为 ING916 添加外部 Flash 扩充容量

ING916 的 SPI0 通过 AHB 总线连接到处理器，支持 4 线模式，以存储映射方式只读访问时支持 XIP。通过 SPI0 外挂串行 NOR Flash，处理器就可以通过映射方式读取 NOR Flash 里的内容。对于开发者而言，这块外挂 NOR Flash 可存放程序、只读数据等，可被 Cache “加速”，像内置 Flash 一样，使用方便。

这里是适用于 Winbond W25Q SPI Nor Flash 的完整烧写算法项目（Keil）。设 Keil 安装目录为 C:\Keil_v5，可解压到 C:\Keil_v5\ARM\Flash\ING91600_EXT 目录下直接编译。

SDK 从 v8.4.19 开始：1）自动安装 W25Q 烧写算法；2）支持串口和 USB 烧录。

0. 芯片选型

SPI0 配置到专门的高速管脚可获得最高的传输速率。建议结合项目需要，确定 ING916 和 NOR Flash 的选型。

1. 开发 Flash 烧写算法

下一步是为 NOR Flash 开发烧写算法。由于烧写算法不便调试，我们可以先在一个“普通”程序里实现相关的函数，测试正常后再转换为烧写算法。

用程序读写外部 Flash

注意: 必须使用 SDK v8.4.10 或更高版本的 Cube。对于较低版本的 SDK，请使用外设驱动。

先用 Wizard 创建一个 ING916 项目，打开 Cube。假设我们决定选用 ING91682C，在 Cube 里把封装切换为 ING91682C，然后直接点击 “Set to High Speed Pins” 为 SPI0 配置高速管脚：

切换到时钟树界面，确认 SPI0 时钟为 24MHz 慢时钟（注：开发调试阶段先使用较低的时钟频率。），回到 SPI0 的设置页面，将 Basic Settings 的 “Clock frequency” 设置为 24MHz。

说明：时钟树界面的 SPI0 时钟为 SPI0 硬件模块的驱动；而 Basic Settings 的 “Clock frequency” 为 SPI0 （主模式下）输出的 CLK 信号的频率，由驱动分频得来。

参考 NOR Flash 数据手册，开发、调试相关的操作函数，如擦除、写入、设置模式等。

以 AHB_QSPI_MEM_BASE 为起始地址可直接以存储映射方式读取 NOR Flash 里的数据。读取时，SPI0 不需要任何特殊设置。

待功能验证正常后，可酌情优化传输速率：提供 SPI0 时钟、设置 NOR Flash 的 4 线模式等。如果需要以 2 线或者 4 线模式读取 NOR Flash，需要配置 SPI0 的 MemAccessCmd 参数。请参考 NOR Flash 数据手册，选择合适的命令和时序。MemAccessCmd 默认为 SPI_MEMRD_CMD_03，单线模式。

// 示例：设置为使用 EB 命令（4 线模式）
apSSP_SetMemAccessCmd(AHB_SSP0, SPI_MEMRD_CMD_EB);

将程序转换为 Flash 烧写算法

下一步是通过上面的 NOR Flash 操作函数实现下载工具或者 IDE 要求的 Flash 烧写接口。以 Keil 为例，需要实现 4 个必备的接口：

Init: 初始化
UnInit: 反初始化
EraseSector: 擦除一个扇区
ProgramPage: 写入一页

Flash 的特性、地址范围等在 FlashDev.c 的定义，如示例中：

struct FlashDevice const FlashDevice  =  {
   FLASH_DRV_VERS,             // Driver Version, do not modify!
   "INGCHIPS 91600 EXT W25Q",  // Device Name
   EXTSPI,                     // Device Type
   0x04000000,                 // Device Start Address  (A)
   0x01000000,                 // Device Size in Bytes  (B)
   4096,                       // Programming Page Size (C)
   0,                          // Reserved, must be 0
   0xFF,                       // Initial Content of Erased Memory
   800,                        // Program Page Timeout 100 mSec
   3000,                       // Erase Sector Timeout 3000 mSec

// Specify Size and Address of Sectors
   0x1000, 0x000000,          // Sector Size 4kB        (D)
   SECTOR_END
};

其中，名称可任意填写；起始地址 A 为固定值（AHB_QSPI_MEM_BASE），不可修改； B 既可根据实际情况填写，也可以填写一个 Flash 同系列型号所支持的最大容量（W25Q 地址 24bit，最大支持 16MiB），当以后更换容量更大的 Flash 型号时，不需要更改烧写算法； D 务必根据实际情况填写扇区大小；C 为烧录时一页的大小，由于 Flash 可能不支持按页擦除、却一定支持按扇区擦除，所以这里把它设置为一个扇区的大小。

2. 使用外部 Flash

用 Wizard 创建一个 ING916 项目（假设名为 use_ext_flash）。打开 Cube，切换到所选用的封装，打开 SPI0 的时钟，并为 SPI0 配置管脚。在 Keil 里打开项目的 Target 设置，添加一块外部 Flash，起始地址为 AHB_QSPI_MEM_BASE：

进入烧写算法设置页面，添加外部 Flash 烧写算法，添加完成后，这个项目存在两个烧写算法：

为项目添加一个新的文件 demo.c，写一个测试函数：

#include "platform_api.h"

void hello_world(void)
{
    platform_printf("hello from EXT flash\n");
}

在 set_profile() 里调用这个函数：

extern void hello_world(void);

uint32_t setup_profile(void *data, void *user_data)
{
    platform_printf("setup profile\n");
    platform_printf("func @ %p\n", hello_world);
    hello_world();
    //...
}

打开 demo.c 的选项窗口，将 “Code/Const” 指派到 ROM1：

检查项目目录下是否存在 use_ext_flash.bin 文件，如有则删除。编译，此时可发现项目目录下生成了一个名为 use_ext_flash.bin 的文件夹，里面存放了两个分别对应于 ROM1 和 IROM1 的文件。打开下载工具，不勾选 “Burn Bin #2”（注意：v8.4.18 或更旧版本的下载工具可以下载 ER_IROM1，但无法下载 ER_ROM1；v8.4.19 及以上版本的下载工具两个文件都支持。），只下载 platform.bin。回到 Keil，点击 Download (F8) 按钮下载 app。运行程序，用串口工具可看到如下输出：

setup profile
func @ 04000001
hello from EXT flash

可见 hello_world 函数已被存放于外挂 NOR Flash，使用时与内置 Flash 没有区别。