QSPI Flash 读写：擦除、页写与映射读回校验
源码路径：example/HC32F460JEUA/5.qspi/qspi_four_wire_io_fast_read/source/main.c
1. 功能简介
这个例子演示完整的外部 Flash 读写流程，也就是「给单片机外挂的硬盘存东西、再读出来核对」。
程序逻辑：
- 初始化 QSPI，默认配成四线快速读模式。
- 主循环里等你按下按键。
- 按键一按下，执行一整套 Flash 操作：
- 切到标准（单线）模式 → 擦除一个 4KB 扇区 → 把一句话写进去
- 切回四线模式 → 通过映射地址
0x98000000 像读数组一样把数据读回来
- 用
memcmp 对比写进去的和读出来的是否一致
- 一致亮绿灯，不一致亮红灯
- 地址往后挪 4KB，等你下次按键，测下一个扇区。
写进去的内容是这句话：
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char txBuffer[] = "QSPI read and write flash example: Welcome to use HDSC micro chip";
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每按一次按键，就测试一个新扇区。这样连续按下去，可以逐个扇区把整片 Flash 都验一遍——这就是 Flash 老化测试/出厂检测的雏形。
2. 硬件准备
用 HC32F460JEUA KIT 开发板，板载已经焊好了 QSPI Flash 芯片（W25Qxx 系列，8MB），六根线都接好了，无需接线。
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HC32F460 QSPI Flash (W25Q64)
┌───────────┐ ┌──────────────────┐
│ PB14 QSPCK├───────────────────▶│ CLK │
│ PB1 QSNSS├───────────────────▶│ /CS （片选） │
│ PB13 QSIO0├◀──────────────────▶│ DI/IO0 │
│ PB12 QSIO1├◀──────────────────▶│ DO/IO1 │
│ PB10 QSIO2├◀──────────────────▶│ /WP·IO2 │
│ PB2 QSIO3├◀──────────────────▶│ /HOLD·IO3 │
└───────────┘ └──────────────────┘
容量 8MB (0x800000)
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注意 IO2、IO3 在单线 SPI 模式下是 /WP（写保护）和 /HOLD 脚，在四线模式下才变成数据线——这也是为什么四线模式需要额外配置。
还要用到：
- 按键 K1（PC13）：触发测试
- 红/绿 LED（PA0/PA1）：显示测试结果
3. 完整代码
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#include "hc32_ddl.h"
/* ---------- QSPI 六根引脚定义 ---------- */
#define QSPCK_PORT (PortB) /* 时钟 */
#define QSPCK_PIN (Pin14)
#define QSNSS_PORT (PortB) /* 片选 */
#define QSNSS_PIN (Pin01)
#define QSIO0_PORT (PortB) /* 数据0 */
#define QSIO0_PIN (Pin13)
#define QSIO1_PORT (PortB) /* 数据1 */
#define QSIO1_PIN (Pin12)
#define QSIO2_PORT (PortB) /* 数据2 */
#define QSIO2_PIN (Pin10)
#define QSIO3_PORT (PortB) /* 数据3 */
#define QSIO3_PIN (Pin02)
/* QSPI 映射到系统地址空间的基地址 —— 读 Flash 就靠它 */
#define QSPI_BUS_ADDRESS (0x98000000ul)
/* ---------- Flash 参数 ---------- */
#define FLASH_PAGE_SIZE (0x100u) /* 页 = 256 字节（写的最大单位）*/
#define FLASH_SECTOR_SIZE (0x1000u) /* 扇区 = 4096 字节（擦的最小单位）*/
#define FLASH_MAX_ADDR (0x800000ul) /* 容量 8MB */
#define FLASH_DUMMY_BYTE_VALUE (0xffu)
#define FLASH_BUSY_BIT_MASK (0x01u) /* 状态寄存器 bit0 = 忙碌位 */
/* ---------- Flash 标准指令码 ---------- */
#define FLASH_INSTR_WRITE_ENABLE (0x06u) /* 写使能 */
#define FLASH_INSTR_PAGE_PROGRAM (0x02u) /* 页写 */
