在瑞萨CPKCOR-RA8D1B核心板上实现QSPI读取外部Flash

瑞萨嵌入式小百科 2026-01-28 4274

描述

“RA MCU众测宝典”中I2C/SPI通信与显示驱动专题更新了。这次我们聚焦瑞萨【CPKCOR-RA8D1B核心板】开发板，一步步实现QSPI读取外部Flash。

开启宝典

QSPI是Queued SPI的简写，是Motorola公司推出的SPI接口的扩展，比SPI应用更加广泛。在SPI协议的基础上，Motorola公司对其功能进行了增强，增加了队列传输机制，推出了队列串行外围接口协议（即QSPI协议）。

QSPI是一种专用的通信接口，连接单、双或四（条数据线）SPI Flash存储介质。QSPI是一个内存控制器，用于连接具有SPI兼容接口的串行ROM（非易失性存储器）。

我们看一下核心板上的外扩Flash：

开发板

外扩的Flash的型号是AT25SF128B。

QSPI使用6个信号连接Flash，分别是四个数据线QIO0~QIO3，一个时钟输出CLK，一个片选输出（低电平有效）QSSL，它们的作用介绍如下：

QSSL：片选输出（低电平有效），适用于FLASH 1。如果QSPI始终在双闪存模式下工作，则其也可用于FLASH 2从设备选择信号线。QSPI通讯以QSSL线置低电平为开始信号，以QSSL线被拉高作为结束信号。

CLK：时钟输出，适用于两个存储器，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

QIO0QIO0~QIO3：四线模式中为双向IO。

接下来进行软件配置：

添加OSPI功能模块：

开发板

接下来我们配置一下引脚：

开发板

一共是6个引脚，接下来配置模块信息：

开发板

下面是部分Flash的命令，我们可以初始化这些内容：

开发板

接下来我们代码测试一下QSPI的功能。

我们定义了一些基础功能测试：

左右滑动查看完整内容

uint8_t g_read_data [OSPI_B_APP_DATA_SIZE]  = {RESET_VALUE};


