浅谈Zynq Qspi控制器的三种模式
1 zynq qspi控制器
zynq qspi控制器支持三种模式：i/o模式、线性地址模式和传统spi模式，其中线性地址模式双片选支持最大的线性地址空间为32mb，可通过ps dma读取。
1.1 线性地址模式
线性地址模式只可从qspi flash中读数。在配置qspi boot时，boot rom工作在线性地址模式，且访问时钟为arm接入的晶振时钟，因此在选用晶振时频率不能大于flash的最高访问时钟频率。
线性地址模式下io可以配置为单片选4bit接口、双片选8bit并行接口和双片选stacked 接口，单片器件时必须接到qspi0上。单片qspi flash线性地址映射空间为0xfc00_0000~0xfcff_ffff，若采用两片，必须是同一生产厂家，保证协议相同，在配置为双片选8bit并行接口时，两片flash必须要是同样容量同一厂家器件，保证访问完全同步，寻址空间为0xfc00_0000~0xfdff_ffff。
配置为双片选stacked 接口时，容量可以不同，但必须是相同协议的器件。但第一片器件建议使用128mb器件，这样不会存在地址空区。线性地址模式的读操作极为简单，在确保txfifo和rxfifo为空的情况下设置qspi.config_reg［man_start_en］和qspi.config_reg［pcs］为0，qspi.lqspi_cfg.［lq_mode］为1即可。
1.2 io模式
在io模式下，访问qspi flash的命令、地址和数据都根据spi flash数据手册的规定由用户软件组织写到fifo中，控制器负责将其串行化后从总线发出。在io模式下，可选择自动和手动两种操作模式，手动模式下又有自动片选和手动片选两种模式。自动模式由发数据转为收数据时存在一定局限，因此在实际使用中多为手动模式。
qspi控制器提供了四个可将数据写到fifo的txd寄存器，如下表1所示。
表1 txd寄存器
这样就提供了丰富的选择，无论是按字写、按字节、按双字节三字节都可以，但需要注意的是在不同寄存器间切换时需要等待fifo已经为空状态。txfifo和rxfifo使用同一个门时钟，因此对于每一个字节，包括命令和地址，每从txfifo取出一个字节，一个自己的数据也会写入到rxfifo中。
为了从spi flash读数据，软件除了写入相关的命令、地址、模式、dummy等外，还必须向txfifo写和读数据个数等额的dummy数据，这样才会有控制器写rxfifo的时钟。
需要特别注意的是，在io模式下，控制器自动识别用户指令，在控制器使能，且片选有效的情况下写入fifo的第一条指令被控制器认为是命令，命令总是通过数据线d0发出，命令+数据最长为4字节，也就是说在发出读写命令时，有效地址位总是3字节，只能访问16mb地址空间。
控制器自动识别含义的命令如表2所示。
表2 控制器自动识别含义的命令
无论是线性地址模式还是io模式访问qspi，控制器均只支持表2所示的命令并自动切换控制器工作模式。在表2所列命令之外的，控制器均默认通过d0发出和接收。
2 qspi flash选择 zynq qspi flash控制器并不支持所有的qspi flash器件，因此在选择qspi flash时必须满足：
① 支持qor命令：bootrom默认方式；
② 支持3字节地址模式：默认最大支持16mb，超出16mb部分通过地址寄存器设置后仍可通过3字节地址模式访问的。
不支持qspi flash器件见ug585 12.2.6小节的描述。
2.1 qspi flash操作实例
以镁光的n25q512 qspi flash为例，简要说明要点：
n25q512 qspiflash支持extended、dual和quad三种spi协议模式，默认为extended模式，默认模式即和zynq qspi 控制器访问协议匹配。
n25q512 qspiflash共512mb的密度，分成4个bank，每个bank密度为16mb，可以通过extended address register或者切换到4字节地址模式来对16mb以上的空间进行访问。因为zynq qspi flash仅支持3字节地址模式，因此访问高地址空间时，通过切换extended address register来实现。通过该方式存在一定的风险，那就是bootrom只能访问低16mb空间，为避免镜像写到高地址空间去，在每次用xilinx工具烧写flash前一定要重新断电重启，使flash的extended addressregister恢复到默认状态。
n25q512 qspiflash在erase、program和访问内部寄存器前一定要先发出写使能命令（06h）；erase、program命令发出后一定要读flagstatus寄存器。
n25q512 qspiflash，擦除可以是子页擦除（4kb）、页擦除（64kb）和die擦除（32mb）。一页大小为256b，因此每个program命令只能写256字节的数据。
3 作为boot器件的考虑 在使用qspi flash需要注意：
① bootrom只能访问低16m（单ss）或低32m（双ss），因此镜像必须存储下可访问空间内；
② 单ss时，启动器件必须挂在qspi控制0上；
③ 双ss并行8bit模式时bootrom的搜索步长是64kb，其模式为32kb，因此为减少搜索时间，启动镜像最好从地址0开始。
