從零編寫STM32H7的MDK SPI FLASH下載算法

Part1前言

當我們要下載編譯好的鏡像到Flash時，首先要做的一步就是選擇合適的Flash下載算法，而這個算法本身就是一個FLM文件：


代碼既可以下載到內(nèi)部flash，也可以下載到外部flash，或者一部分下載到內(nèi)部，一部分下載到外部。

Part2一、將代碼中的圖片資源下載到外部flash

在UI設計中往往需要大量的圖片和字體，圖片和字體資源在代碼中以靜態(tài)數(shù)組的形式存在，這些大數(shù)組在內(nèi)部flash中一般存放不下，所以需要把這些占用資源比較大的數(shù)組放在外部flash中，然后通過QSPI地址映射的方式訪問，或者通過SPI將flash中的資源分批讀取到RAM緩存中使用。

通過MDK打開分散加載文件，配置“ExtFlashSection”段：

;*************************************************************
;***Scatter-LoadingDescriptionFilegeneratedbyuVision***
;*************************************************************

LR_IROM10x080000000x00020000{;loadregionsize_region
ER_IROM10x080000000x00020000{;loadaddress=executionaddress
*.o(RESET,+First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY(+RO)
.ANY(+XO)
}
RW_IRAM10x200000000x00020000{;RWdata
.ANY(+RW+ZI)
}
RW_IRAM20x240000000x00080000{
.ANY(+RW+ZI)
}
}

LR_EROM10x900000000x01000000{;loadregionsize_region
ER_EROM10x900000000x01000000{;loadaddress=executionaddress
*.o(ExtFlashSection)
*.o(FontFlashSection)
*.o(TextFlashSection)
}
}

添加LR_EROM1 段，起始地址為0x90000000 ，大小為0x01000000 。

在代碼中將圖片資源分配到ExtFlashSection段

#defineLOCATION_ATTRIBUTE(name)__attribute__((section(name)))__attribute__((aligned(4)))

KEEPexternconstunsignedcharimage_watch_seconds[]LOCATION_ATTRIBUTE("ExtFlashSection")=//4x202ARGB8888pixels.
{
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,
0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0xff,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,0xf8,0xfc,0xf8,0x00,
0xf8,0xfc,0xf8,0x00
};

編譯代碼

查看map文件，image_watch_seconds這個數(shù)組已經(jīng)被分配到了0X90138690這個地址了，這個地址正是LR_EROM1 所在的區(qū)間。

Part3二、MDK下載算法原理

1程序能夠通過下載算法下載到芯片的原理

通過MDK創(chuàng)建一批與地址信息無關(guān)的函數(shù)，實現(xiàn)的功能主要有初始化，擦除，編程，讀取，校驗等，然后MDK調(diào)試下載階段，會將算法文件加載到芯片的內(nèi)部RAM里面（加載地址可以通過MDK設置），然后MDK通過與這個算法文件的交互，實現(xiàn)程序下載，調(diào)試階段數(shù)據(jù)讀取等操作。

2算法程序中擦除操作執(zhí)行流程

算法程序中擦除操作執(zhí)行流程

加載算法到芯片RAM。

執(zhí)行初始化函數(shù)Init。

執(zhí)行擦除操作，根據(jù)用戶的MDK配置，這里可以選擇整個芯片擦除或者扇區(qū)擦除。

執(zhí)行Uinit函數(shù)。

操作完畢。

3制作FLM文件步驟

將ARM:CMSIS Pack文件夾（通常是C:KeilARMPackARMCMSIS version Device_Template_Flash）中的工程復制到一個新文件夾中，取消文件夾的只讀屬性，重命名項目文件NewDevice.uvprojx以表示新的flash 設備名稱，例如MyDevice.uvprojx。

打開工程，從工具欄中，使用下拉選擇目標來選擇處理器架構(gòu)。

打開對話框Project - Options for Target - Output并更改Name of Executable字段的內(nèi)容以表示設備，例如MyDevice。

