使用QSPI驱动PM004MNIA

news/2025/11/3 23:23:55/文章来源:https://www.cnblogs.com/lsksp/p/19170104

概述

STT-MRAM PM004MNIA 是一种具有 随机存取（Random Access） 特性的非易失性存储器，无需擦除操作，可进行 任意地址的读写操作。它的核心基于 自旋转移扭矩（Spin Transfer Torque, STT） 技术，通过控制电流方向来改变磁性存储单元的状态，从而实现数据的存储与读取。支持写无延迟（Write No Delay） 的特性，显著提高了存储效率。 广泛应用于需要 高速读写、低功耗和长期数据保存 的场景，例如 IoT 设备、工业控制模块、可穿戴设备、传感器系统 等。

特性 描述
存储容量 4Mbit
存储技术 自旋转移扭矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）
随机存取能力 支持任意地址的读写操作，无需擦除，写入延迟低
接口支持 SPI 和 QPI（四线并行）
最大 SPI 频率 50MHz
低功耗 Sleep 模式下仅需 2μA
数据保留时间 可达 20 年（在 85°C 环境下）
写入耐久性 支持高达 10⁸ 次 P/E 周期
写保护功能 支持配置写保护区域，确保数据安全

附录-使用STM32H750驱动程序

1、外设初始化文件

  • quadspi.c文件
#include "quadspi.h"QSPI_HandleTypeDef hqspi;/*** @brief     quad spi 外设初始化函数* @param     无* @retval    无*/ 
void QUADSPI_Init(void)
{hqspi.Instance = QUADSPI;hqspi.Init.ClockPrescaler = 5;									/* QSPI时钟预分频器（决定实际通信时钟频率） */hqspi.Init.FifoThreshold = 32;									/* FIFO阈值（单位：字节），当FIFO中的数据量达到该值时触发中断/DMA请求 *//* 采样移位模式：* HALFCYCLE：在时钟半周期时采样（提高时序余量）* NONE：不在半周期采样 */hqspi.Init.SampleShifting = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE;hqspi.Init.FlashSize = 23 - 1;									/* FLASH内存大小 = 2 ^ (FlashSize + 1) *//* 片选高电平时间：* 表示两次传输之间CS保持高电平的最小时钟周期数 */hqspi.Init.ChipSelectHighTime = QSPI_CS_HIGH_TIME_1_CYCLE;/* 时钟模式：* MODE_0：CLK空闲低电平，第1边沿（上升沿）采样* MODE_3：CLK空闲高电平，第2边沿（下降沿）采样* 需与Flash芯片规格书一致 */hqspi.Init.ClockMode = QSPI_CLOCK_MODE_0;/* Flash芯片选择：* ID_1：使用Bank1（对应BK1_IOx引脚）* ID_2：使用Bank2（仅双Flash模式） */hqspi.Init.FlashID = QSPI_FLASH_ID_1;/* 双Flash模式：* DISABLE：单Flash模式* ENABLE：并联两个Flash（地址空间翻倍） */hqspi.Init.DualFlash = QSPI_DUALFLASH_DISABLE;if (HAL_QSPI_Init(&hqspi) != HAL_OK){Error_Handler();}
}/*** @brief     quad spi 外设初始化回调函数* @param     qspiHandle：QSPI句柄* @retval    无*/ 
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 ConfigurationPB6     ------> QUADSPI_BK1_NCSPF6     ------> QUADSPI_BK1_IO3PF7     ------> QUADSPI_BK1_IO2PF8     ------> QUADSPI_BK1_IO0PF10     ------> QUADSPI_CLKPF9     ------> 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 外设重初始化回调函数* @param     qspiHandle：QSPI句柄* @retval    无*/ 
void HAL_QSPI_MspDeInit(QSPI_HandleTypeDef* qspiHandle)
{if(qspiHandle->Instance==QUADSPI){/* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_QSPI_CLK_DISABLE();/**QUADSPI GPIO ConfigurationPB6     ------> QUADSPI_BK1_NCSPF6     ------> QUADSPI_BK1_IO3PF7     ------> QUADSPI_BK1_IO2PF8     ------> QUADSPI_BK1_IO0PF10     ------> QUADSPI_CLKPF9     ------> 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、驱动文件

