在有一些應(yīng)用中，我們可能需要大一些容量的存儲單元，而實(shí)現(xiàn)的形式多種多樣，在這一篇中我們將來討論怎么使用BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的問題。

1、功能概述

??在開始實(shí)現(xiàn)BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的驅(qū)動之前，我們需要先了解一下它的基本情況。

1.1、QSPI接口

??QSPI接口，是QueuedSPI的縮寫。和之前談到的SPI一樣都是出自Motorola。QSPI在SPI基礎(chǔ)上做了一些增強(qiáng)，且向下兼容SPI。QSPI相對SPI最顯著的差異就是增加了發(fā)送接收數(shù)據(jù)隊(duì)列，Queued的稱呼就是這么來的。這樣做的好處就是，無需每次數(shù)據(jù)傳輸都需要CPU參與，可以降低CPU的資源占用。

??QSPI采用6先模式，同樣也可以按Standard SPI、Dual SPI方式工作。我們引用STM32H7上一張QSPI接口與Flash的連接圖來展示其連線方式。

??QSPI接口可以在以下三種模式下工作：間接模式，使用 QSPI 寄存器執(zhí)行全部操作；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）；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。我們在這里考慮BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的驅(qū)動問題其實(shí)就是以間接模式訪問的情況。

1.2、BY25Q基本特點(diǎn)

??BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器支持標(biāo)準(zhǔn)SPI模式、雙線SPI模式、四線SPI模式。其封裝級引腳定義如下：

??這些引腳中，片選信號CS和始終信號SCLK在各種模式下是沒有區(qū)別的。而SO（IO1）引腳在標(biāo)準(zhǔn)SPI模式下用作串行輸出，在雙線模式和四線模式下則是IO1。SI（IO0）引腳在標(biāo)準(zhǔn)SPI模式下用作串行輸入，在雙線模式和四線模式下則是IO0。WP（IO2）引腳在標(biāo)準(zhǔn)和雙線模式下為寫保護(hù)，在四線模式下為IO2。HOLD（IO3）引腳在標(biāo)準(zhǔn)和雙線模式下為HOLD，在四線模式下為IO3。

1.3、操作指令

??BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器在間接訪問模式下，主要有四類指令：配置與狀態(tài)指令、讀指令、ID和安全指令、編程和擦除指令。

配置與狀態(tài)指令，用于配置操作方式及獲取工作狀態(tài)，主要包括使能及狀態(tài)操作，具體指令如下所示：

??讀指令，用于讀取數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)支持在標(biāo)準(zhǔn)模式下、雙線模式下、四線模式下進(jìn)行操作，具體的指令如下所示：

??ID和安全指令，用于讀取或配置一些特定操作，如獲取制造商編號以及設(shè)備編號等，具體的指令如下所示：

??編程和擦除指令，用以實(shí)現(xiàn)對扇區(qū)、塊以及整片的擦除以及指定的區(qū)域的編程等功能，具體的指令如下所示：

??對于BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器，不管是讀寫操作還是其它操作在指令階段都是標(biāo)準(zhǔn)的SPI操作方式。

2、驅(qū)動設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)大致了解了BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器操作方式及指令，接下來我們就來考慮實(shí)現(xiàn)以間接模式訪問它的驅(qū)動問題。

2.1、對象定義

??我們依舊是基于對象的模式來考慮這一問題，所以我們首先需要定義BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的對象類型。我們先來分析一下，作為對象BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器都有哪些必要的屬性和操作。

??先說一說屬性問題，對于BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器對象來說可以標(biāo)識器身份和狀態(tài)的無非是ID和狀態(tài)寄存器，而ID有包括制造商ID、設(shè)備ID、JEDEC ID和uniqueID等，我們可以將其作為對象的屬性以標(biāo)識不同的對象，當(dāng)這些屬性并不是必須的。