調(diào)整文件FlashPrg中的編程算法。

調(diào)整文件FlashDev中的設備參數(shù)。

使用Project - Build Target生成新的 Flash 編程算法。

以上步驟是利用官方的工程模板修改代碼，這種方式網(wǎng)上已有很多教程（推薦使用這種方法），不再重復介紹，接下來介紹一種不使用模板工程制作的方法，目的是為了了解其實現(xiàn)原理。

Part4三、使用STM32CubeMX新建工程

4新建工程

硬件平臺： RT-Thread官方ART-PI H750開發(fā)版

軟件： STM32CubeMX，MDK

選擇MCU型號（STM32H750XBH6）

選擇MCU型號

配置SPI

配置SPI

配置UART

配置UART

配置時鐘樹

配置時鐘樹

設置調(diào)試接口

設置調(diào)試接口

設置工程并生成工程

生成工程

52. 移植SFUD串行 Flash 通用驅(qū)動庫

SFUD 是什么

SFUD(https://github.com/armink/SFUD) 是一款開源的串行 SPI Flash 通用驅(qū)動庫。由于現(xiàn)有市面的串行 Flash 種類居多，各個 Flash 的規(guī)格及命令存在差異， SFUD 就是為了解決這些 Flash 的差異現(xiàn)狀而設計，讓我們的產(chǎn)品能夠支持不同品牌及規(guī)格的 Flash，提高了涉及到 Flash 功能的軟件的可重用性及可擴展性，同時也可以規(guī)避 Flash 缺貨或停產(chǎn)給產(chǎn)品所帶來的風險。

主要特點：支持 SPI/QSPI 接口、面向?qū)ο螅ㄍ瑫r支持多個 Flash 對象）、可靈活裁剪、擴展性強、支持 4 字節(jié)地址

資源占用

標準占用：RAM:0.2KB ROM:5.5KB

最小占用：RAM:0.1KB ROM:3.6KB

設計思路：

什么是 SFDP ：它是 JEDEC （固態(tài)技術(shù)協(xié)會）制定的串行 Flash 功能的參數(shù)表標準，最新版 V1.6B （點擊這里查看）。該標準規(guī)定了，每個 Flash 中會存在一個參數(shù)表，該表中會存放 Flash 容量、寫粒度、擦除命令、地址模式等 Flash 規(guī)格參數(shù)。目前，除了部分廠家舊款 Flash 型號會不支持該標準，其他絕大多數(shù)新出廠的 Flash 均已支持 SFDP 標準。所以該庫在初始化時會優(yōu)先讀取 SFDP 表參數(shù)。

不支持 SFDP 怎么辦 ：如果該 Flash 不支持 SFDP 標準，SFUD 會查詢配置文件 ( /sfud/inc/sfud_flash_def.h ) 中提供的 Flash 參數(shù)信息表 中是否支持該款 Flash。如果不支持，則可以在配置文件中添加該款 Flash 的參數(shù)信息。獲取到了 Flash 的規(guī)格參數(shù)后，就可以實現(xiàn)對 Flash 的全部操作。

移植SFUD

將下載到sfud源代碼放置在工程目錄中



將sfud添加到工程目錄：

修改sfud_port.c文件：

#include
#include
#include
#include"gpio.h"
#include"spi.h"

typedefstruct{
SPI_HandleTypeDef*spix;
GPIO_TypeDef*cs_gpiox;
uint16_tcs_gpio_pin;
}spi_user_data,*spi_user_data_t;

staticspi_user_dataspi1;
staticcharlog_buf[256];
voidsfud_log_debug(constchar*file,constlongline,constchar*format,...);
externintrt_vsnprintf(char*buf,intsize,constchar*fmt,va_listargs);
externintrt_kprintf(constchar*fmt,...);
staticvoidspi_lock(constsfud_spi*spi)
{

}

staticvoidspi_unlock(constsfud_spi*spi)
{

}
/*about100microseconddelay*/
staticvoiddelay_100us(void){
uint32_tdelay=2000;
while(delay--);
}
/**
*SPIwritedatathenreaddata
*/
staticsfud_errspi_write_read(constsfud_spi*spi,constuint8_t*write_buf,size_twrite_size,uint8_t*read_buf,
size_tread_size)
{
sfud_errresult=SFUD_SUCCESS;
/**
*addyourspiwriteandreadcode
*/
spi_user_data_tspi_dev=(spi_user_data_t)spi->user_data;

