ZYNQ QSPI Flash读写操作详解

一、QSPI Flash

QSPI(Quad SPI)是一种高速串行通信接口，在ZYNQ SoC中常用于连接外部Flash存储器。相比标准SPI，QSPI使用4条数据线并行传输，显著提高了数据传输速率。

二、硬件连接

ZYNQ QSPI Flash典型连接方式：

QSPI_CLK：时钟信号
QSPI_SS：片选信号
QSPI_IO0：数据线0(MOSI)
QSPI_IO1：数据线1(MISO)
QSPI_IO2：数据线2(WP#)
QSPI_IO3：数据线3(HOLD#/RESET#)

三、软件配置

1. Vivado硬件平台配置

在Block Design中添加ZYNQ Processing System IP
在PS-PL Configuration中启用Quad SPI Flash
配置正确的Flash型号和参数

2. SDK/Xilinx Vitis软件配置

#include "xqspips.h"  // QSPI驱动头文件
#include "xparameters.h"  // 硬件参数头文件

#define QSPI_DEVICE_ID XPAR_XQSPIPS_0_DEVICE_ID
XQspiPs QspiInstance;  // QSPI实例

四、初始化QSPI控制器

int init_qspi() {
    XQspiPs_Config *QspiConfig;
    int Status;
    
    // 查找QSPI配置
    QspiConfig = XQspiPs_LookupConfig(QSPI_DEVICE_ID);
    if (QspiConfig == NULL) {
        return XST_FAILURE;
    }
    
    // 初始化QSPI驱动
    Status = XQspiPs_CfgInitialize(&QspiInstance, QspiConfig, QspiConfig->BaseAddress);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        return XST_FAILURE;
    }
    
    // 设置QSPI时钟
    XQspiPs_SetClkPrescaler(&QspiInstance, XQSPIPS_CLK_PRESCALE_8);
    
    // 选择Flash设备
    XQspiPs_SetOptions(&QspiInstance, XQSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION | 
                      XQSPIPS_MANUAL_START_OPTION);
    
    return XST_SUCCESS;
}

五、Flash读写操作

1. 读取Flash ID

int read_flash_id(u8 *id_buffer) {
    u8 command[4] = {0x9F, 0, 0, 0};  // 读取ID命令
    
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);  // 选择Flash设备0
    
    // 发送命令并接收响应
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, command, id_buffer, 4);
    
    return XST_SUCCESS;
}

2. 页编程(写入)操作

int write_flash_page(u32 address, u8 *write_buffer, u32 byte_count) {
    u8 command[4];
    u8 write_enable = 0x06;  // 写使能命令
    
    // 发送写使能命令
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, &write_enable, NULL, 1);
    
    // 构建页编程命令(0x02)
    command[0] = 0x02;  // 页编程命令
    command[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    command[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    command[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节
    
    // 发送页编程命令和数据
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, command, NULL, 4);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, write_buffer, NULL, byte_count);
    
    // 等待写入完成
    return wait_for_flash_ready();
}

3. 读取操作

int read_flash_data(u32 address, u8 *read_buffer, u32 byte_count) {
    u8 command[4];
    
    // 构建读取命令(0x03)
    command[0] = 0x03;  // 标准读取命令
    command[1] = (address >> 16) & 0xFF;
    command[2] = (address >> 8) & 0xFF;
    command[3] = address & 0xFF;
    
    // 发送读取命令并接收数据
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, command, NULL, 4);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, NULL, read_buffer, byte_count);
    
    return XST_SUCCESS;
}

4. 扇区擦除

int erase_flash_sector(u32 address) {
    u8 command[4];
    u8 write_enable = 0x06;
    
    // 发送写使能命令
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, &write_enable, NULL, 1);
    
    // 构建扇区擦除命令(0x20)
    command[0] = 0x20;
    command[1] = (address >> 16) & 0xFF;
    command[2] = (address >> 8) & 0xFF;
    command[3] = address & 0xFF;
    
    // 发送擦除命令
    XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
    XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, command, NULL, 4);
    
    // 等待擦除完成
    return wait_for_flash_ready();
}

六、辅助函数

等待Flash就绪

int wait_for_flash_ready() {
    u8 command[2] = {0x05, 0};  // 读取状态寄存器命令
    u8 status;
    
    do {
        XQspiPs_SetSlaveSelect(&QspiInstance, 0);
        XQspiPs_PolledTransfer(&QspiInstance, command, &status, 2);
    } while (status & 0x01);  // 检查忙标志位
    
    return XST_SUCCESS;
}