stm32之外部flash下载算法

c10638915142024-09-05 10:04

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下载算法下载到芯片的核心思想

通过MDK创建一批与地址信息无关的函数，实现的功能主要有初始化，擦除，编程，读取，校验等，然后MDK调试下载阶段，会将算法文件加载到芯片的内部RAM里面（加载地址可以通过MDK设置），然后MDK通过与这个算法文件的交互，实现程序下载，调试阶段数据读取等操作。

算法程序中擦除操作执行流程

擦除操作大致流程：

  • 加载算法到芯片RAM。
  • 执行初始化函数Init。
  • 执行擦除操作，根据用户的MDK配置，这里可以选择整个芯片擦除或者扇区擦除。
  • 执行Uinit函数。
  • 操作完毕。

算法程序中编程操作执行流程

编程操作大致流程：

  • 针对MDK生成的axf可执行文件做Init初始化，这个axf文件是指的大家自己创建应用程序生成的。
  • 查看Flash算法是否在FLM文件。如果没有在，操作失败。如果在：
    • 加载算法到RAM。
    • 执行Init函数。
    • 加载用户到RAM缓冲。
    • 执行Program Page页编程函数。
    • 执行Uninit函数。
  • 操作完毕

算法程序中校验操作执行流程

校验操作大致流程：

  • 校验要用到MDK生成的axf可执行文件。校验就是axf文件中下载到芯片的程序和实际下载的程序读出来做比较。

  • 查看Flash算法是否在FLM文件。如果没有在，操作失败。如果在：

    • 加载算法到RAM。

    • 执行Init函数。

    • 查看校验算法是否存在

    • 如果有，加载应用程序到RAM并执行校验。

    • 如果没有，计算CRC，将芯片中读取出来的数据和RAM中加载应用计算输出的CRC值做比较。

    • 执行Uninit函数。

    • 替换BKPT（BreakPoint断点指令）为 B. 死循环指令。

    • 执行RecoverySupportStop，恢复支持停止。

    • 执行DebugCoreStop，调试内核停止。

  • 运行应用：

    • 执行失败。
    • 执行成功，再执行硬件复位。

  • 操作完毕，停止调试端口

创建MDK下载算法通用流程

第1步，使用MDK提供好的程序模板

位于路径： D:\Users\daiver\AppData\Local\Arm\Packs\Keil\STM32H7xx_DFP\2.8.0_bak_0\CMSIS\Flash\STM32H747I_eval_QSPI

D:\Users\daiver\AppData\Local\Arm\Packs\ARM\CMSIS\5.7.0\Device_Template_Flash

第2步，修改工程名

MDK提供的工程模板原始名字是NewDevice.uvprojx，大家可以根据自己的需要做修改。比如修改为MyDevice.uvprojx。

第3步，修改使用的器件

在MDK的Option选项里面设置使用的器件。

第4步，修改输出算法文件的名字

这个名字是方便用户查看的，比如设置为daiver_h7，那么输出的算法文件就是daiver_h7.flm。

第5步，修改编程算法文件FlashPrg.c

第6步，修改配置文件FlashDev.c

模板工程里面提供简单的配置说明：

第7步，保证生成的算法文件中RO和RW段的独立性，即与地址无关

C和汇编的配置都勾选上：

如果程序的所有只读段都与位置无关，则该程序为只读位置无关（ROPI, Read-only position independence）。ROPI段通常是位置无关代码（PIC,position-independent code），但可以是只读数据，也可以是PIC和只读数据的组合。选择" ROPI"选项，可以避免用户不得不将代码加载到内存中的特定位置。这对于以下例程特别有用：

（1）加载以响应运行事件。

（2）在不同情况下使用其他例程的不同组合加载到内存中。

（3）在执行期间映射到不同的地址。

使用Read-Write position independence同理，表示的可读可写数据段。

第8步，将程序可执行文件axf修改为flm格式

第9步，分散加载设置

--diag_suppress L6305用于屏蔽L6503类型警告信息。

设置了分散加载后，此处的配置就不再起作用了：

QSPI Flash的MDK下载算法制作

第1步，制作前重要提示

这两点非常重要：

  • 程序里面不要开启任何中断，全部查询方式。
  • HAL库里面各种时间基准相关的API全部处理掉。简单省事些，我们这里是直接注释，采用死等即可。无需做超时等待，因为超时后，已经意味着操作失败了，跟死等没有区别。

第2步，准备一个工程模板

第3步，修改HAL库

这一步比较重要，主要修改了以下三个文件：

第4步，时钟初始化

已经用不到滴答定时器了，直接在bsp.c文件里面对滴答初始化函数做重定向：

然后就是HSE外置晶振的配置，大家根据自己的板子实际外挂晶振大小，修改stm32h7xx_hal_conf.h文件中HSE_VALUE大小，实际晶振多大，这里就修改为多大：