#define FLASH_INSTR_ERASE_4KB_SECTOR (0x20u) /* 擦除 4KB 扇区 */
#define FLASH_INSTR_ERASE_CHIP (0xC7u) /* 全片擦除 */
#define FLASH_INSTR_READ_SR1 (0x05u) /* 读状态寄存器1 */
#define FLASH_INSTR_READ_SR2 (0x35u)
#define FLASH_INSTR_READ_SR3 (0x15u)
/*==============================================================
* QSPI 初始化
*=============================================================*/
void QspiFlash_Init(void)
{
stc_qspi_init_t stcQspiInit;
MEM_ZERO_STRUCT(stcQspiInit);
/* 开 QSPI 外设时钟 */
PWC_Fcg1PeriphClockCmd(PWC_FCG1_PERIPH_QSPI, Enable);
/* 六根引脚全部复用为 QSPI 功能 */
PORT_SetFunc(QSPCK_PORT, QSPCK_PIN, Func_Qspi, Disable);
PORT_SetFunc(QSNSS_PORT, QSNSS_PIN, Func_Qspi, Disable);
PORT_SetFunc(QSIO0_PORT, QSIO0_PIN, Func_Qspi, Disable);
PORT_SetFunc(QSIO1_PORT, QSIO1_PIN, Func_Qspi, Disable);
PORT_SetFunc(QSIO2_PORT, QSIO2_PIN, Func_Qspi, Disable);
PORT_SetFunc(QSIO3_PORT, QSIO3_PIN, Func_Qspi, Disable);
/* ---------- 填 QSPI 配置 ---------- */
stcQspiInit.enClkDiv = QspiHclkDiv3; /* QSPI 时钟 = HCLK/3 */
stcQspiInit.enSpiMode = QspiSpiMode3; /* SPI 模式 3 */
stcQspiInit.enBusCommMode = QspiBusModeRomAccess; /* ROM 映射访问模式 */
stcQspiInit.enPrefetchMode = QspiPrefetchStopComplete;
stcQspiInit.enPrefetchFuncEn = Disable; /* 预取功能关闭 */
stcQspiInit.enQssnValidExtendTime = QspiQssnValidExtendSck32;
stcQspiInit.enQssnIntervalTime = QspiQssnIntervalQsck8;
stcQspiInit.enQsckDutyCorr = QspiQsckDutyCorrHalfHclk;
stcQspiInit.enVirtualPeriod = QspiVirtualPeriodQsck6; /* 空周期(dummy) */
stcQspiInit.enWpPinLevel = QspiWpPinOutputHigh; /* WP 脚输出高 */
stcQspiInit.enQssnSetupDelayTime = QspiQssnSetupDelay1Dot5Qsck;
stcQspiInit.enQssnHoldDelayTime = QspiQssnHoldDelay1Dot5Qsck;
stcQspiInit.enFourByteAddrReadEn = Disable; /* 用 3 字节地址 */
stcQspiInit.enAddrWidth = QspiAddressByteThree;
/* 通信协议：读用四线 IO，指令/地址/接收都走扩展 SPI */
stcQspiInit.stcCommProtocol.enReadMode = QspiReadModeFourWiresIO;
stcQspiInit.stcCommProtocol.enTransInstrProtocol = QspiProtocolExtendSpi;
stcQspiInit.stcCommProtocol.enTransAddrProtocol = QspiProtocolExtendSpi;
stcQspiInit.stcCommProtocol.enReceProtocol = QspiProtocolExtendSpi;
/* ROM 访问时硬件自动发的读指令 */
stcQspiInit.u8RomAccessInstr = QSPI_3BINSTR_FOUR_WIRES_IO_READ;
QSPI_Init(&stcQspiInit);
}
/*==============================================================
* 写使能 —— 每次写/擦之前必须发一次
*=============================================================*/
void QspiFlash_WriteEnable(void)
{
QSPI_EnterDirectCommMode(); /* 进直通模式 */
