AT32講堂021 | 如何使用AT32 MCU的SPIM作為外部存儲器的擴展功能

概述

SPIM（External SPI FLASH memory interface）最大地址段為0x08400000-0x093FFFFF(16MB)，是AT32 MCU獨有的一種Flash訪問方式。用戶可以使用自己的Flash作為AT32 MCU的外掛Flash。該方式有別于片上Bank1/Bank2，用戶可根據(jù)具體需求選擇是否開啟。開啟SPIM后可以作為Flash擴展實現(xiàn)如下功能：

• 在SPIM地址存放用戶執(zhí)行程序，類似于Bank1/Bank2一樣執(zhí)行程序。
• 用戶程序直接訪問SPIM地址，作為存儲字體庫，圖片等存儲器使用。

SPIM配置

SPIM僅允許按字(32bit)或者半字(16bit)操作，在執(zhí)行讀、編程、擦除SPIM前，必須首先執(zhí)行初始化及解鎖操作。
SPIM在AT32不同系列產(chǎn)品及不同封裝上，可能使用的pin有所不同，具體請參考對應(yīng)型號產(chǎn)品的RM和DS，下面以AT32F403A系列為例，描述操作步驟

初始化及解鎖操作

初始化及解鎖的步驟，在AT32的BSP中已經(jīng)封裝成庫函數(shù)，用戶可以直接調(diào)用1) 使能GPIOA、GPIOB和IOMUXCRM時鐘。2) 配置對應(yīng)pin PA8、PA11、PA12、PB1、PB6、PB7為推挽復用輸出模式。3) IOMUX_REMAP2寄存器中使能SPIM接口。4) 設(shè)置FLASH_SELECT寄存器選擇配置SPIM Flash的類型。5) 使用KEY解鎖SPIM：寫FLASH_UNLOCK3寄存器2次，按順序分別寫0x45670123和0xCDEF89AB。6) 檢查SPIM是否解鎖成功，讀取FLASH_CTRL3寄存器的OPLK位，如果被清除為0，則可以開始操作SPIM。

Flash型號選擇

SPIM可以配置支持不同型號的spi Flash，支持的指令集如下表，更詳細描述可以看參考手冊FlASH章節(jié)。表1. SPIM支持的指令集

讀操作

直接按字(32bit)或者半字(16bit)訪問需要讀取數(shù)據(jù)的地址段：0x08400000–0x093FFFFF

編程操作

編程操作步驟，在AT32的BSP中已經(jīng)封裝成庫函數(shù)，用戶可以直接調(diào)用1) 打開編程操作，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器FPRGM位置12) 直接按字(32bit)或者半字(16bit)在需要編程的地址寫入數(shù)據(jù)3) 檢查是否寫入完成讀取FLASH_STS3寄存器的OBF位是否清除，如果清除表示寫入完成4) 關(guān)閉編程操作，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器FPRGM位置05) 檢查是否寫入成功，讀取FLASH_STS3寄存器的PRGMERR和EPPERR位，如果都為0則表示寫入成功

擦除操作

SPIM擦除分為Mass Erase和Sector Erase，每個sector固定為4KB，在AT32的BSP中已經(jīng)封裝成庫函數(shù)，用戶可以直接調(diào)用Mass Erase1) 使能擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器CHPERS位置12) 開始擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器ERSTR位置13) 關(guān)閉擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器CHPERS位置0Sector Erase1) 使能擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器SECERS位置12) 選擇擦除扇區(qū)地址，F(xiàn)LASH_ADDR3寄存器寫入需要擦除扇區(qū)的地址3) 開始擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器ERSTR位置14) 關(guān)閉擦除，F(xiàn)LASH_CTRL3寄存器SECERS位置0

加密操作

因為SPIM電路裸露在MCU芯片外部，為防止存儲在SPIM Flash里邊的數(shù)據(jù)被外界直接讀取，SPIM提供了加密功能，將原始數(shù)據(jù)通過特有算法進行加密操作后再寫入Flash，AT32 MCU讀取SPIM數(shù)據(jù)時會先進行解密得到原始數(shù)據(jù)，然后才使用，保證數(shù)據(jù)安全。加密算法所用的SPIM scrambled KEY為用戶系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)的地址0x1FFFF820-0x1FFFF82F范圍內(nèi)數(shù)據(jù)。