HAL_GPIO_WritePin(spi_dev->cs_gpiox,spi_dev->cs_gpio_pin,GPIO_PIN_RESET);
if(write_size){
HAL_SPI_Transmit(spi_dev->spix,(uint8_t*)write_buf,write_size,1);
}
if(read_size){
HAL_SPI_Receive(spi_dev->spix,read_buf,read_size,1);
}
exit:
HAL_GPIO_WritePin(spi_dev->cs_gpiox,spi_dev->cs_gpio_pin,GPIO_PIN_SET);
returnresult;
}

sfud_errsfud_spi_port_init(sfud_flash*flash)
{
sfud_errresult=SFUD_SUCCESS;

switch(flash->index){
caseSFUD_W25Q128_DEVICE_INDEX:{
spi1.spix=&hspi1;
spi1.cs_gpiox=GPIOA;
spi1.cs_gpio_pin=GPIO_PIN_4;
/*同步Flash移植所需的接口及數(shù)據(jù)*/
flash->spi.wr=spi_write_read;
flash->spi.lock=spi_lock;
flash->spi.unlock=spi_unlock;
flash->spi.user_data=&spi1;
/*about100microseconddelay*/
flash->retry.delay=delay_100us;
/*adout60secondstimeout*/
flash->retry.times=60*10000;

break;
}
}

returnresult;
}

voidsfud_log_debug(constchar*file,constlongline,constchar*format,...){
va_listargs;

/*argspointtothefirstvariableparameter*/
va_start(args,format);
rt_kprintf("[SFUD](%s:%ld)",file,line);
/*mustusevprintftoprint*/
rt_vsnprintf(log_buf,sizeof(log_buf),format,args);
rt_kprintf("%s
",log_buf);
va_end(args);
}

voidsfud_log_info(constchar*format,...){
va_listargs;

/*argspointtothefirstvariableparameter*/
va_start(args,format);
rt_kprintf("[SFUD]");
/*mustusevprintftoprint*/
rt_vsnprintf(log_buf,sizeof(log_buf),format,args);
rt_kprintf("%s
",log_buf);
va_end(args);
}

測試SFUD

在main.c中添加測試代碼：

/*USERCODEENDHeader*/
/*Includes------------------------------------------------------------------*/
#include"main.h"
#include"spi.h"
#include"usart.h"
#include"gpio.h"

/*Privatefunctionprototypes-----------------------------------------------*/
voidSystemClock_Config(void);
staticvoidMPU_Config(void);
/*USERCODEBEGINPFP*/
externintrt_kprintf(constchar*fmt,...);
#include"sfud.h"
/*USERCODEENDPFP*/

/*Privateusercode---------------------------------------------------------*/
/*USERCODEBEGIN0*/
#defineSFUD_DEMO_TEST_BUFFER_SIZE1024

staticuint8_tsfud_demo_test_buf[SFUD_DEMO_TEST_BUFFER_SIZE];
/**
*SFUDdemoforthefirstflashdevicetest.
*
*@paramaddrflashstartaddress
*@paramsizetestflashsize
*@paramsizetestflashdatabuffer
*/
staticvoidsfud_demo(uint32_taddr,size_tsize,uint8_t*data){
sfud_errresult=SFUD_SUCCESS;
constsfud_flash*flash=sfud_get_device_table()+0;
size_ti;
/*preparewritedata*/
for(i=0;iname,addr,
size);
}else{
rt_kprintf("Erasethe%sflashdatafailed.
",flash->name);
return;
}
/*writetest*/
result=sfud_write(flash,addr,size,data);
if(result==SFUD_SUCCESS){
rt_kprintf("Writethe%sflashdatafinish.Startfrom0x%08X,sizeis%d.
",flash->name,addr,
size);
}else{
rt_kprintf("Writethe%sflashdatafailed.
",flash->name);
return;
}
/*readtest*/
result=sfud_read(flash,addr,size,data);
if(result==SFUD_SUCCESS){
rt_kprintf("Readthe%sflashdatasuccess.Startfrom0x%08X,sizeis%d.Thedatais:
",flash->name,addr,
size);
rt_kprintf("Offset(h)000102030405060708090A0B0C0D0E0F
");
for(i=0;iname);
}
/*datacheck*/
for(i=0;iname);
break;
}
}
if(i==size){
rt_kprintf("The%sflashtestissuccess.
",flash->name);
}
}