??再來看一看操作問題，對于BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器，它的操作指令有很多，但我們通過分析他們的時序不難發(fā)現(xiàn)所有的指令都可歸納為：命令發(fā)送、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收等內(nèi)容。不同的指令包括不同的組合，所以我們只需要將命令發(fā)送、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收作為對象的操作，通過組合就可以實(shí)現(xiàn)全部的操作指令。還有一點(diǎn)需要考慮的是，在寫??數(shù)據(jù)或者擦除是需要等待是否完成，所以我們額外添加一個就緒檢測操作。通過上述分析我們可以定義BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器對象類型如下：

/*定義BY25QXX對象類型 */
typedef struct BY25QObject{
    uint8_t status[3];
    uint8_t mfrID[2];
    uint8_t jedecID[3];
    uint8_t uniqueID[8];

    void (*Write)(BY25QCommandConfigType config,uint8_t *wDatas);   //寫數(shù)據(jù)操作指針
    void (*Read)(BY25QCommandConfigType config,uint8_t *rDatas);    //讀數(shù)據(jù)操作指針
    void (*Command)(BY25QCommandConfigType config);                 //下發(fā)無數(shù)據(jù)操作命令
    void (*Ready)(void);                                            //檢查Flash是否處于BUSY

}BY25QObjectType;

??定義了對象類型后，我們便可以基于它得到對象變量，但對象變量必須實(shí)例化才可使用，我們我們來考慮BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器對象的初始化問題。

/*實(shí)現(xiàn)BY25Q初始化配置*/
void BY25QInitialization(BY25QObjectType *by250q,   /*BY250Q存儲器對象*/
                         BY25QWriteType write,      /*寫函數(shù)指針*/
                         BY25QReadType read,        /*讀函數(shù)指針*/
                         BY25QCommandType command,  /*命令下發(fā)函數(shù)指針*/
                         BY25QReadyType ready       /*就緒檢測函數(shù)指針*/
                         )
{
    if((by250q==NULL)||(write==NULL)||(read==NULL)||(command==NULL)||(ready==NULL))
    {
        return;
    }

    by250q->Write=write;
    by250q->Read=read;
    by250q->Command=command;
    by250q->Ready=ready;

    GetBy25qxxID(by250q);
    ReadStatusRegister(by250q);
}

??在這一初始化函數(shù)中，我們主要是配置了用于讀寫操作的函數(shù)指針，并讀取了設(shè)備的各類ID以及狀態(tài)寄存器的值。如果有其他需要在初始化是完成的工作也可以在此函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。

2.2、對象操作

??我們得到了對象類型，而且也可以為對象變量實(shí)現(xiàn)初始化配置。接下來我們看一看對象需要實(shí)現(xiàn)哪些操作。由于BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的操作指令有很多，我們這里只是先幾個必要的操作函數(shù)。

2.2.1、寫使能

??寫使能操作需要在寫入數(shù)據(jù)之前完成，不僅是寫存儲區(qū)域是需要操作，在寫寄存器之前也需要先進(jìn)行此操作。該操作只有一個0x06指令寫入，存儲器就會自己完成相應(yīng)操作，并反應(yīng)到狀態(tài)寄存器上。其操作時序圖如下：

??此操作只占用標(biāo)準(zhǔn)SPI接口，事實(shí)上全部的命令都是如此。根據(jù)前述的描述及時序圖，我們可以編寫“寫使能”的操作函數(shù)如下：

/* 寫使能 */
static void WriteEnable(BY25QObjectType *by250q)
{
    BY25QCommandConfigType config;

    config.Instruction=WRITE_ENABLE;    // 寫使能指令0x06
    config.DummyCycles=0;       // 空指令周期數(shù)
    config.AddressMode=0;
    config.Address=0;
    config.DataMode=0;
    config.NbData=0;

    by250q->Command(config);
}

2.2.2、讀取數(shù)據(jù)