  • bsp_pm004mniatr.c文件
#include "bsp_pm004mniatr.h"
#include "quadspi.h"/*** @brief   读NOR Flash的状态寄存器* @param   addr: 状态寄存器地址(寄存器1、2、3 对应地址为 0x00、0x01、0x02)* @retval  状态寄存器的值*/
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   写NOR Flash的状态寄存器* @param   addr: 状态寄存器地址(寄存器1、2、3 对应地址为 0x00、0x01、0x02)* @param   byte：寄存器写入值* @retval  无*/
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   发送快速指令* @param   无* @retval  无*/
void pm004mniatr_send_command(uint8_t command)
{QSPI_CommandTypeDef qspi_command_struct = {0};qspi_command_struct.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE;                  /* 设置指令模式：使用1线传输模式 */qspi_command_struct.Instruction = command;                                      /* 设置指令代码 */qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE;                            /* 地址模式：不使用地址 */qspi_command_struct.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE;              /* 备用字节模式：不使用 */qspi_command_struct.DummyCycles = 0;                                            /* 空周期数：0 */ qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_NONE;                                  /* 数据模式：不使用数据传输 */ qspi_command_struct.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;                            /* DDR模式：禁用双倍数据率模式 */qspi_command_struct.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;               /* DDR半周期保持：使用模拟延迟 */qspi_command_struct.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;                        /* SIOO模式：每次发送指令 */HAL_QSPI_Command(&hqspi, &qspi_command_struct, HAL_QSPI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE);
}/*** @brief   启用quad spi 操作模式* @param   无* @retval  无*/
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   无* @retval  无*/
void inline pm004mniatr_qspi_mode_disable(void)
{pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_QSPI);
}/*** @brief   写使能NOR Flash* @param   无* @retval  无*/
static inline void pm004mniatr_write_enable(void)
{pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_WRITE_ENABLE);
}/*** @brief   进入睡眠模式* @param   无* @retval  无*/
static inline void pm004mniatr_sleep(void)
{pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_ENTRY_SLEEP);
}/*** @brief   唤醒PM004MNIA* @param   无* @retval  无*/
static inline void pm004mniatr_wake_up(void)
{pm004mniatr_send_command(PM004MNIATR_COMMAND_EXIT_SLEEP);
}/*** @brief   复位PM004MNIA* @param   无* @retval  无*/
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   无* @retval  无*/
void pm004mniatr_init(void)
{/* 初始化quad spi外设 */QUADSPI_Init();/* ------------------安全启动 --------------------*/delay_ms(20);/* 复位PM004MNIA */pm004mniatr_reset();delay_ms(10);/* 进入睡眠状态 */pm004mniatr_sleep();delay_ms(10);/* 唤醒 */pm004mniatr_wake_up();delay_ms(10);/* ----------------安全启动 END -----------------*//* 启动写使能 */pm004mniatr_write_enable();/* 进入qspi操作模式 */pm004mniatr_qspi_mode_enable();
}/*** @brief   读PM004MNIA芯片ID* @param   无* @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线指令模式 */qspi_command_struct.Instruction = PM004MNIATR_COMMAND_READ_ID;                /* 读取指令 */qspi_command_struct.AddressMode = QSPI_ADDRESS_1_LINE;                      /* 无地址模式 */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;          /* 无交替字节 */qspi_command_struct.DummyCycles = 0;                                        /* 空白周期个数 */qspi_command_struct.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE;                            /* 1线数据模式 */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   从PM004MNIA指定地址开始读取指定长度的数据  * @param   pbuf   : 读取到数据保存的地址* @param   addr   : 指定开始读取的地址* @param   datalen: 指定读取数据的字节数* @retval  无*/
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指定地址写入指定长度的数据* @note    写入数据的长度不能超过指定地址所在页的剩余字节数* @param   addr   : 指定开始写入数据的地址* @param   pbuf   : 写入数据指针* @param   datalen: 指定写入数据的字节数* @retval  无*/
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				    0x99void 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__ */

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