QSPI_WriteDirectCommValue(FLASH_INSTR_WRITE_ENABLE); /* 发 0x06 */
QSPI_ExitDirectCommMode(); /* 退出 */
}
/*==============================================================
* 等待 Flash 内部操作完成（轮询忙碌位）
*=============================================================*/
en_result_t QspiFlash_WaitForWriteEnd(void)
{
en_result_t enRet = Ok;
uint8_t u8Status = 0u;
uint32_t u32Timeout;
stc_clk_freq_t stcClkFreq;
/* 用系统时钟频率算一个超时上限，防止死等 */
CLK_GetClockFreq(&stcClkFreq);
u32Timeout = stcClkFreq.sysclkFreq / 1000u;
QSPI_EnterDirectCommMode();
QSPI_WriteDirectCommValue(FLASH_INSTR_READ_SR1); /* 发读状态寄存器1指令 */
do
{
u8Status = QSPI_ReadDirectCommValue(); /* 不停读回状态 */
u32Timeout--;
} while ((u32Timeout != 0u) &&
((u8Status & FLASH_BUSY_BIT_MASK) == FLASH_BUSY_BIT_MASK)); /* bit0=1 表示忙 */
if (FLASH_BUSY_BIT_MASK == u8Status)
{
enRet = ErrorTimeout; /* 超时了还在忙 → 报超时 */
}
QSPI_ExitDirectCommMode();
return enRet;
}
/*==============================================================
* 页写：往指定地址写最多 256 字节
*=============================================================*/
en_result_t QspiFlash_WritePage(uint32_t u32Addr, const uint8_t pData[], uint16_t len)
{
en_result_t enRet = Ok;
uint16_t u16Index = 0u;
/* 参数合法性检查：地址越界 / 空指针 / 超过一页 */
if ((u32Addr > FLASH_MAX_ADDR) || (NULL == pData) || (len > FLASH_PAGE_SIZE))
{
enRet = Error;
}
else
{
QspiFlash_WriteEnable(); /* ① 写使能 */
QSPI_EnterDirectCommMode(); /* ② 进直通模式 */
QSPI_WriteDirectCommValue(FLASH_INSTR_PAGE_PROGRAM); /* 页写指令 0x02 */
/* ③ 发 3 字节地址，从高位到低位 */
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF0000ul) >> 16));
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF00u) >> 8));
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)(u32Addr & 0xFFu));
/* ④ 逐字节发数据 */
while (len--)
{
QSPI_WriteDirectCommValue(pData[u16Index]);
u16Index++;
}
QSPI_ExitDirectCommMode(); /* ⑤ 退出直通模式，Flash 开始内部编程 */
enRet = QspiFlash_WaitForWriteEnd(); /* ⑥ 等它写完 */
}
return enRet;
}
/*==============================================================
* 擦除一个 4KB 扇区
*=============================================================*/
en_result_t QspiFlash_Erase4KbSector(uint32_t u32Addr)
{
en_result_t enRet = Ok;
if (u32Addr >= FLASH_MAX_ADDR)
{
enRet = Error;
}
else
{
QspiFlash_WriteEnable(); /* 擦除也要先写使能 */
QSPI_EnterDirectCommMode();
QSPI_WriteDirectCommValue(FLASH_INSTR_ERASE_4KB_SECTOR); /* 0x20 */
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF0000ul) >> 16));
