【Follow me第二季第3期】基础任务+quad-spi flash和octo-spi flash配置及读写速度

聪聪哥哥 发表于 2025-1-10 20:56

本帖最后由聪聪哥哥于 2025-1-11 10:55 编辑

<p>今天和大家分享一下，基本任务：quad-spi flash和octo-spi flash配置及读写速度测试过程；</p>

<p>前言：通过查看本次活动的开发板RA6M5开发板，我们可以看到该款开发板上面提供了多种外设模块，为了测试不同的SPI模块的性能，搭建了Quand-SPI flash-MX25L25645G和Octo-SPI Flash-MX25LM51245GM两种不同的存储芯片。</p>

<p>依靠着瑞萨提供的FSP(Flexiable Software Package)工具，我们不仅仅可以配置本次任务中所使用的SPI接口引脚部分，也可以通过图形化配置工具，对底层的驱动函数进行自动生成，我们可以在生成底层驱动代码下，开发相对应的功能。</p>

<p>本次任务中所使用的模块资料如下：</p>

<p>1：quad spi 芯片flash-MX25L25645G   2：octo spi芯片： Flash-MX25LM51245GM</p>

<p>一：我们先简单了解一下 quad spi</p>

<p>基本的概念：Quad-SPI是一种串行接口，它通过四条数据线（I0、I1、I2、I3）实现数据的读取、写入和擦除操作。</p>

<p>设计的目的：Quad-SPI设计的主要目的是与支持此接口的闪存芯片进行通信，解决一些应用存储空间不足的问题，尤其是当使用大量多媒体数据时。</p>

<p>传输速度：与传统SPI接口相比，Quad-SPI提供了更高的数据传输速率和更大的带宽。传统SPI通常只有两根数据线（MOSI和MISO），而Quad-SPI则有四根数据线，可以同时传输四路数据，从而大大提升传输速率。</p>

<p>二：quad spi的工作原理：</p>

<p>2.1 双向数据线：Quad-SPI接口的数据线是双向的，可以根据需要动态配置为输入或输出。在数据传输过程中，Quad-SPI接口通过时钟信号控制数据的同步传输。</p>

<p>2.2通讯过程：Quad-SPI的通信过程通常包括指令阶段、地址阶段、交替字节阶段、空指令周期阶段和数据阶段。在指令阶段，Quad-SPI接口发送一个8位指令到闪存芯片，指定要执行的操作类型；在地址阶段，发送1~4字节的地址信息，指示操作的目标位置；交替字节阶段用于发送控制操作模式的字节；空指令周期阶段则用于准备数据线的传输方向；最后，在数据阶段，Quad-SPI接口可以从闪存芯片接收或向其发送任意数量的字节。</p>

<p>2.3 通讯数据效率模式：Quad-SPI支持双倍数据速率模式，即在每个时钟周期的上升沿和下降沿都传输数据，从而实现了数据传输速率的加倍。但需要注意的是，这个功能需要微控制器和闪存芯片都支持才能实现。</p>

<p>三：Quad-SPI的优势和未来的存在的发展的可能性</p>

<p>随着技术的不断发展，Quad-SPI接口的性能和功能也将不断提升。例如，一些最新的Quad-SPI接口支持更高的时钟频率和更大的数据传输量，同时还提供了更多的配置选项和更强大的错误检测与纠正功能。这些改进使得Quad-SPI接口在高性能嵌入式系统中的应用更加广泛和深入。此外，Octo-SPI作为Quad-SPI的升级版，通过增加数据线的数量来进一步提高数据传输速率和带宽，为嵌入式系统提供了更多的选择和可能性。</p>

<p>综上所述，Quad-SPI是一种功能强大、灵活高效的串行接口，它通过四条数据线实现了与外部闪存芯片的高速通信。在嵌入式系统中发挥着至关重要的作用，并随着技术的不断进步而持续发展。</p>

<p>原理图如下所示：</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<p>在和大家分享一下octo-spi 的相关知识</p>

<p>基本概念：Octo-SPI是一种高速串行接口技术，它通过使用八条数据线（而不是Quad-SPI的四条）来进一步提高数据传输速率和带宽。这种接口技术适用于需要处理大量数据的现代嵌入式系统，如智能手机、平板电脑、数码相机等消费电子产品。</p>

<p>Octo-SPI的主要特点如下：</p>

<p>1：高效的数据传输：Octo-SPI通过增加数据线的数量，实现了更高的数据传输速率。每个时钟周期可以传输多达8个比特的数据，从而大大提高了通信效率。</p>

<p>2：并行通信：与Quad-SPI类似，Octo-SPI也采用并行通信方式。但由于其数据线数量加倍，因此通信效率更高。</p>

<p>3：向下兼容：Octo-SPI接口通常也支持Single-SPI、Dual-SPI和Quad-SPI模式，这意味着它可以与这些较低版本的SPI接口设备兼容。</p>

<p>4：内存映射模式：在Octo-SPI接口中，外部存储器可以像内部内存一样被访问。这提高了系统的总线主控器（如DMA）在CPU停机的低功耗模式下自动访问外部内存的能力。</p>