uint8_t g_write_data [OSPI_B_APP_DATA_SIZE] = {
0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F,
0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16, 0x17, 0x18, 0x19, 0x1A, 0x1B, 0x1C, 0x1D, 0x1E, 0x1F,
0x20, 0x21, 0x22, 0x23, 0x24, 0x25, 0x26, 0x27, 0x28, 0x29, 0x2A, 0x2B, 0x2C, 0x2D, 0x2E, 0x2F,
0x30, 0x31, 0x32, 0x33, 0x34, 0x35, 0x36, 0x37, 0x38, 0x39, 0x3A, 0x3B, 0x3C, 0x3D, 0x3E, 0x3F,
};
spi_flash_direct_transfer_t g_ospi_b_direct_transfer [OSPI_B_TRANSFER_MAX] =
{
/* Transfer structure for SPI mode */
    [OSPI_B_TRANSFER_WRITE_ENABLE_SPI] =
    {
        .command        = OSPI_B_COMMAND_WRITE_ENABLE_SPI,
        .address        = OSPI_B_ADDRESS_DUMMY,
        .data           = OSPI_B_DATA_DUMMY,
        .command_length = OSPI_B_COMMAND_LENGTH_SPI,
        .address_length = OSPI_B_ADDRESS_LENGTH_ZERO,
        .data_length    = OSPI_B_DATA_LENGTH_ZERO,
        .dummy_cycles   = OSPI_B_DUMMY_CYCLE_WRITE_SPI
    },
    [OSPI_B_TRANSFER_READ_STATUS_SPI] =
    {
        .command        = OSPI_B_COMMAND_READ_STATUS_SPI,
        .address        = OSPI_B_ADDRESS_DUMMY,
        .data           = OSPI_B_DATA_DUMMY,
        .command_length = OSPI_B_COMMAND_LENGTH_SPI,
        .address_length = OSPI_B_ADDRESS_LENGTH_ZERO,
        .data_length    = OSPI_B_DATA_LENGTH_ONE,
        .dummy_cycles   = OSPI_B_DUMMY_CYCLE_READ_STATUS_SPI
    },
    [OSPI_B_TRANSFER_READ_DEVICE_ID_SPI] =
    {
        .command        = OSPI_B_COMMAND_READ_DEVICE_ID_SPI,     //0x9f
        .address        = OSPI_B_ADDRESS_DUMMY,                  //0
        .data           = OSPI_B_DATA_DUMMY,                     //0
        .command_length = OSPI_B_COMMAND_LENGTH_SPI,             //1
        .address_length = OSPI_B_ADDRESS_LENGTH_ZERO,            //0
        .data_length    = OSPI_B_DATA_LENGTH_FOUR,               //4
        .dummy_cycles   = OSPI_B_DUMMY_CYCLE_READ_STATUS_SPI     //0
    }
};
fsp_err_tospi_b_read_device_id(uint32_t * const p_id)
{
fsp_err_t                   err             = FSP_SUCCESS;
spi_flash_direct_transfer_t transfer        = {RESET_VALUE};
/* Read and check flash device ID */
    transfer = g_ospi_b_direct_transfer[OSPI_B_TRANSFER_READ_DEVICE_ID_SPI];
    err = R_OSPI_B_DirectTransfer(&g_qspi0_flash_ctrl, &transfer, SPI_FLASH_DIRECT_TRANSFER_DIR_READ);
if(err!=FSP_SUCCESS)
        {
printf("R_OSPI_B_DirectTransfer API FAILED 
");
        }
/* Get flash device ID */
    *p_id = transfer.data;
return err;
}
staticfsp_err_tospi_b_write_enable(void)
{
fsp_err_t                   err             = FSP_SUCCESS;
spi_flash_direct_transfer_t transfer        = {RESET_VALUE};
/* Transfer write enable command */
    transfer = g_ospi_b_direct_transfer[OSPI_B_TRANSFER_WRITE_ENABLE_SPI];
    err = R_OSPI_B_DirectTransfer(&g_qspi0_flash_ctrl, &transfer, SPI_FLASH_DIRECT_TRANSFER_DIR_WRITE);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
/* Read Status Register */
    transfer = g_ospi_b_direct_transfer[OSPI_B_TRANSFER_READ_STATUS_SPI];
    err = R_OSPI_B_DirectTransfer(&g_qspi0_flash_ctrl, &transfer, SPI_FLASH_DIRECT_TRANSFER_DIR_READ);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
/* Check Write Enable bit in Status Register */
if(OSPI_B_WEN_BIT_MASK != (transfer.data & OSPI_B_WEN_BIT_MASK))
    {
printf("Write enable FAILED
");
    }
return err;
}
staticfsp_err_tospi_b_wait_operation(uint32_t timeout)
{
fsp_err_t          err    = FSP_SUCCESS;
spi_flash_status_t status = {RESET_VALUE};
    status.write_in_progress = true;
while (status.write_in_progress)
    {
/* Get device status */
        R_OSPI_B_StatusGet(&g_qspi0_flash_ctrl, &status);
if(RESET_VALUE == timeout)
        {
printf("OSPI time out occurred
");
        }
        R_BSP_SoftwareDelay(1, OSPI_B_TIME_UNIT);
        timeout --;
    }
return err;
}
staticfsp_err_tospi_b_erase_operation(uint8_t * const p_address)
{
fsp_err_t   err             = FSP_SUCCESS;
uint32_t    sector_size     = RESET_VALUE;
uint32_t    erase_timeout   = RESET_VALUE;
/* Check sector size according to input address pointer,
        described in S28HS512T data sheet
    */
if(OSPI_B_SECTOR_4K_END_ADDRESS < (uint32_t)p_address)
    {
        sector_size = OSPI_B_SECTOR_SIZE_256K;
        erase_timeout = OSPI_B_TIME_ERASE_256K;
    }
else
    {
        sector_size = OSPI_B_SECTOR_SIZE_4K;
        erase_timeout = OSPI_B_TIME_ERASE_4K;
    }
/* Performs erase sector */
    err = R_OSPI_B_Erase(&g_qspi0_flash_ctrl, p_address, sector_size);
/* Wait till operation completes */
    err = ospi_b_wait_operation(erase_timeout);
return err;
}
staticfsp_err_tospi_b_write_operation(uint8_t * const p_address,
uint8_t *pdata, uint16_t len)
{
fsp_err_t   err         = FSP_SUCCESS;
/* Erase sector before write data to flash device */
    err = ospi_b_erase_operation(p_address);
/* Write data to flash device */
    err = R_OSPI_B_Write(&g_qspi0_flash_ctrl, pdata, p_address, len);
/* Wait until write operation completes */
    err = ospi_b_wait_operation(OSPI_B_TIME_WRITE);
return err;
}
staticfsp_err_tospi_b_read_operation(uint8_t * const p_address,uint8_t *pdata, uint16_t len)
{
fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
/* Clean read buffer */
memset(pdata, RESET_VALUE, len);
/* Read data from flash device */
memcpy(pdata, p_address, len);
return err;


