使用QSPI驅動PM004MNIA

本文對MRAM芯片PM004MNIA進行簡單介紹，并提供QSPI驅動程序源碼。

概述

STT-MRAM PM004MNIA 是一種具有 隨機存取（Random Access） 特性的非易失性存儲器，無需擦除操作，可進行 任意地址的讀寫操作。它的核心基于 自旋轉移扭矩（Spin Transfer Torque, STT） 技術，通過控制電流方向來改變磁性存儲單元的狀態，從而實現數據的存儲與讀取。支持寫無延遲（Write No Delay） 的特性，顯著提高了存儲效率。廣泛應用于需要 高速讀寫、低功耗和長期數據保存 的場景，例如 IoT 設備、工業控制模塊、可穿戴設備、傳感器系統 等。

特性	描述
存儲容量	4Mbit
存儲技術	自旋轉移扭矩磁隨機存取存儲器（STT-MRAM）
隨機存取能力	支持任意地址的讀寫操作，無需擦除，寫入延遲低
接口支持	SPI 和 QPI（四線并行）
最大 SPI 頻率	50MHz
低功耗	Sleep 模式下僅需 2μA
數據保留時間	可達 20 年（在 85°C 環境下）
寫入耐久性	支持高達 10? 次 P/E 周期
寫保護功能	支持配置寫保護區域，確保數據安全

附錄-使用STM32H750驅動程序

1、外設初始化文件

quadspi.c文件

#include "quadspi.h"


QSPI_HandleTypeDef hqspi;

/**
 * @brief     quad spi 外設初始化函數
 * @param     無
 * @retval    無
 */ 
void QUADSPI_Init(void)
{
	hqspi.Instance = QUADSPI;
	hqspi.Init.ClockPrescaler = 5;									/* QSPI時鐘預分頻器（決定實際通信時鐘頻率） */
	hqspi.Init.FifoThreshold = 32;									/* FIFO閾值（單位：字節），當FIFO中的數據量達到該值時觸發中斷/DMA請求 */

	/* 采樣移位模式：
     * HALFCYCLE：在時鐘半周期時采樣（提高時序余量）
     * NONE：不在半周期采樣 */
	hqspi.Init.SampleShifting = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;

	hqspi.Init.FlashSize = 23 - 1;									/* FLASH內存大小 = 2 ^ (FlashSize + 1) */
	
	/* 片選高電平時間：
     * 表示兩次傳輸之間CS保持高電平的最小時鐘周期數 */
	hqspi.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_1_CYCLE;

	    /* 時鐘模式：
     * MODE_0：CLK空閑低電平，第1邊沿（上升沿）采樣
     * MODE_3：CLK空閑高電平，第2邊沿（下降沿）采樣
     * 需與Flash芯片規格書一致 */
	hqspi.Init.ClockMode = QSPI_CLOCK_MODE_0;

	/* Flash芯片選擇：
     * ID_1：使用Bank1（對應BK1_IOx引腳）
     * ID_2：使用Bank2（僅雙Flash模式） */
	hqspi.Init.FlashID = QSPI_FLASH_ID_1;

	/* 雙Flash模式：
     * DISABLE：單Flash模式
     * ENABLE：并聯兩個Flash（地址空間翻倍） */
	hqspi.Init.DualFlash = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;
	if (HAL_QSPI_Init(&hqspi) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}
}

/**
 * @brief     quad spi 外設初始化回調函數
 * @param     qspiHandle：QSPI句柄
 * @retval    無
 */ 
void HAL_QSPI_MspInit(QSPI_HandleTypeDef* qspiHandle)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInitStruct = {0};
	if(qspiHandle->Instance==QUADSPI)
	{
	/** Initializes the peripherals clock
	 */
		PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_QSPI;
		PeriphClkInitStruct.QspiClockSelection = RCC_QSPICLKSOURCE_D1HCLK;
		if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct) != HAL_OK)
		{
			Error_Handler();
		}

		/* QUADSPI clock enable */
		__HAL_RCC_QSPI_CLK_ENABLE();
		__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
		__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
        
		/**QUADSPI GPIO Configuration
		PB6     ------> QUADSPI_BK1_NCS
		PF6     ------> QUADSPI_BK1_IO3
		PF7     ------> QUADSPI_BK1_IO2
		PF8     ------> QUADSPI_BK1_IO0
		PF10     ------> QUADSPI_CLK
		PF9     ------> QUADSPI_BK1_IO1
		*/
		GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF10_QUADSPI;
		HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

		GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_10;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_QUADSPI;
		HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

		GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF10_QUADSPI;
		HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);
	}
}