/*USERCODEEND0*/

intmain(void)
{

/*MPUConfiguration--------------------------------------------------------*/
MPU_Config();

/*MCUConfiguration--------------------------------------------------------*/

/*Resetofallperipherals,InitializestheFlashinterfaceandtheSystick.*/
HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();
MX_SPI1_Init();
MX_UART4_Init();
/*USERCODEBEGIN2*/
if(sfud_init()==SFUD_SUCCESS){
sfud_demo(0,sizeof(sfud_demo_test_buf),sfud_demo_test_buf);
}

while(1)
{

}

}

#endif/*USE_FULL_ASSERT*/

運行如下：

63.制作下載算法

重新生成不帶main函數(shù)的工程

添加修改編程算法文件FlashPrg.c

模板工程里面提供了FlashOS.h和FlashPrg.c ，復制到此工程中，然后對FlashPrg.c 代碼進行填充。

#include"FlashOS.H"
#include"sfud.h"
#include"gpio.h"
#include"usart.h"
#include"spi.h"

staticuint32_tbase_adr;

/*
*InitializeFlashProgrammingFunctions
*Parameter:adr:DeviceBaseAddress
*clk:ClockFrequency(Hz)
*fnc:FunctionCode(1-Erase,2-Program,3-Verify)
*ReturnValue:0-OK,1-Failed
*/

#ifdefinedFLASH_MEM||definedFLASH_OTP
intInit(unsignedlongadr,unsignedlongclk,unsignedlongfnc)
{
MX_GPIO_Init();
MX_UART4_Init();
MX_SPI1_Init();
base_adr=adr;
if(sfud_init()==SFUD_SUCCESS){
return0;
}else{
return1;
}
}
#endif


/*
*De-InitializeFlashProgrammingFunctions
*Parameter:fnc:FunctionCode(1-Erase,2-Program,3-Verify)
*ReturnValue:0-OK,1-Failed
*/

#ifdefinedFLASH_MEM||definedFLASH_OTP
intUnInit(unsignedlongfnc)
{

return(0);
}
#endif

/*
*ErasecompleteFlashMemory
*ReturnValue:0-OK,1-Failed
*/

intEraseChip(void)
{
intresult=0;
constsfud_flash*flash=sfud_get_device_table();
/*AddyourCode*/
result=sfud_erase(flash,0,flash->chip.capacity);

if(result==SFUD_SUCCESS)
return0;
else
returnresult;//FinishedwithoutErrors
}

/*
*EraseSectorinFlashMemory
*Parameter:adr:SectorAddress
*ReturnValue:0-OK,1-Failed
*/

#ifdefFLASH_MEM
intEraseSector(unsignedlongadr)
{
intresult=0;
uint32_tblock_start;
constsfud_flash*flash;
flash=sfud_get_device_table();
block_start=adr-base_adr;
result=sfud_erase(flash,block_start,4096);

if(result==SFUD_SUCCESS)
return0;
else
returnresult;
}
#endif


/*
*ProgramPageinFlashMemory
*Parameter:adr:PageStartAddress
*sz:PageSize
*buf:PageData
*ReturnValue:0-OK,1-Failed
*/

#ifdefinedFLASH_MEM||definedFLASH_OTP
intProgramPage(unsignedlongblock_start,unsignedlongsize,unsignedchar*buffer)
{
constsfud_flash*flash=sfud_get_device_table()+0;
uint32_tstart_addr=block_start-base_adr;

if(sfud_write(flash,start_addr,size,buffer)==SFUD_SUCCESS)
return0;
else
return1;
}


#definePAGE_SIZE4096
uint8_taux_buf[PAGE_SIZE];
unsignedlongVerify(unsignedlongadr,unsignedlongsz,unsignedchar*buf)
{
inti;
constsfud_flash*flash=sfud_get_device_table();
sfud_read(flash,adr-base_adr,sz,aux_buf);

for(i=0;i

	