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF00u) >> 8));
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)(u32Addr & 0xFFu));
QSPI_ExitDirectCommMode();
enRet = QspiFlash_WaitForWriteEnd(); /* 擦除比写更慢，一定要等 */
}
return enRet;
}
/*==============================================================
* 全片擦除（慎用，几十秒级别）
*=============================================================*/
void QspiFlash_EraseChip(void)
{
QspiFlash_WriteEnable();
QSPI_EnterDirectCommMode();
QSPI_WriteDirectCommValue(FLASH_INSTR_ERASE_CHIP); /* 0xC7 */
QSPI_ExitDirectCommMode();
QspiFlash_WaitForWriteEnd();
}
/*==============================================================
* 读状态寄存器
*=============================================================*/
uint8_t QspiFlash_ReadStatusRegister(uint8_t u8Reg)
{
uint8_t regSta = 0u;
QSPI_EnterDirectCommMode();
QSPI_WriteDirectCommValue(u8Reg); /* 发读状态指令 */
regSta = QSPI_ReadDirectCommValue(); /* 读回一个字节 */
QSPI_ExitDirectCommMode();
return regSta;
}
/*==============================================================
* 主函数
*=============================================================*/
int32_t main(void)
{
uint32_t flashAddr = 0u; /* 当前测试的 Flash 地址 */
uint8_t *pFlashReadAddr; /* 指向映射地址的指针 */
uint16_t bufferLen = 0u;
char txBuffer[] = "QSPI read and write flash example: Welcome to use HDSC micro chip";
stc_qspi_comm_protocol_t stcQspiCommProtocol;
MEM_ZERO_STRUCT(stcQspiCommProtocol);
/* BSP 初始化 */
BSP_CLK_Init();
BSP_LED_Init();
BSP_KEY_Init(); /* 按键中断，按下后 u8GlobalKey = 1 */
QspiFlash_Init(); /* QSPI 初始化 */
bufferLen = (uint16_t)sizeof(txBuffer); /* 要写的字节数（含结束符）*/
while (1)
{
if (u8GlobalKey == 1) /* 检测到按键按下 */
{
BSP_LED_Off(LED_RED); /* 先熄灭两个指示灯 */
BSP_LED_Off(LED_GREEN);
/* ===== ① 切到标准（单线）模式，准备做写操作 ===== */
stcQspiCommProtocol.enReadMode = QspiReadModeStandard;
QSPI_CommProtocolConfig(&stcQspiCommProtocol);
/* ===== ② 擦除这个扇区（先擦后写铁律）===== */
QspiFlash_Erase4KbSector(flashAddr);
/* ===== ③ 把字符串写进去 ===== */
QspiFlash_WritePage(flashAddr, (uint8_t*)&txBuffer[0], bufferLen);
/* ===== ④ 切回四线快速读模式 ===== */
stcQspiCommProtocol.enReadMode = QspiReadModeFourWiresIO;
QSPI_CommProtocolConfig(&stcQspiCommProtocol);
/* ===== ⑤ 关键：算出映射地址，用指针直接读！===== */
pFlashReadAddr = (uint8_t *)((uint32_t)QSPI_BUS_ADDRESS + flashAddr);
/* ===== ⑥ 校验：内存里的原文 vs Flash 里读回来的 ===== */
if (memcmp(txBuffer, pFlashReadAddr, (uint32_t)bufferLen) != 0)