}

在main中我们需要先初始化：

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voidqspi_FlashInit( void )
{


  /* Open the OSPI instance. */
    fsp_err_t err = R_OSPI_B_Open(&g_qspi0_flash_ctrl, &g_qspi0_flash_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
    /* Switch OSPI module to 1S-1S-1S mode to configure flash device */
    err = R_OSPI_B_SpiProtocolSet(&g_qspi0_flash_ctrl, SPI_FLASH_PROTOCOL_EXTENDED_SPI);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
    /* Reset flash device by driving OM_RESET pin */
    R_XSPI->LIOCTL_b.RSTCS0 = 0;
    R_BSP_SoftwareDelay(OSPI_B_TIME_RESET_PULSE, OSPI_B_TIME_UNIT);
    R_XSPI->LIOCTL_b.RSTCS1 = 1;
    R_BSP_SoftwareDelay(OSPI_B_TIME_RESET_SETUP, OSPI_B_TIME_UNIT);
    ospi_b_write_enable();


}

然后直接初始化阶段测试QSPI，我们写入一页数据，但是之读取其中的16个，并通过串口打印：

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fsp_err_tospi_b_Testoperation(uint8_t * p_address)
{


    fsp_err_t       err                         = FSP_SUCCESS;
    uint16_t i = 0;
    err = ospi_b_erase_operation(p_address);
    err = ospi_b_write_operation (p_address,g_write_data,OSPI_B_APP_DATA_SIZE);
    if(err==FSP_SUCCESS)
    {
        /* Print execution time */
        printf("Write %d bytes completed successfully
", (int)(OSPI_B_APP_DATA_SIZE));
    }
    else
    {
        printf("Write operation failure
");
    }
    printf("Write Data:
");
    for(i=0;i<=OSPI_B_APP_DATA_SIZE-1;i++)
    {
        printf("%d ",g_write_data[i]);
    }
    err = ospi_b_read_operation (p_address,g_read_data,16);
    if(err==FSP_SUCCESS)
    {
        /* Print execution time */
        printf("
Read %d bytes completed successfully
", (int)(OSPI_B_APP_DATA_SIZE));
    }
    else
    {
        printf("
Read operation failure
");
    }
    printf("Read Data:
");
    for(i=0;i<=sizeof(g_read_data)-1;i++)
    {
        printf("%d ",g_read_data[i]);
    }
    /* Compare data read and date written */
    if(RESET_VALUE == memcmp(&g_read_data, &g_write_data, (size_t)16))
    {
        printf("
Data read matched data written
");
        printf("flash读写数据成功
");
    }
    else
    {
        printf("
Data read does not match data written
");
        printf("flash读写数据失败
");
    }
    /* Performs OSPI erase operation */
    err = ospi_b_erase_operation(p_address);
    if(err==FSP_SUCCESS)
    {
        /* Print execution time */
        printf("Erase sector completed successfully
");
    }
    else
    {
        printf("erase operation failure
");
    }
    return err;


}

串口打印结果如下：

开发板

从QSPI的六引脚配置、OSPI功能模块添加，到命令集定义、Flash读写擦除的代码实现，再到串口打印验证数据匹配。我们不仅掌握了不同通信协议的配置逻辑，还摸清了它们在存储外设交互中的核心应用——这次通过QSPI实现Flash的读写擦除与数据验证，正是高速通信在存储场景的典型落地。

I2C/SPI通信与显示驱动专题的技能专题还在持续拓展！如果你在实操中对QSPI的协议时序、Flash命令配置有新的感悟，或是想分享更多通信驱动的实战场景，欢迎在评论区交流。

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