• 當SPIM scrambled KEY值全為0xFFFFFFFF時，加密功能關(guān)閉。
• 當SPIM scrambled KEY值不全為0xFFFFFFFF時，加密功能開啟。AT32 MCU根據(jù)FLASH_DA寄存器值作為加密范圍分界，小于0x08400000+FLASH_DA地址段的數(shù)據(jù)為密文，其余范圍數(shù)據(jù)仍然采用明文存儲。

注意：數(shù)據(jù)寫入時的加密狀態(tài)必須和讀取時的加密狀態(tài)保持一致，否則可能導致讀取的數(shù)據(jù)是亂碼而無法正確使用或者運行。即寫入時如果配置了SPIM scrambled KEY及FLASH_DA，那么在讀取時也必須配置相同的SPIM scrambled KEY及FLASH_DA。

圖1. SPIM scrambled KEY存放地址圖2. SPIM地址范圍

硬件電路

因為SPIM連接在外部電路，受環(huán)境影響較大，為保證電路穩(wěn)定，需盡量減少PCB布線長度。

注意：SPIM運行頻率為MCU的AHB時鐘頻率的1/2，所以當開啟SPIM時，MCU對應(yīng)的運行AHB頻率有最大限制值，不同型號MCU在SPIM開啟時運行的最大頻率值請用戶參考DS的通用工作條件章節(jié)描述。

圖3. 參考電路

I/O復用

要使用SPIM，需要注意跟其他外設(shè)IP的IO復用問題。

當SPIM使用的IO還有對應(yīng)的其他外設(shè)使能的話，有些IO即使其他外設(shè)應(yīng)用中沒有用到，但也可能會占用。

例如：XMC和SPIM同時使用時，在F403A上PB7用作SPIM的IO2，但是如果配置使能了XMC，即使XMC_NADV功能沒有使用，則PB7也會被XMC_NADV默認開啟占用，導致SPIM工作異常。此時需手動配置IOMUX_REMAP2寄存器關(guān)閉XMC_NADV功能，調(diào)用庫函數(shù)即可，如下gpio_pin_remap_config (XMC_NADV_MUX, TRUE)

圖4. XMC和SPIM共用引腳

圖5. 單獨關(guān)閉XMC_NADV功能

demo示例

AT32的BSP中，有兩個例程operate_spim和run_in_spim演示了如何使用SPIM。

用戶程序訪問SPIM存儲區(qū)

如果通過用戶程序去執(zhí)行讀、編程及擦除操作，只需要按照正常配置初始化及解鎖后就可以實現(xiàn)。BSP中examples\flash\operate_spim執(zhí)行了SPIM的初始化、擦除、編程和讀取流程，并通過LED顯示執(zhí)行結(jié)果。

下載用戶程序到SPIM或者用戶程序在SPIM執(zhí)行

如果用戶程序通過keil下載到SPIM中，或者想程序直接在SPIM執(zhí)行，需要執(zhí)行一些額外的操作。附件工程run_in_spim通過LED的閃爍，簡單的演示了代碼如何在SPIM上運行。1) Options-Debug-Settings-Flash Download中選擇添加外掛flash類型。圖6. 配置SPIM Flash類型2) Options-Target中添加SPIM起始地址和容量大小，但不勾選。Demo中將SPIM定義在IROM2位置，用于存儲C文件注意：如果勾選則KEIL在編譯時可能會將其余不需要運行在SPIM的函數(shù)編譯到SPIM地址段。圖7. 配置SPIM起始地址和容量3) Project中選擇需要運行在SPIM對應(yīng)位置的C文件，鼠標右鍵選Options進入將Memory?Assignment的code地址改為對應(yīng)地址段。注意：如果工程中函數(shù)還有更多指定地址分段編譯的需求，可以繼續(xù)添加到對應(yīng) ROM1/2/3 等，也可以手動修改sct文件圖8. 配置需運行在SPIM第一部分代碼4)?編譯時勾選自動生成sct文件的選項，編譯完成后瀏覽sct文件可以發(fā)現(xiàn)需要運行在SPIM區(qū)域的函數(shù)已被正確編譯到該區(qū)域。圖9 勾選自動生成sct文件

圖10 自動生成的sct文件

注意：整個代碼的啟動必須從bank1開始，須保證SPIM flash的初始化代碼在程序執(zhí)行到SPIM前運行。

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢的芯片設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機、掃地機、光流無人機、熱成像儀、激光雷達、工業(yè)縫紉機、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。