1 Zynq Qspi控制器

Zynq Qspi控制器支持三種模式：I/O模式、線性地址模式和傳統(tǒng)SPI模式，其中線性地址模式雙片選支持最大的線性地址空間為32MB，可通過PS DMA讀取。

1.1 線性地址模式

線性地址模式只可從Qspi Flash中讀數(shù)。在配置QSPI BOOT時(shí)，BOOT ROM工作在線性地址模式，且訪問時(shí)鐘為ARM接入的晶振時(shí)鐘，因此在選用晶振時(shí)頻率不能大于Flash的最高訪問時(shí)鐘頻率。

線性地址模式下IO可以配置為單片選4bit接口、雙片選8bit并行接口和雙片選stacked 接口，單片器件時(shí)必須接到QSPI0上。單片QSPI Flash線性地址映射空間為0xFC00_0000~0xFCFF_FFFF，若采用兩片，必須是同一生產(chǎn)廠家，保證協(xié)議相同，在配置為雙片選8bit并行接口時(shí)，兩片F(xiàn)lash必須要是同樣容量同一廠家器件，保證訪問完全同步，尋址空間為0xFC00_0000~0xFDFF_FFFF。

配置為雙片選stacked 接口時(shí)，容量可以不同，但必須是相同協(xié)議的器件。但第一片器件建議使用128Mb器件，這樣不會(huì)存在地址空區(qū)。線性地址模式的讀操作極為簡(jiǎn)單，在確保TxFIFO和RxFIFO為空的情況下設(shè)置qspi.Config_reg［Man_start_en］和qspi.Config_reg［PCS］為0，qspi.LQSPI_CFG.［LQ_MODE］為1即可。

1.2 IO模式

在IO模式下，訪問QSPI Flash的命令、地址和數(shù)據(jù)都根據(jù)SPI Flash數(shù)據(jù)手冊(cè)的規(guī)定由用戶軟件組織寫到FIFO中，控制器負(fù)責(zé)將其串行化后從總線發(fā)出。在IO模式下，可選擇自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式，手動(dòng)模式下又有自動(dòng)片選和手動(dòng)片選兩種模式。自動(dòng)模式由發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為收數(shù)據(jù)時(shí)存在一定局限，因此在實(shí)際使用中多為手動(dòng)模式。

QSPI控制器提供了四個(gè)可將數(shù)據(jù)寫到FIFO的TXD寄存器，如下表1所示。

表1 TXD寄存器

這樣就提供了豐富的選擇，無(wú)論是按字寫、按字節(jié)、按雙字節(jié)三字節(jié)都可以，但需要注意的是在不同寄存器間切換時(shí)需要等待FIFO已經(jīng)為空狀態(tài)。TxFIFO和RxFIFO使用同一個(gè)門時(shí)鐘，因此對(duì)于每一個(gè)字節(jié)，包括命令和地址，每從TxFIFO取出一個(gè)字節(jié)，一個(gè)自己的數(shù)據(jù)也會(huì)寫入到RxFIFO中。

為了從SPI Flash讀數(shù)據(jù)，軟件除了寫入相關(guān)的命令、地址、模式、dummy等外，還必須向TxFIFO寫和讀數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等額的Dummy數(shù)據(jù)，這樣才會(huì)有控制器寫RxFIFO的時(shí)鐘。

需要特別注意的是，在IO模式下，控制器自動(dòng)識(shí)別用戶指令，在控制器使能，且片選有效的情況下寫入FIFO的第一條指令被控制器認(rèn)為是命令，命令總是通過數(shù)據(jù)線D0發(fā)出，命令+數(shù)據(jù)最長(zhǎng)為4字節(jié)，也就是說在發(fā)出讀寫命令時(shí)，有效地址位總是3字節(jié)，只能訪問16MB地址空間。

控制器自動(dòng)識(shí)別含義的命令如表2所示。

表2 控制器自動(dòng)識(shí)別含義的命令

無(wú)論是線性地址模式還是IO模式訪問QSPI，控制器均只支持表2所示的命令并自動(dòng)切換控制器工作模式。在表2所列命令之外的，控制器均默認(rèn)通過D0發(fā)出和接收。

2 QSPI Flash選擇

Zynq Qspi Flash控制器并不支持所有的Qspi Flash器件，因此在選擇Qspi Flash時(shí)必須滿足：

① 支持QOR命令：BootRom默認(rèn)方式；

② 支持3字節(jié)地址模式：默認(rèn)最大支持16MB，超出16MB部分通過地址寄存器設(shè)置后仍可通過3字節(jié)地址模式訪問的。

不支持Qspi Flash器件見UG585 12.2.6小節(jié)的描述。

2.1 QSPI Flash操作實(shí)例

以鎂光的N25Q512 Qspi Flash為例，簡(jiǎn)要說明要點(diǎn)：

N25Q512 QspiFlash支持Extended、Dual和Quad三種SPI協(xié)議模式，默認(rèn)為Extended模式，默認(rèn)模式即和Zynq QSPI 控制器訪問協(xié)議匹配。

N25Q512 QspiFlash共512Mb的密度，分成4個(gè)BANK，每個(gè)BANK密度為16MB，可以通過Extended Address Register或者切換到4字節(jié)地址模式來(lái)對(duì)16MB以上的空間進(jìn)行訪問。因?yàn)閆ynq Qspi Flash僅支持3字節(jié)地址模式，因此訪問高地址空間時(shí)，通過切換Extended Address Register來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過該方式存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，那就是BootRom只能訪問低16MB空間，為避免鏡像寫到高地址空間去，在每次用Xilinx工具燒寫Flash前一定要重新斷電重啟，使Flash的Extended AddressRegister恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)。

N25Q512 QspiFlash在Erase、Program和訪問內(nèi)部寄存器前一定要先發(fā)出寫使能命令（06H）；Erase、Program命令發(fā)出后一定要讀FlagStatus寄存器。

N25Q512 QspiFlash，擦除可以是子頁(yè)擦除（4KB）、頁(yè)擦除（64KB）和Die擦除（32MB）。一頁(yè)大小為256B，因此每個(gè)Program命令只能寫256字節(jié)的數(shù)據(jù)。

3 作為BOOT器件的考慮

在使用Qspi Flash需要注意：

① BootROM只能訪問低16M（單SS）或低32M（雙SS），因此鏡像必須存儲(chǔ)下可訪問空間內(nèi)；

② 單SS時(shí)，啟動(dòng)器件必須掛在QSPI控制0上；

③ 雙SS并行8bit模式時(shí)BootROM的搜索步長(zhǎng)是64KB，其模式為32KB，因此為減少搜索時(shí)間，啟動(dòng)鏡像最好從地址0開始。