/**
 * @brief     quad spi 外設重初始化回調函數
 * @param     qspiHandle：QSPI句柄
 * @retval    無
 */ 
void HAL_QSPI_MspDeInit(QSPI_HandleTypeDef* qspiHandle)
{

	if(qspiHandle->Instance==QUADSPI)
	{
		/* Peripheral clock disable */
		__HAL_RCC_QSPI_CLK_DISABLE();

		/**QUADSPI GPIO Configuration
		PB6     ------> QUADSPI_BK1_NCS
		PF6     ------> QUADSPI_BK1_IO3
		PF7     ------> QUADSPI_BK1_IO2
		PF8     ------> QUADSPI_BK1_IO0
		PF10     ------> QUADSPI_CLK
		PF9     ------> QUADSPI_BK1_IO1
		*/
		HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_6);

		HAL_GPIO_DeInit(GPIOF, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10
							|GPIO_PIN_9);
	}
}

quadspi.h文件

#ifndef __QUADSPI_H__
#define __QUADSPI_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#include "main.h"
#include "string.h"

extern QSPI_HandleTypeDef hqspi;

void QUADSPI_Init(void);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __QUADSPI_H__ */

2、驅動文件

bsp_pm004mniatr.c文件

#include "bsp_pm004mniatr.h"
#include "quadspi.h"

/**
 * @brief   讀NOR Flash的狀態寄存器
 * @param   addr: 狀態寄存器地址(寄存器1、2、3 對應地址為 0x00、0x01、0x02)
 * @retval  狀態寄存器的值
 */
uint8_t pm004mniatr_read_sr(uint8_t addr)
{
    uint8_t byte;
    QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};

    qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_READ_MODE_REGISTER;

    qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
	qspi_command_struct.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
	qspi_command_struct.Address = addr;

    qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    qspi_command_struct.DummyCycles = 2;
    qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;
    qspi_command_struct.NbData = 1;
    qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    HAL_QSPI_Receive(&hqspi, &byte, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    return byte;
}

/**
 * @brief   寫NOR Flash的狀態寄存器
 * @param   addr: 狀態寄存器地址(寄存器1、2、3 對應地址為 0x00、0x01、0x02)
 * @param   byte：寄存器寫入值
 * @retval  無
 */
void pm004mniatr_write_sr(uint8_t addr, uint8_t byte)
{

    QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};
    
    qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;
    qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_MODE_REGISTER;
    qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;
	qspi_command_struct.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
	qspi_command_struct.Address = addr;
    qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    qspi_command_struct.DummyCycles = 0;
    qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;
    qspi_command_struct.NbData = 1;
    qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, &byte, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
}

/**
 * @brief   發送快速指令
 * @param   無
 * @retval  無
 */
void pm004mniatr_send_command(uint8_t command)
{
	QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};
	
	qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;                  /* 設置指令模式：使用1線傳輸模式 */
	qspi_command_struct.Instruction = command;                                      /* 設置指令代碼 */
	qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;                            /* 地址模式：不使用地址 */
	qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;              /* 備用字節模式：不使用 */
	qspi_command_struct.DummyCycles = 0;                                            /* 空周期數：0 */ 
	qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_NONE;                                  /* 數據模式：不使用數據傳輸 */ 
	qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;                            /* DDR模式：禁用雙倍數據率模式 */
	qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;               /* DDR半周期保持：使用模擬延遲 */
	qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;                        /* SIOO模式：每次發送指令 */
	
    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
}


/**
 * @brief   啟用quad spi 操作模式
 * @param   無
 * @retval  無
 */
static inline void pm004mniatr_qspi_mode_enable(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_ENTER_QSPI);
}

/**
 * @brief   退出quad spi 操作模式
 * @param   無
 * @retval  無
 */
void inline pm004mniatr_qspi_mode_disable(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_QSPI);
}

/**
 * @brief   寫使能NOR Flash
 * @param   無
 * @retval  無
 */
static inline void pm004mniatr_write_enable(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_ENABLE);
}

/**
 * @brief   進入睡眠模式
 * @param   無
 * @retval  無
 */
static inline void pm004mniatr_sleep(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_ENTRY_SLEEP);
}


/**
 * @brief   喚醒PM004MNIA
 * @param   無
 * @retval  無
 */
static inline void pm004mniatr_wake_up(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_SLEEP);
}

/**
 * @brief   復位PM004MNIA
 * @param   無
 * @retval  無
 */
static inline void pm004mniatr_reset(void)
{
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_RESE_ENABLE);
    pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_RESET);
}

/**
 * @brief   初始化 PM004MNIA
 * @param   無
 * @retval  無
 */
void pm004mniatr_init(void)
{
	/* 初始化quad spi外設 */
    QUADSPI_Init();
    