??從BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器讀取數(shù)據(jù)是必不可少的操作，而且有多個操作指令，這里我們實(shí)現(xiàn)Quad快速讀指令。讀取數(shù)據(jù)時，發(fā)送指令和地址都使用單線操作，獲取數(shù)據(jù)則使用四線操作。其時序圖如下：

??根據(jù)前述的描述及時序圖，我們可以編寫“讀取數(shù)據(jù)”的操作函數(shù)如下：

/*讀取數(shù)據(jù)*/
static void QuadFastRead(BY25QObjectType *by250q,uint32_t readAddress,uint8_t *readBuffer,uint32_t readSize)
{
    BY25QCommandConfigType config;

    config.Instruction=0xEB;    // 讀ID指令0xEB
    config.DummyCycles=6;       // 空指令周期數(shù)
    config.AddressMode=3;
    config.Address=readAddress;
    config.DataMode=3;
    config.NbData=readSize;

    by250q->Read(config,readBuffer);
}

2.2.3、擦除數(shù)據(jù)

??擦除和編程就其本質(zhì)是一樣的。對于BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器，其擦除指令有扇區(qū)擦除、塊擦除和整片擦除四種，我們這里實(shí)現(xiàn)常用的扇區(qū)擦除。只需要發(fā)送擦除指令和扇區(qū)首地址即可。其操作時序圖如下：

??根據(jù)前述的描述及時序圖，我們可以編寫“擦除數(shù)據(jù)”的操作函數(shù)如下：

/*擦除指定的扇區(qū)，扇區(qū)大小4KB*/
static void SectorErase(BY25QObjectType *by250q,uint32_t eraseAddress)
{
	BY25QCommandConfigType config;

    config.Instruction=0x20;    // 讀ID指令0x90
    config.DummyCycles=0;       // 空指令周期數(shù)
    config.AddressMode=1;
    config.Address=eraseAddress;
    config.DataMode=0;
    config.NbData=0;

    by250q->Command(config);
}

2.2.4、編程數(shù)據(jù)

??向存儲器中寫數(shù)據(jù)又稱之為編程數(shù)據(jù)，而BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器有三種編程指令：頁編程、Quad頁編程以及快速頁編程。這里我們實(shí)現(xiàn)Quad頁編程。在編程時，發(fā)送指令和地址采用單線模式，發(fā)送數(shù)據(jù)則采用四線模式。其指令操作時序圖如下：

??根據(jù)前述的描述及時序圖，我們可以編寫“編程數(shù)據(jù)”的操作函數(shù)如下：

/*寫數(shù)據(jù)*/
static void QuadPageProgram(BY25QObjectType *by250q,uint32_t writeAddress,uint8_t *writeBuffer,uint32_t writeSize)
{
    BY25QCommandConfigType config;

    config.Instruction=0x32;    // 讀ID指令0x32
    config.DummyCycles=0;       // 空指令周期數(shù)
    config.AddressMode=1;
    config.Address=writeAddress;
    config.DataMode=3;
    config.NbData=writeSize;

    by250q->Write(config,writeBuffer);
}

3、驅(qū)動的使用

??前述我們已經(jīng)完成了BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器驅(qū)動的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。接下來我們需要具體使用這一驅(qū)動程序來操作BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器，以便驗(yàn)證驅(qū)動程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對象

??我們先聲明一個BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器對象變量，然后的操作都是基于這一對象變量來進(jìn)行的。

BY25QObjectType by250q;

??如我們前面所述，對象變量必須要初始化才能使用。所以我們先來使用前面定義的初始化函數(shù)BY25QInitialization對這個對象變量進(jìn)行初始化。這個初始化函數(shù)擁有多個輸入變量如下：

BY25QObjectType *by250q,   /*BY250Q存儲器對象*/
BY25QWriteType write,      /*寫函數(shù)指針*/
BY25QReadType read,        /*讀函數(shù)指針*/
BY25QCommandType command,  /*命令下發(fā)函數(shù)指針*/
BY25QReadyType ready       /*就緒檢測函數(shù)指針*/