#if !defined  (HSE_VALUE) 
#define HSE_VALUE    ((uint32_t)8000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#endif /* HSE_VALUE */

最后修改PLL：

第5步，配置文件FlashDev.c的实现

配置如下：

struct FlashDevice const FlashDevice  =  {
    FLASH_DRV_VERS,                   /* 驱动版本，勿修改，这个是MDK定的 */
    H7x_BNANK2_QSPI_W25Q256",   /* 算法名，添加算法到MDK安装目录会显示此名字 */
    EXTSPI,                           /* 设备类型 */
    0x90000000,                       /* Flash起始地址 */
    32 * 1024 * 1024,                 /* Flash大小，32MB */
    4 * 1024,                         /* 编程页大小 */
    0,                                /* 保留，必须为0 */
    0xFF,                             /* 擦除后的数值 */
    1000,                             /* 页编程等待时间 */
    6000,                             /* 扇区擦除等待时间 */
    64 * 1024, 0x000000,              /* 扇区大小，扇区地址 */
    SECTOR_END    
};

第6步，编程文件FlashPrg.c的实现

初始化函数Init

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: Init
*    功能说明: Flash编程初始化
*    形    参: adr Flash基地址，芯片首地址。
*             clk 时钟频率
*             fnc 函数代码，1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify
*    返 回 值: 0 表示成功， 1表示失败
*********************************************************************************************************
*/
int Init (unsigned long adr, unsigned long clk, unsigned long fnc) 
{
    int result = 0;
 
    /* 系统初始化 */
    SystemInit(); 
 
    /* 时钟初始化 */
    result = SystemClock_Config();
    if (result  != 0)
    {
        return 1;        
    }
 
    /* W25Q256初始化 */
    result = bsp_InitQSPI_W25Q256();
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    /* 内存映射 */    
    result = QSPI_MemoryMapped(); 
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
 
    return 0;
}

初始化完毕后将其设置为内存映射模式。

复位初始化函数Uinit

擦除，编程和校验函数后都会调用此函数。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: UnInit
*    功能说明: 复位初始化
*    形    参: fnc 函数代码，1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify
*    返 回 值: 0 表示成功， 1表示失败
*********************************************************************************************************
*/
int UnInit (unsigned long fnc) 
{ 
    int result = 0;
 
    /* W25Q256初始化 */
    result = bsp_InitQSPI_W25Q256();
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    /* 内存映射 */    
    result = QSPI_MemoryMapped(); 
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    return (0);
}

复位初始化这里，直接将其设置为内存映射模式。

整个芯片擦除函数EraseChip

如果大家配置勾选了MDK Option选项中此处的配置，会调用的整个芯片擦除：

实际应用中不推荐大家勾选这里，因为整个芯片擦除太耽误时间，比如32MB QSPI Flash整个芯片擦除需要300秒左右。

另外，如果大家的算法工程里面没有添加此函数，MDK会调用扇区擦除函数来实现，直到所有扇区擦除完毕。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: UnInit
*    功能说明: 复位初始化
*    形    参: fnc 函数代码，1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify
*    返 回 值: 0 表示成功， 1表示失败
*********************************************************************************************************
*/
int UnInit (unsigned long fnc) 
{ 
    int result = 0;
 
    /* W25Q256初始化 */
    result = bsp_InitQSPI_W25Q256();
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    /* 内存映射 */    
    result = QSPI_MemoryMapped(); 
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    return (0);
}

扇区擦除函数EraseSector

如果大家配置勾选了MDK Option选项中此处的配置，会调用扇区擦除：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: EraseSector
*    功能说明: 扇区擦除
*    形    参: adr 擦除地址
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int EraseSector (unsigned long adr) 
{    
    int result = 0;
 
    /* 地址要在操作的芯片范围内 */
    if (adr < QSPI_FLASH_MEM_ADDR || adr >= QSPI_FLASH_MEM_ADDR + QSPI_FLASH_SIZES)
    {
        return 1;
    }
    
    adr -= QSPI_FLASH_MEM_ADDR;
    
    /* W25Q256初始化 */
    result = bsp_InitQSPI_W25Q256();
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    /* 扇区擦除 */
    result = QSPI_EraseSector(adr);  
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }    
 
    /* 内存映射 */    
    result = QSPI_MemoryMapped(); 
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    return 0;   
}