{
BSP_LED_On(LED_RED); /* 不一致 → 红灯：失败 */
}
else
{
BSP_LED_On(LED_GREEN); /* 一致 → 绿灯：成功 */
}
/* ===== ⑦ 地址往后挪一个扇区，下次按键测下一块 ===== */
flashAddr += FLASH_SECTOR_SIZE;
if (flashAddr >= FLASH_MAX_ADDR)
{
flashAddr = 0u; /* 到顶了从头再来 */
}
u8GlobalKey = 0; /* 清按键标志 */
}
}
}
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4. 代码分段讲解
4.1 最精彩的一行：映射读
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pFlashReadAddr = (uint8_t *)((uint32_t)QSPI_BUS_ADDRESS + flashAddr);
memcmp(txBuffer, pFlashReadAddr, bufferLen);
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这两行是整个例子的灵魂，也是 QSPI 相对普通 SPI 的最大优势。
memcmp 直接把 pFlashReadAddr 当普通内存指针来读——没有任何「发指令、等数据」的代码。因为 QSPI 配在了 ROM 映射模式，硬件在后台自动完成了发送四线读指令、接收数据的全过程。
对程序员来说，8MB 的外部 Flash 就变成了从 0x98000000 开始的一个大数组。想读哪里读哪里，*p、p[i]、memcpy、strcmp 全都能直接用。
4.2 为什么写之前要切成标准模式
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stcQspiCommProtocol.enReadMode = QspiReadModeStandard; // 写之前切单线
QSPI_CommProtocolConfig(&stcQspiCommProtocol);
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原因：四线模式下 IO2/IO3 被当成数据线，但在单线 SPI 模式下它们是 /WP（写保护）和 /HOLD 脚。写操作的指令序列（写使能、页写）是标准单线 SPI 协议，切成标准模式最稳妥、兼容性最好。
写完之后再切回四线，享受读的高速。这个「写用单线、读用四线」的切换是 QSPI Flash 的常规操作。
4.3 三字节地址的拆分
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QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF0000ul) >> 16)); // 高字节
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)((u32Addr & 0xFF00u) >> 8)); // 中字节
QSPI_WriteDirectCommValue((uint8_t)(u32Addr & 0xFFu)); // 低字节
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Flash 指令要求地址按字节、从高位到低位依次发送。3 字节地址能表示 2²⁴ = 16MB，够用 8MB 的 Flash。
容量超过 16MB 的 Flash（如 W25Q256，32MB）就需要 4 字节地址模式，代码里的 enFourByteAddrReadEn 就是控制这个的。
4.4 忙碌等待与超时保护
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u32Timeout = stcClkFreq.sysclkFreq / 1000u; // 算个超时上限
do {
u8Status = QSPI_ReadDirectCommValue();
u32Timeout--;
} while ((u32Timeout != 0u) && ((u8Status & FLASH_BUSY_BIT_MASK) == FLASH_BUSY_BIT_MASK));
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这里体现了工程化的思维：等待忙碌位清零，但不能无限等。万一 Flash 坏了或者没接好，忙碌位永远是 1，无超时保护的话程序就死在这儿了。
加了 u32Timeout 计数，等太久就返回 ErrorTimeout，让上层知道出了问题。所有等待硬件的循环都应该有超时保护，这是嵌入式代码健壮性的基本要求。
4.5 写操作的六步固定流程
看 QspiFlash_WritePage 的结构，Flash 写入永远是这六步：
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① 写使能 (0x06)
② 进直通模式
③ 发页写指令 (0x02) + 3 字节地址
④ 逐字节发数据
⑤ 退出直通模式（此时 Flash 开始内部编程）
⑥ 轮询忙碌位，等编程完成
