單片機-XIP-外部閃存就地執行代碼

聲明：此博文所述我未實踐，目的是知識整理。

 

1.  常說的 "單片機的norflash上可以執行代碼 “ 這句話該如何理解？

CPU做取指、譯碼、執行。

常說的哪些介質可以執行程序，實際上指的是CPU可以從那里取指，以供后續譯碼和執行。

 

2.  單片機一般在內部norfalsh上執行代碼

Soc讀取內部NorFlash時可以總線式訪問，這對SoC來說更方便，由SoC直接以地址方式來訪問，而且，NorFlash不需要初始化，時序簡單。

PS：nandflash接口管理復雜，需要專門的控制器。 

 

3. 單片機內部norflash上執行代碼面臨的困局

用ST做GUI界面，面臨最大的問題就是芯片內部flash最大才2M。在現在這個時代，2M其實也放不了幾張圖片。

如果嫌棄你單片機的norflash不夠大呢？你換再大的單片機norflash也大不了多少了，所以：

方案1. 使用ST在M7內核芯片上增加的QSPI控制器，讓用戶把代碼放在外部存儲就地執行。

方案2. 使用sdram，將代碼搬運到sdram內執行。

方案1 對應的方式稱為XIP 。 

方案2 對應的方式稱為 BootROM，顧名思義，從ROM搬運代碼到RAM去執行，所以叫BootROM。

 

4. norflash不夠的解決方案1 -- XIP

(1). 在外部閃存（外部QSPI或FMC-NOR閃存）“就地執行”。

(2). 用戶應用程序代碼應鏈接到目標執行存儲器地址（外部QSPI或FMC-NOR閃存）。

(3). 需要內存映射支持

上面 (1)意思是：XiP是可以在外部閃存直接執行代碼的，就像芯片在內部flash 的地址0x0800 0000直接執行一樣，稱為“就地執行”。

上面(2) 意思是：用戶應用程序代碼編譯的時候鏈接地址要改成外部閃存的地址，如STM32 H7系統給QSPI Flash在系統總線分配的地址是0x9000 0000，那么代碼的地址就要改成0x9000 0000。

 

XIP模型操作流程

XiP啟動方式實際是借助一個bootloader，這個bootloader做了一件很與眾不同的事情，就是把QSPI FLASH映射到了系統總線0x9000 0000 這個地址上。

映射上去以后，只要我們訪問0x9000 0000這個地址，系統總線就會自動去讀QSPI FLASH 0地址的數據。此時是自動去讀！

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

當映射完成后，先關閉全部中斷和cache，然后跳轉到用戶程序執行。

 

借助STM32H7的QSPI、XIP的方式，我們就可以實現讓程序在W25QXX系列芯片內跑起來了。

 

5 . norflash不夠的解決方案2 -- BootROM

(1). 從閃存啟動，配置外部RAM存儲器（SDRAM或SRAM），

    先從閃存復制用戶應用程序二進制文件（SDCARD或SPI-Flash存儲器）到外部SDRAM或外部SRAM，然后跳轉執行用戶應用程序。

(2). 用戶應用程序代碼應鏈接到目標執行存儲器地址（外部SDRAM或SRAM）。

這種模型就很通用了，適用於凡是有FMC能驅動外部RAM的任意一款ST芯片。當然鏈接地址肯定是外部RAM存儲器的地址了。至於閃存，隨意都可以，什么SPI FLASH、TF卡、I2C存儲器都可以。

比如：STM32F407ZG + SRAM(32MB) + TF卡，把程序編譯成二進制放到TF卡里面，每當我把新的程序更新到TF卡，運行的程序就更新了，就有點像玩Linux TF卡啟動的感覺了。

 

6. XiP模型bootloader編寫

參考博文：https://blog.csdn.net/sudaroot/article/details/110128506?utm_medium=distribute.pc_relevant_download.none-task-blog-baidujs-1.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_download.none-task-blog-baidujs-1.nonecase

#include <stdio.h> #include "w25qx_qspi.h" typedef void (*pFunction)(void); #define APPLICATION_ADDRESS            QSPI_BASE
 
static uint32_t QSPI_EnableMemoryMappedMode(QSPI_HandleTypeDef *QSPIHandle); pFunction JumpToApplication; int main(void) { /* USER CODE BEGIN 1 */
 
  /* USER CODE END 1 */
 
  /* Enable I-Cache---------------------------------------------------------*/ SCB_EnableICache(); /* Enable D-Cache---------------------------------------------------------*/ SCB_EnableDCache(); /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
 
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */
 
  /* USER CODE END Init */
 
  /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */
 
  /* USER CODE END SysInit */
 
  /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_QUADSPI_Init(); MX_USART1_UART_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ printf("Sudaroot XiP BootLoader\r\n"); /* 1.W25Qx Init */ W25Qx_QSPI_Init(); /* 2.Enable MemoryMapped mode */ QSPI_EnableMemoryMappedMode(&hqspi); /* 3.Disable CPU L1 cache before jumping to the QSPI code execution */
  /* Disable I-Cache */ SCB_DisableICache(); /* Disable D-Cache */ SCB_DisableDCache(); /* 4.Disable Systick interrupt */ HAL_SuspendTick(); /* 5.Initialize user application's Stack Pointer & Jump to user application */ JumpToApplication = (pFunction) (*(__IO uint32_t*) (APPLICATION_ADDRESS + 4)); __set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ADDRESS); JumpToApplication(); /* USER CODE END 2 */
 
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1) { /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ } /** * @brief Configure the QSPI in memory-mapped mode * @retval QSPI memory status */
static uint32_t QSPI_EnableMemoryMappedMode(QSPI_HandleTypeDef *QSPIHandle) { QSPI_CommandTypeDef s_command; QSPI_MemoryMappedTypeDef s_mem_mapped_cfg; /* Configure the command for the read instruction */ s_command.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE; s_command.Instruction = QUAD_INOUT_FAST_READ_CMD; s_command.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES; s_command.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS; s_command.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; s_command.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES; s_command.DummyCycles = 6; s_command.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE; s_command.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_HALF_CLK_DELAY; s_command.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD; /* Configure the memory mapped mode */ s_mem_mapped_cfg.TimeOutActivation = QSPI_TIMEOUT_COUNTER_DISABLE; s_mem_mapped_cfg.TimeOutPeriod = 0; return HAL_QSPI_MemoryMapped(QSPIHandle, &s_command, &s_mem_mapped_cfg); } int __io_putchar(int ch) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 1000); return ch; }

 

參考資料：

安富萊_STM32-V7開發板_用戶手冊，含BSP驅動包設計（V3.1）.pdf

 

STM32CubeIDE QSPI間接模式和內存映射模式 讀寫W25Q64

https://blog.csdn.net/sudaroot/article/details/109097135

 

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