第23章

QSPI——讀寫外部FLASH

我們在上一章中已經學習過關于SPI協議的通訊實驗，在本章我們將繼續學習關于SPI協議的另一個分支——QSPI。

23.1

QSPI協議簡介

QSPI是Queued SPI的簡寫，是Motorola公司推出的SPI接口的擴展，比SPI應用更加廣泛。在SPI協議的基礎上，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議（即QSPI協議）。QSPI是一種專用的通信接口，連接單、雙或四（條數據線）SPIFlash存儲介質。

該接口可以在以下三種模式下工作：

1. 間接模式：使用QSPI寄存器執行全部操作；

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

3. 內存映射模式：外部Flash映射到微控制器地址空間，從而系統將其視作內部存儲器。

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應用更加廣泛。

在SPI協議的基礎上，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議（即QSPI協議）。

使用該接口，用戶可以一次性傳輸包含多達16個8位或16位數據的傳輸隊列。一旦傳輸啟動，直到傳輸結束，都不需要CPU干預，極大的提高了傳輸效率。該協議在ColdFire系列MCU得到廣泛應用。

23.1.1

QSPI功能框圖

QSPI是一個內存控制器，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，分別是四個數據線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線被拉高作為結束信號。

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

（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、空指令和數據這五個階段，任一階段均可跳過，但至少要包含指令、地址、交替字節或數據階段之一。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內存映射模式

外部QSPI設備空間映射到內部空間如圖所示：

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置的區域的地址范圍決定。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據。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布到串行閃存。