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STM32CubeIDE XiP 和 BootROM介绍， XiP外部内存QSPI FLASH执行用户代码_spi xip代码

作者：我家小花儿 | 2024-02-21 15:47:59

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spi xip代码

随言：

目前的电子产品功能越来越多，随之而来的就是代码越来越庞大，代码所需要的存放空间也越来越大。

比如：用ST做GUI界面，面临最大的问题就是芯片内部flash最大才2M。在现在这个时代，2M其实也放不了几张图片。

故ST在某些M4 M7内核芯片上增加了QSPI外设，让用户把代码放在外部存储执行。

也同时提供了两种代码启动方式 XiP 和 BootROM模型。

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参考资料：

文档：

ST官网或者ST社区搜索文件索引号：AN5188 

《AN5188 Application note External memory code execution on STM32F7x0 Value line and STM32H750 Value line MCUs》

例程：

..\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.8.0\Projects\STM32H750B-DK\Templates

正文：

刚才提到有两种启动代码方式： XiP 和 BootROM。

其实就是个bootloader，加上个用户APP。不知道的bootloader的IAP的文章写的好详细了。

而APP就是我们写的产品功能逻辑业务代码了。

1、XiP

XiP: 在从外部闪存（QSPI或FMC-NOR闪存）“就地执行”。 用户应用程序代码应与目标执行存储器地址（外部QSPI或FMC-NOR闪存）链接。

上面这1句话意思是：XiP是可以在外部闪存直接执行代码的，就像芯片在内部flash 的地址0x0800 0000直接执行一样，称为“就地执行”。

上面这2句话意思是：用户应用程序代码编译的时候链接地址要改成外部闪存的地址，如STM32 H7系统给QSPI Flash在系统总线分配的地址是0x9000 0000，那么代码的地址就要改成0x9000 0000。

XiP模型基于直接从用于代码存储的外部非易失性存储器中执行代码。 此执行模型需要内存映射支持，以授予CPU对已执行代码的用户应用程序的直接访问权。 XiP模型可通过FMC / QSPI接口在外部NOR / QSPI闪存上使用。

下面的流程图显示了XiP模型的操作流程（英文不好没关系，看中文）。

小结：首先你要知道XiP启动方式是一个bootloader，这个bootloader做了一件很与众不同的事情就是把QSPI FLASH映射到了系统总线0x9000 0000 这个地址上。

映射上去以后，只要我们访问0x9000 0000这个地址，系统总线就会自动去读QSPI FLASH 0地址的数据。记住是自动去读，

比如：uint32_t temp = *((uint32_t *)0x90000000)就能直接拿到QSPI FLASH第0~3地址数据。

当映射完成后自然是准备跳转到用户程序执行。准备工作就是关闭全部中断和cache。

2、BootROM

BootROM: 从内部闪存启动，配置外部RAM存储器（SDRAM或SRAM），从代码存储区复制用户应用程序二进制文件（SDCARD或SPI-Flash存储器）连接到外部SDRAM或外部SRAM，然后跳转到用户应用程序。 用户应用程序代码应与目标执行存储器地址（外部SDRAM或SRAM）链接。

BootROM模型基于从选定的易失性内存执行的代码。当二进制数据存储在没有内存映射接口的内存中时，这种执行模型是合适的(比如SDCARD)。当二进制数据存储在吞吐量较低的内存中(如用于SPI-NOR(使用具有一行的QSPI进行模拟)时，此模型也适用)。根据的用户配置，外部内存引导应用程序配置了以下两个易失性内存:SDRAM、SRAM、PSRAM或内部SRAM。在此模型中，在外部内存引导应用程序执行之前，二进制数据将从非易失性内存复制到一个易失性内存。第二个易失性存储器用于数据。

下面的流程图说明了BootROM模型的操作流程。

小结：这种模型就很通用了，适用于凡是有FMC能驱动外部RAM的任意一款ST芯片。细看流程图其实就是把外部的ROM复制到外部的RAM(如SRAM, SDRAM)，然后在外部RAM上“就地执行”。

当然编译时的链接地址肯定是外部RAM的地址了。至于外部ROM随意都可以，什么SPI FLASH、TF卡、I2C存储器都可以，无非就是复制到外部RAM慢一点，启动慢一点。最后跳转到外部RAM运行用户程序。

比如：STM32F407ZG + SRAM(32MB) + TF卡，把程序编译成二进制放到TF卡里面，每当我把新的程序更新到TF卡，运行的程序就更新了，就有点像玩Linux TF卡启动的感觉了。

如果是SPI FLASH则需要重新写下载算法。这个模型很有意思...~！@#

3、XiP模型bootloader编写

首先，你要准备好一份测试过没有问题QSPI FLASH 代码，

我以前做过笔记，STM32CubeIDE QSPI间接模式和内存映射模式 读写W25Q64：STM32CubeIDE QSPI间接模式和内存映射模式 读写W25Q64_sudaroot的博客-CSDN博客_qspi内存映射

故我自己复制粘贴就好了，由于这次我用的是STM32H750VB + W25Q64硬件，还要微微调整一下。

static uint32_t QSPI_EnableMemoryMappedMode(QSPI_HandleTypeDef *QSPIHandle)；这些函数在上面文章讲过了，这不讲了。