这里要注意两点：

（1） 程序里面的操作adr -= QSPI_FLASH_MEM_ADDR，实际传递进来的地址是带了首地址的，即0x90000000。

（2） 这里执行的擦除大小要前面FlashDev.c文件中配置的扇区大小一致，这里是执行的64KB为扇区进行擦除。

页编程函数ProgramPage

页编程函数实现如下：

bash 复制代码 
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: ProgramPage
*    功能说明: 页编程
*    形    参: adr 页起始地址
*             sz  页大小
*             buf 要写入的数据地址
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int ProgramPage (unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf) 
{
    int size;
    int result = 0;
 
    /* 地址要在操作的芯片范围内 */    
    if (adr < QSPI_FLASH_MEM_ADDR || adr >= QSPI_FLASH_MEM_ADDR + QSPI_FLASH_SIZES)
    {
        return 1;
    }
   
    /* W25Q256初始化 */
    result = bsp_InitQSPI_W25Q256();
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
        
    adr -= QSPI_FLASH_MEM_ADDR;
    size =  sz;
    
    /* 页编程 */
    while(size > 0)
    {
        if (QSPI_WriteBuffer(buf, adr, 256) == 1)
        {
            QSPI_MemoryMapped(); 
            
            return 1;   
        }
        size -= 256;
        adr += 256;
        buf += 256;
    }
    
    /* 内存映射 */    
    result = QSPI_MemoryMapped(); 
    if (result != 0)
    {
        return 1;
    }
    
    return (0);                      
}

这里注意两点：

（1） W25Q256的页大小是256字节，前面FlashDev.c中将页编程大小设置为4096字节，所以此程序要做处理。

（2） 程序里面的操作adr -= QSPI_FLASH_MEM_ADDR，实际传递进来的地址是带了首地址的，即0x90000000。

读取和校验函数

我们程序中未做读取和校验函数。

（1） 如果程序中未做读取函数，那么MDK会以总线方式进行读取，这也是为什么每个函数执行完毕都设置为内存映射模式的原因。

（2） 如果程序中未做校验函数，那么MDK会读取数据做CRC校验。

第7步，修改QSPI Flash驱动文件（引脚，命令等）

最后一步就是QSPI Flash（W25Q256）的驱动修改，大家可以根据自己的需求做修改。使用的引脚定义在文件bsp_qspi_w25q256.c（做了条件编译，包含了H7-TOOL和STM32-V7板子）：

/*

STM32-V7开发板接线

PG6/QUADSPI_BK1_NCS     AF10
PF10/QUADSPI_CLK        AF9
PF8/QUADSPI_BK1_IO0     AF10
PF9/QUADSPI_BK1_IO1     AF10
PF7/QUADSPI_BK1_IO2     AF9
PF6/QUADSPI_BK1_IO3     AF9

W25Q256JV有512块，每块有16个扇区，每个扇区Sector有16页，每页有256字节，共计32MB
bash 复制代码 
    H7-TOOL开发板接线
 
    PG6/QUADSPI_BK1_NCS     AF10
    PB2/QUADSPI_CLK         AF9
    PD11/QUADSPI_BK1_IO0    AF10
    PD12/QUADSPI_BK1_IO1    AF10
    PF7/QUADSPI_BK1_IO2     AF9
    PD13/QUADSPI_BK1_IO3    AF9
*/
 
/* QSPI引脚和时钟相关配置宏定义 */
#if 0
#define QSPI_CLK_ENABLE()               __HAL_RCC_QSPI_CLK_ENABLE()
#define QSPI_CLK_DISABLE()              __HAL_RCC_QSPI_CLK_DISABLE()
#define QSPI_CS_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE()
#define QSPI_CLK_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()
 
#define QSPI_MDMA_CLK_ENABLE()          __HAL_RCC_MDMA_CLK_ENABLE()
#define QSPI_FORCE_RESET()              __HAL_RCC_QSPI_FORCE_RESET()
#define QSPI_RELEASE_RESET()            __HAL_RCC_QSPI_RELEASE_RESET()
 
#define QSPI_CS_PIN                     GPIO_PIN_6
#define QSPI_CS_GPIO_PORT               GPIOG
#define QSPI_CS_GPIO_AF                 GPIO_AF10_QUADSPI
 
#define QSPI_CLK_PIN                    GPIO_PIN_2
#define QSPI_CLK_GPIO_PORT              GPIOB
#define QSPI_CLK_GPIO_AF                GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D0_PIN                 GPIO_PIN_11
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_PORT           GPIOD
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D1_PIN                 GPIO_PIN_12
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_PORT           GPIOD
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D2_PIN                 GPIO_PIN_7
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_PORT           GPIOF
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D3_PIN                 GPIO_PIN_13
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_PORT           GPIOD
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
#else
#define QSPI_CLK_ENABLE()               __HAL_RCC_QSPI_CLK_ENABLE()
#define QSPI_CLK_DISABLE()              __HAL_RCC_QSPI_CLK_DISABLE()
#define QSPI_CS_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE()
#define QSPI_CLK_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_CLK_ENABLE()   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE()
 
