（條數(shù)據(jù)線）SPIFlash存儲介質(zhì)。

該接口可以在以下三種模式下工作：

1. 間接模式：使用QSPI寄存器執(zhí)行全部操作；

2. 狀態(tài)輪詢模式：周期性讀取外部Flash狀態(tài)寄存器，而且標(biāo)志位置1時會產(chǎn)生中斷（如擦除或燒寫完成，會產(chǎn)生中斷）；

3. 內(nèi)存映射模式：外部Flash映射到微控制器地址空間，從而系統(tǒng)將其視作內(nèi)部存儲器。

采用雙閃存模式時，將同時訪問兩個Quad-SPI Flash，吞吐量和容量均可提高二倍。

QSPI是Quad SPI的簡寫，表示6線SPI，是Motorola公司推出的SPI接口的擴展，比SPI應(yīng)用更加廣泛。

在SPI協(xié)議的基礎(chǔ)上，Motorola公司對其功能進行了增強，增加了隊列傳輸機制，推出了隊列串行外圍接口協(xié)議（即QSPI協(xié)議）。

使用該接口，用戶可以一次性傳輸包含多達16個8位或16位數(shù)據(jù)的傳輸隊列。一旦傳輸啟動，直到傳輸結(jié)束，都不需要CPU干預(yù)，極大的提高了傳輸效率。該協(xié)議在ColdFire系列MCU得到廣泛應(yīng)用。

23.1.1

QSPI功能框圖

QSPI是一個內(nèi)存控制器，用于連接具有SPI兼容接口的串行ROM（非易失性存儲器，如串行閃存、串行EEPROM或串行FeRAM）。

注

QSPI常用的寄存器有通信端口寄存器（SFMCOM）以及通信方式控制寄存器（SFMCMD）

23.1.2

QSPI引腳的定義

我們的開發(fā)板采用的是雙閃存禁止的模式連接單片QSPI Flash。QSPI使用6個信號連接Flash，分別是四個數(shù)據(jù)線QIO0~QIO3，一個時鐘輸出CLK，一個片選輸出（低電平有效）QSSL，它們的作用介紹如下：

（1）QSSL：片選輸出（低電平有效），適用于FLASH1。如果QSPI始終在雙閃存模式下工作，則其也可用于FLASH2從設(shè)備選擇信號線。QSPI通訊以QSSL線置低電平為開始信號，以QSSL線被拉高作為結(jié)束信號。

（2）CLK：時鐘輸出，適用于兩個存儲器，用于通訊數(shù)據(jù)同步。它由通訊主機產(chǎn)生，決定了通訊的速率，不同的設(shè)備支持的最高時鐘頻率不一樣，兩個設(shè)備之間通訊時，通訊速率受限于低速設(shè)備。

（3）QIO0：在雙線/四線模式中為雙向IO，單線模式中為串行輸出，適用于FLASH1。

（4）QIO1：在雙線/四線模式中為雙向IO，單線模式中為串行輸入，適用于FLASH1。

（5）QIO2：在四線模式中為雙向IO，適用于FLASH1。

（6）QIO3：在四線模式中為雙向IO，適用于FLASH1。

23.1.3

QSPI命令序列

QUADSPI通過命令與Flash通信每條命令包括指令、地址、交替字節(jié)、空指令和數(shù)據(jù)這五個階段，任一階段均可跳過，但至少要包含指令、地址、交替字節(jié)或數(shù)據(jù)階段之一。nCS在每條指令開始前下降，在每條指令完成后再次上升。先看看QSPI四線模式下的讀命令時序，見下圖。

23.1.4

QSPI內(nèi)存映射模式

外部QSPI設(shè)備空間映射到內(nèi)部空間如圖所示：

外部總線的空間

串行閃存和控制寄存器在地址空間上的位置由配置中設(shè)置的區(qū)域的地址范圍決定。SPI空間具有32位地址寬度，用于引用串行閃存。當(dāng)訪問SPI空間進行讀取時，將自動啟動SPI總線周期，并返回從串行閃存中讀取的數(shù)據(jù)。SPI空間的地址寬度固定為32位。

然而，SPI總線的地址寬度在地址模式控制寄存器（SFMSAC）寄存器的SFMAS[1:0]位中可選擇為8、16、24或32位。如果選擇8、16或24位作為SPI總線的地址寬度，則只有用于訪問SPI空間的地址的較低部分被發(fā)布到串行閃存。