  1. #include <stdio.h>
  2. #include "w25qx_qspi.h"
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8. typedef  void (*pFunction)(void);
  9.  
  10. #define APPLICATION_ADDRESS            QSPI_BASE
  11.  
  12. static uint32_t QSPI_EnableMemoryMappedMode(QSPI_HandleTypeDef *QSPIHandle);
  13.  
  14.  
  15. pFunction JumpToApplication;
  16.  
  17.  
  18. int main(void)
  19. {
  20.   /* USER CODE BEGIN 1 */
  21.  
  22.   /* USER CODE END 1 */
  23.  
  24.   /* Enable I-Cache---------------------------------------------------------*/
  25.   SCB_EnableICache();
  26.  
  27.   /* Enable D-Cache---------------------------------------------------------*/
  28.   SCB_EnableDCache();
  29.  
  30.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  31.  
  32.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  33.   HAL_Init();
  34.  
  35.   /* USER CODE BEGIN Init */
  36.  
  37.   /* USER CODE END Init */
  38.  
  39.   /* Configure the system clock */
  40.   SystemClock_Config();
  41.  
  42.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
  43.  
  44.   /* USER CODE END SysInit */
  45.  
  46.   /* Initialize all configured peripherals */
  47.   MX_GPIO_Init();
  48.   MX_QUADSPI_Init();
  49.   MX_USART1_UART_Init();
  50.   /* USER CODE BEGIN 2 */
  51.  
  52.   printf("Sudaroot XiP BootLoader\r\n");
  53.   /* 1.W25Qx Init */
  54.   W25Qx_QSPI_Init();
  55.  
  56.   /* 2.Enable MemoryMapped mode */
  57.   QSPI_EnableMemoryMappedMode(&hqspi);
  58.  
  59.   /* 3.Disable CPU L1 cache before jumping to the QSPI code execution */
  60.   /* Disable I-Cache */
  61.   SCB_DisableICache();
  62.  
  63.   /* Disable D-Cache */
  64.   SCB_DisableDCache();
  65.  
  66.   /* 4.Disable Systick interrupt */
  67.   HAL_SuspendTick();
  68.  
  69.   /* 5.Initialize user application's Stack Pointer & Jump to user application */
  70.   JumpToApplication = (pFunction) (*(__IO uint32_t*) (APPLICATION_ADDRESS + 4));
  71.   __set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ADDRESS);
  72.   JumpToApplication();
  73.   /* USER CODE END 2 */
  74.  
  75.   /* Infinite loop */
  76.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
  77.   while (1)
  78.   {
  79.     /* USER CODE END WHILE */
  80.  
  81.     /* USER CODE BEGIN 3 */
  82.   }
  83.   /* USER CODE END 3 */
  84. }
  85.  
  86.  
  87. /**
  88.   * @brief  Configure the QSPI in memory-mapped mode
  89.   * @retval QSPI memory status
  90.   */
  91. static uint32_t QSPI_EnableMemoryMappedMode(QSPI_HandleTypeDef *QSPIHandle)
  92. {
  93.   QSPI_CommandTypeDef      s_command;
  94.   QSPI_MemoryMappedTypeDef s_mem_mapped_cfg;
  95.  
  96.   /* Configure the command for the read instruction */
  97.   s_command.InstructionMode   = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
  98.   s_command.Instruction       = QUAD_INOUT_FAST_READ_CMD;
  99.   s_command.AddressMode       = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
  100.   s_command.AddressSize       = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
  101.   s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
  102.   s_command.DataMode          = QSPI_DATA_4_LINES;
  103.   s_command.DummyCycles       = 6;
  104.   s_command.DdrMode           = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
  105.   s_command.DdrHoldHalfCycle  = QSPI_DDR_HHC_HALF_CLK_DELAY;
  106.   s_command.SIOOMode          = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
  107.  
  108.   /* Configure the memory mapped mode */
  109.   s_mem_mapped_cfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE;
  110.   s_mem_mapped_cfg.TimeOutPeriod     = 0;
  111.  
  112.   return HAL_QSPI_MemoryMapped(QSPIHandle, &s_command, &s_mem_mapped_cfg);
  113. }
  114.  
  115. int __io_putchar(int ch)
  116. {
  117. 	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 1000);
  118. 	return ch;
  119. }

4、BootROM模型bootloader编写

我有空就写，或者自己去看ST的例程。用的比较少。

5、经验分享

1、做这个bootloader的系统时钟一定要和APP的系统时钟一致，否则跳转到APP后在初始化时

系统时钟导致不一致，总线去读取QSPI FLASH的数据都是错的，程序必然跑飞卡死。其中主要是QSPI时钟。

2、在bootloader 中QSPI内存映射后，系统会把QSPI当做系统一部分。故不能在APP初始化或者使用关于QSPI外设的事物。

如不能使用QSPI flash的引脚   或者  不能重新初始化QSPI外设，否则则跑飞。切记~！！！

6、结束

在这里肯定有人疑惑哪个模型好运行速度快？

我只想说适合你的项目就好了，不用纠结。

非要说速度快的，还有一种模型，混合运行的模型。

把启动相关和想快速运行的代码链接地址设置内部flash上，把一些不重要的代码链接地址放在外部ROM上。

这样就没有bootloader和APP这个概念了，就是一个程序了，但是还是少不了定制下载算法。

 全篇完。

本人是一个嵌入式未入门小白，博客仅仅代表我个人主观见解，记录成长笔记。
笔记是以最简单的方式，只展示最核心的原理。
若有与 大神大大 见解有歧义，我绝对坚信 大神大大 见解是对的，我的是错的。
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