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1.1 线性地址模式
线性地址模式只可从qspi flash中读数。在配置qspi boot时，boot rom工作在线性地址模式，且访问时钟为arm接入的晶振时钟，因此在选用晶振时频率不能大于flash的最高访问时钟频率。
线性地址模式下io可以配置为单片选4bit接口、双片选8bit并行接口和双片选stacked 接口，单片器件时必须接到qspi0上。单片qspi flash线性地址映射空间为0xfc00_0000~0xfcff_ffff，若采用两片，必须是同一生产厂家，保证协议相同，在配置为双片选8bit并行接口时，两片flash必须要是同样容量同一厂家器件，保证访问完全同步，寻址空间为0xfc00_0000~0xfdff_ffff。
配置为双片选stacked 接口时，容量可以不同，但必须是相同协议的器件。但第一片器件建议使用128mb器件，这样不会存在地址空区。线性地址模式的读操作极为简单，在确保txfifo和rxfifo为空的情况下设置qspi.config_reg［man_start_en］和qspi.config_reg［pcs］为0，qspi.lqspi_cfg.［lq_mode］为1即可。
1.2 io模式
在io模式下，访问qspi flash的命令、地址和数据都根据spi flash数据手册的规定由用户软件组织写到fifo中，控制器负责将其串行化后从总线发出。在io模式下，可选择自动和手动两种操作模式，手动模式下又有自动片选和手动片选两种模式。自动模式由发数据转为收数据时存在一定局限，因此在实际使用中多为手动模式。
qspi控制器提供了四个可将数据写到fifo的txd寄存器，如下表1所示。
表1 txd寄存器
这样就提供了丰富的选择，无论是按字写、按字节、按双字节三字节都可以，但需要注意的是在不同寄存器间切换时需要等待fifo已经为空状态。txfifo和rxfifo使用同一个门时钟，因此对于每一个字节，包括命令和地址，每从txfifo取出一个字节，一个自己的数据也会写入到rxfifo中。
为了从spi flash读数据，软件除了写入相关的命令、地址、模式、dummy等外，还必须向txfifo写和读数据个数等额的dummy数据，这样才会有控制器写rxfifo的时钟。
需要特别注意的是，在io模式下，控制器自动识别用户指令，在控制器使能，且片选有效的情况下写入fifo的第一条指令被控制器认为是命令，命令总是通过数据线d0发出，命令+数据最长为4字节，也就是说在发出读写命令时，有效地址位总是3字节，只能访问16mb地址空间。
控制器自动识别含义的命令如表2所示。
表2 控制器自动识别含义的命令
无论是线性地址模式还是io模式访问qspi，控制器均只支持表2所示的命令并自动切换控制器工作模式。在表2所列命令之外的，控制器均默认通过d0发出和接收。
2 qspi flash选择 zynq qspi flash控制器并不支持所有的qspi flash器件，因此在选择qspi flash时必须满足：
① 支持qor命令：bootrom默认方式；
② 支持3字节地址模式：默认最大支持16mb，超出16mb部分通过地址寄存器设置后仍可通过3字节地址模式访问的。
不支持qspi flash器件见ug585 12.2.6小节的描述。
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n25q512 qspiflash支持extended、dual和quad三种spi协议模式，默认为extended模式，默认模式即和zynq qspi 控制器访问协议匹配。
n25q512 qspiflash共512mb的密度，分成4个bank，每个bank密度为16mb，可以通过extended address register或者切换到4字节地址模式来对16mb以上的空间进行访问。因为zynq qspi flash仅支持3字节地址模式，因此访问高地址空间时，通过切换extended address register来实现。通过该方式存在一定的风险，那就是bootrom只能访问低16mb空间，为避免镜像写到高地址空间去，在每次用xilinx工具烧写flash前一定要重新断电重启，使flash的extended addressregister恢复到默认状态。
n25q512 qspiflash在erase、program和访问内部寄存器前一定要先发出写使能命令（06h）；erase、program命令发出后一定要读flagstatus寄存器。
n25q512 qspiflash，擦除可以是子页擦除（4kb）、页擦除（64kb）和die擦除（32mb）。一页大小为256b，因此每个program命令只能写256字节的数据。
3 作为boot器件的考虑 在使用qspi flash需要注意：
① bootrom只能访问低16m（单ss）或低32m（双ss），因此镜像必须存储下可访问空间内；
② 单ss时，启动器件必须挂在qspi控制0上；
③ 双ss并行8bit模式时bootrom的搜索步长是64kb，其模式为32kb，因此为减少搜索时间，启动镜像最好从地址0开始。
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