AT32讲堂021 | 如何使用AT32 MCU的SPIM作为外部存储器的扩展功能

概述

SPIM（External SPI FLASH memory interface）最大地址段为0x08400000-0x093FFFFF(16MB)，是AT32 MCU独有的一种Flash访问方式。用户可以使用自己的Flash作为AT32 MCU的外挂Flash。该方式有别于片上Bank1/Bank2，用户可根据具体需求选择是否开启。开启SPIM后可以作为Flash扩展实现如下功能：

• 在SPIM地址存放用户执行程序，类似于Bank1/Bank2一样执行程序。
• 用户程序直接访问SPIM地址，作为存储字体库，图片等存储器使用。

SPIM配置

SPIM仅允许按字(32bit)或者半字(16bit)操作，在执行读、编程、擦除SPIM前，必须首先执行初始化及解锁操作。
SPIM在AT32不同系列产品及不同封装上，可能使用的pin有所不同，具体请参考对应型号产品的RM和DS，下面以AT32F403A系列为例，描述操作步骤

初始化及解锁操作

初始化及解锁的步骤，在AT32的BSP中已经封装成库函数，用户可以直接调用1) 使能GPIOA、GPIOB和IOMUXCRM时钟。2) 配置对应pin PA8、PA11、PA12、PB1、PB6、PB7为推挽复用输出模式。3) IOMUX_REMAP2寄存器中使能SPIM接口。4) 设置FLASH_SELECT寄存器选择配置SPIM Flash的类型。5) 使用KEY解锁SPIM：写FLASH_UNLOCK3寄存器2次，按顺序分别写0x45670123和0xCDEF89AB。6) 检查SPIM是否解锁成功，读取FLASH_CTRL3寄存器的OPLK位，如果被清除为0，则可以开始操作SPIM。

Flash型号选择

SPIM可以配置支持不同型号的spi Flash，支持的指令集如下表，更详细描述可以看参考手册FlASH章节。表1. SPIM支持的指令集

读操作

直接按字(32bit)或者半字(16bit)访问需要读取数据的地址段：0x08400000–0x093FFFFF

编程操作

编程操作步骤，在AT32的BSP中已经封装成库函数，用户可以直接调用1) 打开编程操作，FLASH_CTRL3寄存器FPRGM位置12) 直接按字(32bit)或者半字(16bit)在需要编程的地址写入数据3) 检查是否写入完成读取FLASH_STS3寄存器的OBF位是否清除，如果清除表示写入完成4) 关闭编程操作，FLASH_CTRL3寄存器FPRGM位置05) 检查是否写入成功，读取FLASH_STS3寄存器的PRGMERR和EPPERR位，如果都为0则表示写入成功

擦除操作

SPIM擦除分为Mass Erase和Sector Erase，每个sector固定为4KB，在AT32的BSP中已经封装成库函数，用户可以直接调用Mass Erase1) 使能擦除，FLASH_CTRL3寄存器CHPERS位置12) 开始擦除，FLASH_CTRL3寄存器ERSTR位置13) 关闭擦除，FLASH_CTRL3寄存器CHPERS位置0Sector Erase1) 使能擦除，FLASH_CTRL3寄存器SECERS位置12) 选择擦除扇区地址，FLASH_ADDR3寄存器写入需要擦除扇区的地址3) 开始擦除，FLASH_CTRL3寄存器ERSTR位置14) 关闭擦除，FLASH_CTRL3寄存器SECERS位置0

加密操作

因为SPIM电路裸露在MCU芯片外部，为防止存储在SPIM Flash里边的数据被外界直接读取，SPIM提供了加密功能，将原始数据通过特有算法进行加密操作后再写入Flash，AT32 MCU读取SPIM数据时会先进行解密得到原始数据，然后才使用，保证数据安全。加密算法所用的SPIM scrambled KEY为用户系统数据区的地址0x1FFFF820-0x1FFFF82F范围内数据。