??在這些參數(shù)中，第一個參數(shù)就是我們要初始化的隊(duì)形變量。后面的4個參數(shù)則是需要定義的操作函數(shù)指針。與具體的應(yīng)用有關(guān)，需要我們在特定的應(yīng)用場景中定義并作為參數(shù)傳遞給對象變量初始化函數(shù)。在這里，我們使用的是STM32H750的硬件平臺和ST的HAL庫函數(shù)，具體的實(shí)現(xiàn)如下：

/*讀操作*/
static void ReadActionForBY25Q(BY25QCommandConfigType config,uint8_t *readBuffer)
{
    QSPI_CommandTypeDef sCommand;
    uint32_t addressMode[4]={QSPI_ADDRESS_NONE,QSPI_ADDRESS_1_LINE,QSPI_ADDRESS_2_LINES,QSPI_ADDRESS_4_LINES};
    uint32_t dataMode[4]={QSPI_DATA_NONE,QSPI_DATA_1_LINE,QSPI_DATA_2_LINES,QSPI_DATA_4_LINES};

    sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    sCommand.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

    sCommand.Instruction = config.Instruction;
    sCommand.DummyCycles= config.DummyCycles;
    sCommand.AddressMode = addressMode[config.AddressMode];
    sCommand.Address     = config.Address;
    sCommand.DataMode    = dataMode[config.DataMode];
    sCommand.NbData = config.NbData;

    if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &sCommand,HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    if (HAL_QSPI_Receive(&hqspi, readBuffer,HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/*寫操作*/
static void WriteActionForBY25Q(BY25QCommandConfigType config,uint8_t *writeBuffer)
{
     QSPI_CommandTypeDef sCommand;
    uint32_t addressMode[4]={QSPI_ADDRESS_NONE,QSPI_ADDRESS_1_LINE,QSPI_ADDRESS_2_LINES,QSPI_ADDRESS_4_LINES};
    uint32_t dataMode[4]={QSPI_DATA_NONE,QSPI_DATA_1_LINE,QSPI_DATA_2_LINES,QSPI_DATA_4_LINES};

    sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    sCommand.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

    sCommand.Instruction = config.Instruction;
    sCommand.DummyCycles= config.DummyCycles;
    sCommand.AddressMode = addressMode[config.AddressMode];
    sCommand.Address     = config.Address;
    sCommand.DataMode    = dataMode[config.DataMode];
    sCommand.NbData = config.NbData;

    if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &sCommand,HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    if (HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, writeBuffer,HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/*配置命令*/
static void ConfigCommandForBY25Q(BY25QCommandConfigType config)
{
    QSPI_CommandTypeDef sCommand;
    uint32_t addressMode[4]={QSPI_ADDRESS_NONE,QSPI_ADDRESS_1_LINE,QSPI_ADDRESS_2_LINES,QSPI_ADDRESS_4_LINES};
    uint32_t dataMode[4]={QSPI_DATA_NONE,QSPI_DATA_1_LINE,QSPI_DATA_2_LINES,QSPI_DATA_4_LINES};

    sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    sCommand.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

    sCommand.Instruction = config.Instruction;
    sCommand.DummyCycles= config.DummyCycles;
    sCommand.AddressMode = addressMode[config.AddressMode];
    sCommand.Address     = config.Address;
    sCommand.DataMode    = dataMode[config.DataMode];
    sCommand.NbData = config.NbData;

    if (HAL_QSPI_Command(&hqspi, &sCommand,HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/* 檢測存儲器是否就緒 */
static void QSPI_AutoPollingMemReady(void)
{
    QSPI_CommandTypeDef     sCommand;
    QSPI_AutoPollingTypeDef sConfig;