<p>5：多种操作模式：Octo-SPI支持多种操作模式，包括直接模式、自动状态转移模式和内存映射模式等。这些模式可以根据具体的应用需求进行选择。</p>

<p>基本工作原理：</p>

<p>Octo-SPI的工作原理与Quad-SPI相似，但数据传输能力更强。它通常包括指令阶段、地址阶段、数据阶段等。在指令阶段，Octo-SPI接口发送一个指令到外部存储器，指定要执行的操作类型。在地址阶段，发送地址信息，指示操作的目标位置。最后，在数据阶段，Octo-SPI接口可以从外部存储器接收或向其发送数据。</p>

<p>基本的配置和使用</p>

<p>在配置和使用Octo-SPI接口时，通常需要进行以下步骤：</p>

<p>1：初始化IO口：首先需要将Octo-SPI接口的硬件引脚和时钟初始化到合适的参数。这包括设置数据线的方向、配置时钟频率等。</p>

<p>2：配置工作模式：根据具体的应用需求，选择合适的Octo-SPI工作模式。这包括设置指令阶段、地址阶段和数据阶段的长度和格式等。</p>

<p>3：执行读写操作：在配置完成后，就可以通过Octo-SPI接口执行读写操作了。这通常涉及到发送指令、地址和数据等步骤，并根据返回的数据进行相应的处理。</p>

<p>综上所述，Octo-SPI是一种高速、高效的串行接口技术，它适用于需要处理大量数据的现代嵌入式系统。通过合理配置和使用Octo-SPI接口，可以大大提高系统的数据传输速率和存储性能。</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<p>三：软件编译</p>

<p>软件编写流程如下：</p>

<p>3.1 板载IO口初始化</p>

<p>3.2 USB初始化（用来虚拟串口与PC端通讯） </p>

<p>3.3 LED初始化，用来指示程序工作状态</p>

<p>3.4 初始化定时器等状态</p>

<p>3.5开始任务调度</p>

<p>FSP库配置截图如下：</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<p>3.1 OSPI代码写测试写入和读写测试代码</p>

<pre>
<code>void ospi_performance_test(uint32_t data_size,
                        uint32_t *ospi_performance_write_result,
                        uint32_t *ospi_performance_read_result)
{
fsp_err_t err;
uint32_t i =1;

if (R_CGC_Open (g_cgc.p_ctrl, g_cgc.p_cfg) != FSP_SUCCESS)
{
   __asm("bkpt");
}

while (i)
{

   err = R_OSPI_Open(g_ospi.p_ctrl, g_ospi.p_cfg);
   if (FSP_SUCCESS != err)
   {
         __asm("bkpt");
   }

#if HIGH_SPEED_MODE
   configure_dopi_ospi();
   ospi_test_wait_until_wip();
#endif

   *ospi_performance_write_result = write_dopi_ospi(data_size);
   ospi_test_wait_until_wip();

   *ospi_performance_read_result = read_dopi_ospi(data_size);
   ospi_test_wait_until_wip();

   erase_dopi_ospi();
   ospi_test_wait_until_wip();

#if HIGH_SPEED_MODE
   configure_spi_ospi();
   ospi_test_wait_until_wip();
#endif
   err = R_OSPI_Close(g_ospi.p_ctrl);
   if (FSP_SUCCESS != err)
   {
         __asm("bkpt");
   }

   i--;
}

}</code></pre>

<p>3.2 写入数据代码如下</p>

<pre>
<code class="language-cpp">static uint32_t write_dopi_ospi(uint32_t data_size)
{

fsp_err_t err;
uint32_t test_var;

/* Cast to req type */
uint8_t * p_dest = (uint8_t *)OSPI_DMA_ADDRESS;
timer_status_t status = {};
uint32_t number_of_pages;

R_GPT_Open(g_memory_performance.p_ctrl, g_memory_performance.p_cfg);

/* Cast, as compiler will assume result of calc to be int */
number_of_pages = (uint32_t)(data_size * (1024 / OSPI_TEST_PAGE_SIZE));

/* Write 32 blocks worth of data starting at Block 0
* Block size = 64K, i.e. 2 blocks = 128K of data
* check this comment....... */

for (test_var = 0; test_var < number_of_pages; test_var++ )
{
/* Performance measured around this loop will be slightly lower due to branches and test write-in-progress
      * The actual throughput should be measured with direct debugger downloads (not supported by SEGGER yet)*/

   R_GPT_Start(g_memory_performance.p_ctrl);
   err = R_OSPI_Write(g_ospi.p_ctrl, s_page, p_dest, OSPI_TEST_PAGE_SIZE);
   if (FSP_SUCCESS != err)
   {
         __asm("bkpt");
   }
   ospi_test_wait_until_wip();
   p_dest += OSPI_TEST_PAGE_SIZE;
   R_GPT_Stop(g_memory_performance.p_ctrl);
   vTaskDelay(1U);
}

R_GPT_StatusGet(g_memory_performance.p_ctrl, &status);
R_GPT_Reset(g_memory_performance.p_ctrl);
R_GPT_Close(g_memory_performance.p_ctrl);

return (status.counter);
}</code></pre>

<p>测试图片如下所示：</p>

<p>代码运行图片如下所示：</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<div>使用串口工具对开发板输出信息进行监控，监控界面如下所示：</div>

<div> </div>

<div style="text-align: center;"></div>

<div>输入数字：4 对 SPI写入和读写数据的速度进行测试。</div>

<div style="text-align: center;"></div>

<div>按下：64后，可以看到测试结果如下所示：</div>

<div style="text-align: center;"></div>

<div>实物测试图如下所示：</div>

<div>
<div style="text-align: center;"></div>
</div>

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