SPIFI

Контроллер SPIFI c КЭШ предназначен для организации взаимодействия микропроцессорного ядра с микросхемой внешней FLASH-памяти. Это позволяет обеспечить исполнение кода программы, записанного в микросхеме флеш-памяти, а также при необходимости чтение и запись произвольных данных во внешнюю флэш-память в процессе выполнения программы.

Контроллер SPIFI c КЭШ обеспечивает работу с микросхемами FLASH – памяти через SPI интерфейс в одном из трех режимов: одноканальный; двухканальный; четырёхканальный. По умолчанию используется одноканальный режим, двухканальный и четырёхканальный режим включается через программное обеспечение.

Микросхема внешней FLASH – памяти, подключаемая к блоку SPI Flash c КЭШ, должна иметь встроенный интерфейс SPI (Single, Dual, Quatro) и поддерживать набор команд управления, определенных в стандарте JEDEC.

Пример использования SPIFI

В данном примере используется микросхема памяти GSN2516Y (GS Nanotech) или W25Q64FV (Winbond). В микросхему памяти с помощью MIK32 загружается программа Blink. Для этого требуется получить массив байтов из hex файла firmware.hex с помощью специального скрипта mcu32flash.py, который можно скачать по ссылке.

Blink main.c

#include <mcu32_memory_map.h>
#include <pad_config.h>
#include <gpio.h>
#include <power_manager.h>
#include "common.h"

#define PIN_LED2 7 // LED2 управляется выводом PORT_2_7
#define PIN_button 6 // LED2 управляется выводом PORT_2_6

void initClock() {
	PM->CLK_APB_P_SET |=  PM_CLOCK_GPIO_2_M; // включение тактирования GPIO2
	PM->CLK_APB_M_SET |= PM_CLOCK_PAD_CONFIG_M | PM_CLOCK_WU_M | PM_CLOCK_PM_M; // включение тактирования блока для смены режима выводов
	for (volatile int i = 0; i < 10; i++) ;
}

void ledBlink() {
	GPIO_2->OUTPUT |= 1 << PIN_LED2;   //Установка значения вывода 7 порта 2 в высокий уровень
	xprintf("ON \n");
	for (volatile int i = 0; i < 100000; i++);
	GPIO_2->OUTPUT &= ~(1 << PIN_LED2); //Установка значения вывода 7 порта  в низкий уровень   
	xprintf("OFF \n");
	for (volatile int i = 0; i < 100000; i++);
}

void ledButton() {
	if(GPIO_2->SET == (1 << PIN_button))
	{
		GPIO_2->OUTPUT |= 1 << PIN_LED2;   //Установка значения вывода 7 порта 2 в высокий уровень
	}
	else
	{
		GPIO_2->OUTPUT &= ~(1 << PIN_LED2); //Установка значения вывода 7 порта  в низкий уровень
	}
}

void main() {
	initClock(); //включние тактирования GPIO2

	PAD_CONFIG->PORT_2_CFG |= (1 << (2 * PIN_LED2)); // Установка порта 2 в режим GPIO
	PAD_CONFIG->PORT_2_CFG |= (1 << (2 * PIN_button)); // Установка порта 2 в режим GPIO

	GPIO_2->DIRECTION_OUT = 1 << PIN_LED2; // Установка направления вывода  в выход
	GPIO_2->DIRECTION_IN = 1 << PIN_button; // Установка направления порта  в вход

	while (1) {
		ledBlink();
		//ledButton();
	}
}

Запуск скрипта

Скрипт mcu32flash.py нужно поместить в папку, в которой хранится hex файл. Сделать это можно в Visual Studio Code - рисунок 1.

Рисунок 1 - Размещение mcu32flash.py

Рисунок 2 - Контекстное меню

После этого нажать правой кнопкой мыши по файлу и выбрать "Открыть во встроенном терминале" как на рисунке 2.

Рисунок 3 - Терминал

Рисунок 4 - Фрагмент набора инструкций

Для запуска скрипта нужно в терминале написать "python.exe .\mcu32flash.py" и нажать "Enter" - рисунок 3.