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擦除也一样，只是第③步换成擦除指令、没有第④步。记住这个骨架，任何 SPI Flash 的驱动你都能自己写出来。
4.6 参数检查是好习惯
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if ((u32Addr > FLASH_MAX_ADDR) || (NULL == pData) || (len > FLASH_PAGE_SIZE))
{
enRet = Error;
}
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三个检查分别防：地址越界、空指针、超过一页。这就是「防御式编程」——外部 Flash 操作出错很难查（数据默默写错了，现象要很久才暴露），提前挡住非法参数能省下大量调试时间。
5. 实验现象
- 上电后两个 LED 都不亮，程序在主循环等按键。
- 按一下 K1：红绿灯先熄灭（表示开始测试），随后
- 绿灯亮 → 这个扇区读写校验通过 ✓
- 红灯亮 → 校验失败 ✗
- 再按一下 K1：测试下一个 4KB 扇区，地址自动 +0x1000。
- 一直按下去，会把整片 8MB Flash 逐扇区测完，然后地址回绕到 0 重新开始。
正常情况应该每次都是绿灯。
6. 常见问题
Q1：一直是红灯（校验失败）？
按顺序排查：
- 擦除是不是没成功？ Flash 必须先擦后写。可以先用
QspiFlash_ReadStatusRegister(0x05) 读状态确认操作正常。
- 写入长度超过 256 字节了吗？ 例子里字符串是 66 字节，没问题。但你换成更长的数据就会超页，
WritePage 会直接返回 Error，数据根本没写进去。
- QSPI 时钟太快？ 试着把
enClkDiv 从 QspiHclkDiv3 改大（如 QspiHclkDiv4），降速能排除信号质量问题。
- 空周期（dummy cycle）配错？ 四线快速读需要一定的空周期让 Flash 准备数据。
enVirtualPeriod 配少了会读到垃圾。不同型号 Flash 要求的空周期数不同，查芯片手册。
Q2：读回来全是 0xFF？
0xFF 是 Flash 擦除后的初始值。说明擦除成功了但写入失败了。重点查写使能有没有发、页写指令和地址对不对。
Q3：读回来全是 0x00 或随机值？
- 说明读的链路有问题。检查 QSPI 六根引脚复用配全了没（尤其 IO2/IO3，漏配就是四线模式失败的典型原因）。
- 检查映射基地址
0x98000000 是否写对。
Q4：程序卡在 WaitForWriteEnd 里？
- Flash 没响应，忙碌位读不到。检查片选（QSNSS/PB1）和时钟（QSPCK/PB14）的连接。
- 好消息是代码有超时保护，最终会返回
ErrorTimeout 而不是真死机。
Q5：为什么擦除比写慢那么多？
- Flash 物理特性决定的。擦除一个 4KB 扇区典型 50~300ms，页写只要 1~3ms。所以能避免擦除就避免——这也是「日志式写入」（每次往新地址追加，不覆盖旧数据）在 Flash 上很流行的原因。
Q6：能不能不擦除直接改一个字节？
- 不能。Flash 写入只能把 1 变 0，不能把 0 变 1。想改必须整个 4KB 扇区先擦除。标准做法：读出 4KB → 内存里改 → 擦除 → 写回。
7. 小结
- QSPI 的杀手级能力是 ROM 映射：Flash 变成
0x98000000 开始的大数组，用指针直接读。
- 写用标准（单线）模式，读用四线模式，中间用
QSPI_CommProtocolConfig 切换。
- Flash 写入六步骨架：写使能 → 进直通 → 发指令+地址 → 发数据 → 退直通 → 等完成。
- 铁律：先擦后写、擦 4KB 为单位、写 ≤ 256 字节/页。
- 所有等硬件的循环都要有超时保护。
- 校验用
memcmp，这是验证存储器最直接的方法。
8. 拓展应用
有了 8MB 外部 Flash，能做的事一下子多了很多：
- 中文字库存储：完整的 GB2312 汉字点阵字库约 260KB，内部 Flash 装不下但外部 Flash 轻松容纳。配合 LCD 就能显示任意汉字（见 SPI LCD 章节）。
- 图片 / 图标资源：GUI 界面的位图、开机 Logo、动画帧全放外部 Flash，靠映射地址直接读，
LCD_DrawBitmap((uint16_t*)0x98010000, ...) 一行显示。
- 数据记录仪 / 黑匣子：传感器数据按时间顺序追加写入 Flash，断电不丢。8MB 能存几十万条记录。工业设备的运行日志都这么做。
- 音频播放：把 WAV / ADPCM 音频存进 Flash，配合 DAC 或 I2S 播放语音提示、报警音。
- OTA 固件升级：新固件先通过串口/WiFi 下载到外部 Flash 暂存，校验通过后再搬到内部 Flash 覆盖旧程序。这是所有联网设备升级的标准方案，外部 Flash 是必备的「中转站」。
- 参数掉电保存：设备的配置参数（校准值、用户设置）存 Flash，比 EEPROM 容量大得多。注意做磨损均衡（轮流写不同扇区），因为 Flash 擦写寿命约 10 万次。
- 文件系统：移植 LittleFS 或 FatFS 到外部 Flash 上，就能像操作电脑硬盘一样
fopen/fwrite 管理文件，代码组织清爽很多。
- XIP（就地执行）：高级玩法——把部分代码放外部 Flash 直接运行，突破内部 Flash 容量限制。