#define QSPI_MDMA_CLK_ENABLE()          __HAL_RCC_MDMA_CLK_ENABLE()
#define QSPI_FORCE_RESET()              __HAL_RCC_QSPI_FORCE_RESET()
#define QSPI_RELEASE_RESET()            __HAL_RCC_QSPI_RELEASE_RESET()
 
#define QSPI_CS_PIN                     GPIO_PIN_6
#define QSPI_CS_GPIO_PORT               GPIOG
#define QSPI_CS_GPIO_AF                 GPIO_AF10_QUADSPI
 
#define QSPI_CLK_PIN                    GPIO_PIN_10
#define QSPI_CLK_GPIO_PORT              GPIOF
#define QSPI_CLK_GPIO_AF                GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D0_PIN                 GPIO_PIN_8
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_PORT           GPIOF
#define QSPI_BK1_D0_GPIO_AF             GPIO_AF10_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D1_PIN                 GPIO_PIN_9
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_PORT           GPIOF
#define QSPI_BK1_D1_GPIO_AF             GPIO_AF10_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D2_PIN                 GPIO_PIN_7
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_PORT           GPIOF
#define QSPI_BK1_D2_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
 
#define QSPI_BK1_D3_PIN                 GPIO_PIN_6
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_PORT           GPIOF
#define QSPI_BK1_D3_GPIO_AF             GPIO_AF9_QUADSPI
#endif

硬件设置了之后，剩下就是QSPI Flash相关的几个配置，在文件bsp_qspi_w25q256.h：

主要是下面这几个：

bash 复制代码 
#define QSPI_FLASH_MEM_ADDR         0x90000000
 
/* W25Q256JV基本信息 */
#define QSPI_FLASH_SIZE     25                      /* Flash大小，2^25 = 32MB*/
#define QSPI_SECTOR_SIZE    (4 * 1024)              /* 扇区大小，4KB */
#define QSPI_PAGE_SIZE      256                     /* 页大小，256字节 */
#define QSPI_END_ADDR       (1 << QSPI_FLASH_SIZE)  /* 末尾地址 */
#define QSPI_FLASH_SIZES    32 * 1024 * 1024         /* Flash大小，2^25 = 32MB*/
 
/* W25Q256JV相关命令 */
#define WRITE_ENABLE_CMD                        0x06    /* 写使能指令 */
#define READ_ID_CMD2                            0x9F    /* 读取ID命令 */
#define READ_STATUS_REG_CMD                     0x05    /* 读取状态命令 */
#define SUBSECTOR_ERASE_4_BYTE_ADDR_CMD         0x21    /* 32bit地址扇区擦除指令, 4KB */
#define QUAD_IN_FAST_PROG_4_BYTE_ADDR_CMD       0x34    /* 32bit地址的4线快速写入命令 */
#define QUAD_INOUT_FAST_READ_4_BYTE_ADDR_CMD    0xEC    /* 32bit地址的4线快速读取命令 */
 
#define BLOCK_ERASE_64K_4_BYTE_ADDR_CMD         0xDC    /* 4字节地址，64K扇区 */

#define BULK_ERASE_CMD 0xC7 /* 整片擦除 */

80.5 QSPI Flash的MDK下载算法使用方法

编译本章教程配套的例子，生成的算法文件位于此路径下：

下载算法存放位置

生成算法文件后，需要大家将其存到MDK安装目录，有两个位置可以存放，任选其一，推荐第2种：

第1种：存放到MDK的STM32H7软包安装目录里面：\Keil\STM32H7xx_DFP\2.6.0\CMSIS\Flash（软包版本不同，数值2.6.0不同）。

第2种：MDK的安装目录 \ARM\Flash里面。

下载配置

注意这里一定要够大，否则会提示算法文件无法加载：

我们这里是将其加到DTCM中，即首地址为0x20000000，大家也可以存储到任意其它RAM地址，只要空间还够加载算法文件即可。推荐使用AXI SRAM（地址0x24000000），因为这块RAM空间足够大。

如果要下载程序到QSPI Flash里面，需要做如下配置：

调试配置

注意这里一定要够大，否则会提示算法文件无法加载：

我们这里是将其加到DTCM中，即首地址为0x20000000，大家也可以存储到任意其它RAM地址，只要空间还够加载算法文件即可。

如果要做调试下载，需要做如下配置：

验证算法文件是否可以正常使用

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