• 当SPIM scrambled KEY值全为0xFFFFFFFF时，加密功能关闭。
• 当SPIM scrambled KEY值不全为0xFFFFFFFF时，加密功能开启。AT32 MCU根据FLASH_DA寄存器值作为加密范围分界，小于0x08400000+FLASH_DA地址段的数据为密文，其余范围数据仍然采用明文存储。

注意：数据写入时的加密状态必须和读取时的加密状态保持一致，否则可能导致读取的数据是乱码而无法正确使用或者运行。即写入时如果配置了SPIM scrambled KEY及FLASH_DA，那么在读取时也必须配置相同的SPIM scrambled KEY及FLASH_DA。

图1. SPIM scrambled KEY存放地址图2. SPIM地址范围

硬件电路

因为SPIM连接在外部电路，受环境影响较大，为保证电路稳定，需尽量减少PCB布线长度。

注意：SPIM运行频率为MCU的AHB时钟频率的1/2，所以当开启SPIM时，MCU对应的运行AHB频率有最大限制值，不同型号MCU在SPIM开启时运行的最大频率值请用户参考DS的通用工作条件章节描述。

图3. 参考电路

I/O复用

要使用SPIM，需要注意跟其他外设IP的IO复用问题。

当SPIM使用的IO还有对应的其他外设使能的话，有些IO即使其他外设应用中没有用到，但也可能会占用。

例如：XMC和SPIM同时使用时，在F403A上PB7用作SPIM的IO2，但是如果配置使能了XMC，即使XMC_NADV功能没有使用，则PB7也会被XMC_NADV默认开启占用，导致SPIM工作异常。此时需手动配置IOMUX_REMAP2寄存器关闭XMC_NADV功能，调用库函数即可，如下gpio_pin_remap_config (XMC_NADV_MUX, TRUE)

图4. XMC和SPIM共用引脚

图5. 单独关闭XMC_NADV功能

demo示例

AT32的BSP中，有两个例程operate_spim和run_in_spim演示了如何使用SPIM。

用户程序访问SPIM存储区

如果通过用户程序去执行读、编程及擦除操作，只需要按照正常配置初始化及解锁后就可以实现。BSP中examples\flash\operate_spim执行了SPIM的初始化、擦除、编程和读取流程，并通过LED显示执行结果。

下载用户程序到SPIM或者用户程序在SPIM执行

如果用户程序通过keil下载到SPIM中，或者想程序直接在SPIM执行，需要执行一些额外的操作。附件工程run_in_spim通过LED的闪烁，简单的演示了代码如何在SPIM上运行。1) Options-Debug-Settings-Flash Download中选择添加外挂flash类型。图6. 配置SPIM Flash类型2) Options-Target中添加SPIM起始地址和容量大小，但不勾选。Demo中将SPIM定义在IROM2位置，用于存储C文件注意：如果勾选则KEIL在编译时可能会将其余不需要运行在SPIM的函数编译到SPIM地址段。图7. 配置SPIM起始地址和容量3) Project中选择需要运行在SPIM对应位置的C文件，鼠标右键选Options进入将Memory Assignment的code地址改为对应地址段。注意：如果工程中函数还有更多指定地址分段编译的需求，可以继续添加到对应 ROM1/2/3 等，也可以手动修改sct文件图8. 配置需运行在SPIM第一部分代码4) 编译时勾选自动生成sct文件的选项，编译完成后浏览sct文件可以发现需要运行在SPIM区域的函数已被正确编译到该区域。图9 勾选自动生成sct文件

图10 自动生成的sct文件

注意：整个代码的启动必须从bank1开始，须保证SPIM flash的初始化代码在程序执行到SPIM前运行。

关于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推动全球市场32位微控制器(MCU)创新趋势的芯片设计公司，专注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研发与创新，全系列采用55nm先进工艺及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗内核，缔造M4业界最高主频288MHz运算效能，并支持工业级别芯片工作温度范围（-40°~105°）。雅特力目前已累积相当多元的终端产品成功案例：如微型打印机、扫地机、光流无人机、热成像仪、激光雷达、工业缝纫机、伺服驱控、电竞周边市场、断路器、ADAS、T-BOX、数字电源、电动工具等终端设备应用，广泛地覆盖5G、物联网、消费、商务及工控等领域。