    /* ------------------安全啟動 --------------------*/
    delay_ms(20);
    /* 復位PM004MNIA */
    pm004mniatr_reset();
    delay_ms(10);
    /* 進入睡眠狀態 */
    pm004mniatr_sleep();
    delay_ms(10);

    /* 喚醒 */
    pm004mniatr_wake_up();
    delay_ms(10);
    /* ----------------安全啟動 END -----------------*/
    
	/* 啟動寫使能 */
	pm004mniatr_write_enable();
	/* 進入qspi操作模式 */
	pm004mniatr_qspi_mode_enable();
}


/**
 * @brief   讀PM004MNIA芯片ID
 * @param   無
 * @retval  PM004MNIA芯片ID
 */
uint16_t pm004mniatr_read_id(void)
{
    uint8_t id[16];
    QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};
    
    qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;              /* 1線指令模式 */
    qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_READ_ID;                /* 讀取指令 */
    qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;                      /* 無地址模式 */
    qspi_command_struct.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;                     /* 24位地址 */
    qspi_command_struct.Address = 0x000000;                                     /* 地址 */
    qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;          /* 無交替字節 */
    qspi_command_struct.DummyCycles = 0;                                        /* 空白周期個數 */
    qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;                            /* 1線數據模式 */
    qspi_command_struct.NbData = 2;
    qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    HAL_QSPI_Receive(&hqspi, id, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    return (((uint16_t)id[0] << 8) | id[1]);
}

/**
 * @brief   從PM004MNIA指定地址開始讀取指定長度的數據  
 * @param   pbuf   : 讀取到數據保存的地址
 * @param   addr   : 指定開始讀取的地址
 * @param   datalen: 指定讀取數據的字節數
 * @retval  無
 */
void pm004mniatr_read_data(uint32_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen)
{
    QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};
    
    qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_4_LINES;
    qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_READ_DATA;
    qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
    qspi_command_struct.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    qspi_command_struct.Address = addr;
    qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    qspi_command_struct.DummyCycles = 12;
    qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES;
    qspi_command_struct.NbData = datalen;
    qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;

    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    HAL_QSPI_Receive(&hqspi, pbuf, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
}

/**
 * @brief   PM004MNIA指定地址寫入指定長度的數據
 * @note    寫入數據的長度不能超過指定地址所在頁的剩余字節數
 * @param   addr   : 指定開始寫入數據的地址
 * @param   pbuf   : 寫入數據指針
 * @param   datalen: 指定寫入數據的字節數
 * @retval  無
 */
void pm004mniatr_write_data(uint32_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen)
{
    QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};
    
	qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_4_LINES;
    qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_DATA;
    qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES;
    qspi_command_struct.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS;
    qspi_command_struct.Address = addr;
    qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;
    qspi_command_struct.DummyCycles = 0;
    qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES;
    qspi_command_struct.NbData = datalen;
    qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;
    qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;
    qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;
    
    HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
    
    HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, pbuf, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
}

bsp_pm004mniatr.h文件

#ifndef __BSP_PM004MNIATR_H__
#define __BSP_PM004MNIATR_H__

#include "stdint.h"
#include "main.h"
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#define PM004MNIATR_MODE_REGISTER_1_ADDR            0x00
#define PM004MNIATR_MODE_REGISTER_2_ADDR            0x01
#define PM004MNIATR_MODE_REGISTER_3_ADDR            0x02

#define PM004MNIATR_COMMAND_READ_ID					0x9F

#define PM004MNIATR_COMMAND_ENTER_QSPI				0x35
#define PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_QSPI				0xF5

#define PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_ENABLE			0x06

#define PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_MODE_REGISTER		0xB1
#define PM004MNIATR_COMMAND_READ_MODE_REGISTER		0xB5

#define PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_DATA				0x02
#define PM004MNIATR_COMMAND_READ_DATA				0x03

#define PM004MNIATR_COMMAND_ENTRY_SLEEP				0xB9
#define PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_SLEEP				0xAB

#define PM004MNIATR_COMMAND_RESE_ENABLE				0x66
#define PM004MNIATR_COMMAND_RESET				    0x99


void pm004mniatr_init(void);

uint8_t pm004mniatr_read_sr(uint8_t addr);
void pm004mniatr_write_sr(uint8_t addr, uint8_t byte);

void pm004mniatr_read_data(uint32_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen);
void pm004mniatr_write_data(uint32_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen);


#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif	/* __BSP_PM004MNIATR_H__ */

posted @ 2025-11-03 23:18 比特向陽閱讀(10) 評論(0) 收藏舉報

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概述

附錄-使用STM32H750驅動程序

1、外設初始化文件

2、驅動文件

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