	在工程中定義FLASH_MEM宏



	添加修改配置文件FlashDev.c

	模板工程里面提供了FlashDev.c ，復制到此工程中，然后對代碼進行修改。

	
#include"FlashOS.H"

#ifdefFLASH_MEM
structFlashDeviceconstFlashDevice={
FLASH_DRV_VERS,//DriverVersion,donotmodify!
"STM32H750-ARTPI",//DeviceName
EXTSPI,//DeviceType
0x90000000,//DeviceStartAddress
0x08000000,//DeviceSizeinBytes(128MB)
0x00001000,//ProgrammingPageSize4096Bytes
0x00,//Reserved,mustbe0
0xFF,//InitialContentofErasedMemory
10000,//ProgramPageTimeout100mSec
6000,//EraseSectorTimeout6000mSec

//SpecifySizeandAddressofSectors
0x1000,0x000000,//SectorSize4kB
SECTOR_END
};
#endif//FLASH_MEM



	

	特別注意："STM32H750-ARTPI"就是MDK的Option選項里面會識別出這個名字。0x90000000是MDK分散加載文件中定義的外部flash起始地址。

	地址無關(guān)代碼實現(xiàn)

	C和匯編的配置勾選上：




	ROPI地址無關(guān)實現(xiàn)

	如果程序的所有只讀段都與位置無關(guān)，則該程序為只讀位置無關(guān)（ROPI, Read-only position independence）。ROPI段通常是位置無關(guān)代碼（PIC,position-independent code），但可以是只讀數(shù)據(jù)，也可以是PIC和只讀數(shù)據(jù)的組合。選擇“ ROPI”選項，可以避免用戶不得不將代碼加載到內(nèi)存中的特定位置。這對于以下例程特別有用：

	（1）加載以響應運行事件。

	（2）在不同情況下使用其他例程的不同組合加載到內(nèi)存中。

	（3）在執(zhí)行期間映射到不同的地址。

	RWPI數(shù)據(jù)無關(guān)實現(xiàn)使用Read-Write position independence同理，表示的可讀可寫數(shù)據(jù)段。使用RWPI編譯代碼，解決RW段即全局變量的加載。首先編譯的時候會為每一個全局變量生成一個相對于r9寄存器的偏移量，這個偏移量會在.text段中。

	在加載elf階段，將RW段加載到RAM當中之后，需要將r9寄存器指向此片內(nèi)存的基地址，然后接下來就可以跳轉(zhuǎn)到加載的elf的代碼中去執(zhí)行，就可以實現(xiàn)全局變量的加載了。這也就是利用MDK的FLM文件生成通用flash驅(qū)動中提到的需要在編譯選項中添加-ffixed-r9的原因。

	綜上所述，勾選ROPI和RWPI選項，可以實現(xiàn)elf文件的動態(tài)加載，還遺留的一個小問題是elf模塊如何調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，這與此文無關(guān)，留在以后再講。

	特別注意：

	由于模塊中不含中斷向量表，所以程序中不要開啟任何中斷。

	startup_stm32h750xx.s不再需要參與編譯



	修改分散加載文件

	復制一份新的分散加載文件到工程目錄中，然后修改成如下代碼





	--diag_suppress L6305用于屏蔽沒有入口地址的警告信息。

	
;LinkerControlFile(scatter-loading)
;

PRG0PI;ProgrammingFunctions
{
PrgCode+0;Code
{
*(+RO)
}
PrgData+0;Data
{
*(+RW,+ZI)
}
}

DSCR+0;DeviceDescription
{
DevDscr+0
{
FlashDev.o
}
}



	

	將程序可執(zhí)行文件axf修改為flm格式

	通過這個cmd.exe /C copy "!L" "..@L.FLM"命令可以將生成的axf可執(zhí)行文件修改為flm。






	將生成的flm文件拷貝到...Keil_v5ARMFlash目錄，即可被MDK識別到。

	DEMO下載地址：https://gitee.com/Aladdin-Wang/STM32H7_W25QXXX

	審核編輯：湯梓紅