Скрипт создаст файл "array.h" в папке, в которой расположен hex файл. В "array.h" находится массив "bin_data" с байтами, которые будут загружаться в чип памяти.

Загрузка программы в чип памяти

Полученный файл "array.h" следует переместить в папку "src" проекта SPIFI.

Инициализация SPIFI

Инициализация контроллера SPIFI проводится с помощью функции spifi_init, которая включает тактирование контроллера SPIFI на шине AHB.

Отправка команд

Для записи, чтения и стирания данных используются стандартные инструкции - рисунок 4.

Перед записью следует произвести стирание сектора или блока, в который будет производиться запись. В данном примере проводится стирание всей микросхемы. Перед стиранием должна быть выполнена инструкция "включение записи" ("write enable"). Запись проводится с помощью инструкции "Программирование страниц", отправка которой будет разобрана далее.

Для стирания чипа используется функция erase, которая оправляет инструкции "Включение записи", "Стирание микросхемы" и "Чтение регистра состояния - 1". Стирание микросхемы занимает несколько секунд, поэтому после отправки инструкции стирания читается регистр состояния 1 - рисунок 5. В регистре состояния есть бит BUSY, который устанавливается в состояние 1, когда устройство выполняет инструкцию Page Program, Quad Page Program, Sector Erase, Block Erase, Chip Erase, Write Status Register или Erase/Program Security Register. В течение этого времени устройство будет игнорировать дальнейшие инструкции, за исключением инструкций Read Status Register и Erase/Program Suspend. Когда инструкция по программированию, стиранию или записи состояния/защиты регистра будет завершена, бит BUSY будет установлен в состояние 0, указывающее, что устройство готово к дальнейшим инструкциям. После отправки "Стирание микросхемы" программа ожидает когда бит BUSY станет раным нулю.

функция erase

void erase()
{
    write_enable();
    chip_erase();
    wait_busy();
}

После стирания начинается запись страниц по 256 байт. Если количество байт массива bin_data не кратно 256, то в конце записывается оставшиеся байты. Запись производится с помощью функции write

void write(int address, char data[], int data_len);

Разберем отправку команд на примере write enable. На рисунке 4 видно, что инструкция "включение записи" состоит из одного байта 0x06.

Для отправки команды следует настроить биты OPCODE, FRAMEFORM и FIELDFORM в регистре CMD.

OPCODE - код инструкции. В данном случае 0x06;

FRAMEFORM - Бит управления полями кода операции и адреса команды:

- 1 – выдается только код операции, адреса нет - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_NOADDR;

- 2 – код операции и младший байт адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_1ADDR;

- 3 – код операции и два младших байта адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_2ADDR;

Рисунок 5 - Регистр состояния 1

- 4 – код операции и три младших байта адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_3ADDR;

- 5 – код операции и 4 байта адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_4ADDR;

- 6 – нет кода операции, три младших байта адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_NOOPCODE_3ADDR;

- 7 – нет кода операции, 4 байта адреса - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_NOOPCODE_3ADDR.

FIELDFORM - Формат вывода полей команды:

- 0 – все поля выводятся в последовательном режиме - SPIFI_CONFIG_CMD_FIELDFORM_ALL_SERIAL;

- 1 – данные выводятся в четырех или двух битовом режиме, а остальные поля в последовательном режиме - SPIFI_CONFIG_CMD_FIELDFORM_DATA_PARALLEL;

- 2 – код операции выводится в последовательном режиме, а остальные в четырех или двух битовом - SPIFI_CONFIG_CMD_FIELDFORM_OPCODE_SERIAL;

- 3 – все поля в четырех или двух битовом режиме - SPIFI_CONFIG_CMD_FIELDFORM_ALL_PARALLEL.

Так как в примере используются стандартные инструкции, то FIELDFORM = 0 - SPIFI_CONFIG_CMD_FIELDFORM_ALL_SERIAL. Инструкция "включение записи" не требует адреса, поэтому FRAMEFORM = 1 - SPIFI_CONFIG_CMD_FRAMEFORM_OPCODE_NOADDR.