    /* Configure automatic polling mode to wait for memory ready ------ */  
    sCommand.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    sCommand.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    sCommand.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    sCommand.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    sCommand.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    sCommand.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

    sCommand.Instruction       = 0x05;
    sCommand.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_NONE;
    sCommand.DataMode          = QSPI_DATA_1_LINE;
    sCommand.DummyCycles       = 0;

    sConfig.Match           = 0x00;
    sConfig.Mask            = 0x01;
    sConfig.MatchMode       = QSPI_MATCH_MODE_AND;
    sConfig.StatusBytesSize = 1;
    sConfig.Interval        = 0x10;
    sConfig.AutomaticStop   = QSPI_AUTOMATIC_STOP_ENABLE;

    if (HAL_QSPI_AutoPolling(&hqspi, &sCommand, &sConfig, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

??有了這些參數(shù)后，我們就可以使用這些參數(shù)來初始化BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器的對象變量了。

/*實(shí)現(xiàn)BY25Q初始化配置*/
BY25QInitialization(&by250q,   /*BY250Q存儲器對象*/
                 WriteActionForBY25Q,      /*寫函數(shù)指針*/
                 ReadActionForBY25Q,        /*讀函數(shù)指針*/
                 ConfigCommandForBY25Q,  /*命令下發(fā)函數(shù)指針*/
                 QSPI_AutoPollingMemReady   /*就緒檢測函數(shù)指針*/
                 );

3.2、基于對象進(jìn)行操作

??我們設(shè)計(jì)這樣一個操作場景，我們更具一個變量的值來讀寫B(tài)Y25QXXX系列NOR FLASH存儲器。當(dāng)我們?yōu)橹付ǖ淖兞抠x值為1時，我們從指定的地址讀取一定數(shù)量的數(shù)據(jù)出來，并復(fù)位變量。當(dāng)我們?yōu)橹付ǖ淖兞抠x值為2時，我們擦除指定的地址所在的扇區(qū)，然后在指定地址寫入一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，并復(fù)位變量。

/*程序存儲器測試*/
void FlashOperation(void)
{
    switch(swBY25Q)
    {
    case 1:
        {
            ReadDataFromBy25q(&by250q,QSPI_MEM_ADDRESS,readBuffer,READ_LENGTH);

            swBY25Q=0;
            break;
        }
    case 2:
        {
            pTimes++;
            for(int i=0;iq(&by250q,QSPI_MEM_ADDRESS);

            WriteDataToBy25q(&by250q,QSPI_MEM_ADDRESS,writeBuffer,256);
            WriteDataToBy25q(&by250q,QSPI_MEM_ADDRESS+256,&writeBuffer[256],WRITE_LENGTH-256);

            swBY25Q=0;
            break;
        }
    default:
        {
            swBY25Q=0;
            break;
        }

    }
}

??我們同過在先修改變量swBY25Q的值，先修改為2以寫入100個字節(jié)的數(shù)據(jù)；然后將變量賦值為1以讀取先前寫入的100個數(shù)據(jù)用以驗(yàn)證是否正確。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，寫入的數(shù)據(jù)和讀出的數(shù)據(jù)是完全一致的，說明的們設(shè)計(jì)的驅(qū)動程序是正確的。

4、應(yīng)用總結(jié)

??在這一篇中，我們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器在間接操作模式下的驅(qū)動程序。后續(xù)我們也同過簡單的讀寫操作實(shí)例驗(yàn)證了驅(qū)動成需的正確性。至此，BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)工作就完成了。

??在使用BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器驅(qū)動程序時需要注意，狀態(tài)寄存的QE位非常重要。在使用Quad SPI時，該位必須置“1”，否則以Quad SPI模式寫數(shù)據(jù)是不會成功的。而在SPI和Dual SPI方式時，該位最好置“0”，這樣WP和HOLD操作才能有效。

??在使用BY25QXXX系列NOR FLASH存儲器驅(qū)動程序時需要注意，在使用QSPI接口時，需要盡可能將對應(yīng)的GPIO速度配置的快一點(diǎn)，否則可能會不能操作。