第1章 QSPI Flash 概述

做嵌入式启动调试的朋友，多半都被 QSPI Flash 坑过。我自己就有一段惨痛经历——产品量产前突然发现一片 Flash 死活起不来，查了三天才发现是协议时序参数没配对。那之后我就把 QSPI 启动的底裤翻了个底朝天。

本章我们先搭个知识框架：QSPI 协议到底是什么？市面上常见的 Flash 芯片类型有哪些？从 CPU 上电到执行 Flash 里的第一条指令，中间经历了什么？搞懂这些，后面排查问题才有方向。

1.1 QSPI 协议简介

QSPI 的全称是 Quad Serial Peripheral Interface，说白了就是传统 SPI 的“四车道”升级版。

• 标准 SPI：1 根数据输入（MOSI）、1 根数据输出（MISO）、1 根时钟（SCK）、1 根片选（CS）。一次传输 1 bit。
• QSPI：额外增加 2 根数据线，组成 4 根双向 IO 线（IO0~IO3）。一次能同时传输 4 bit。

你想想看，同样的时钟频率下，QSPI 的吞吐量是标准 SPI 的 4 倍。这对启动场景至关重要——CPU 上电后要快速把代码搬进 RAM，带宽就是生命线。

QSPI 协议有几种常见模式：

嗯，这里要注意：并不是所有 Flash 都支持 QPI 模式。启动时 CPU 通常先用标准 SPI 发命令，再切换到 Quad 模式提高速度。我遇到过一个坑——某款国产 Flash 的 Quad 模式使能命令跟 datasheet 写的不一样，导致启动卡在中间阶段。

1.2 Flash 芯片类型

市面上主流的 QSPI Flash 大致分三类：

• NOR Flash：随机访问快，支持 XIP（就地执行），但密度低。启动首选。
• NAND Flash：密度高、成本低，但需要坏块管理，不能直接 XIP。一般只存数据。
• EEPROM：可字节擦写，但容量小、速度慢，很少用于启动。

做启动 Flash 基本只用 NOR Flash。我个人习惯先看一下芯片的 命令集兼容性：

我曾经在项目里混用过两款不同厂商的 Flash，结果发现同一套代码在 Winbond 上跑得飞快，换成 Macronix 就概率性失败。为什么？因为 Macronix 的 Fast Read Quad I/O 命令跟 Winbond 差一个 dummy cycle。看似小差异，启动时序不对就直接黑屏。

1.3 启动流程概览

大多数 ARM / RISC‑V 芯片的 QSPI 启动流程大约分这么几步：

1. CPU 上电复位：内部 BootROM 获得控制权。
2. 配置 QSPI 控制器：BootROM 初始化 QSPI 管脚、时钟、模式。
3. 发送 Reset 命令：确保 Flash 处于已知状态。
4. 发送 Read ID 命令：读取 Flash 的 Manufacturer ID 和 Device ID，验证连接。
5. 切换 Quad 模式：通过 Write Enable + Quad Enable 命令开启 4 线模式。
6. 执行 Fast Read Quad I/O：从 Flash 指定地址（通常是 0x0）读取首段启动代码。
7. 加载并校验：将代码搬入 SRAM 或 DDR，然后跳转执行。

别小看第 4 步——如果 Read ID 返回错误值，BootROM 可能直接放弃启动。我调过一块板子，Flash 供电正常，示波器量波形也对，但就是读不出正确的 ID。后来发现是 Flash 的 WP# 引脚没拉高，导致芯片处于保护状态。

下面这张图概括了整个启动链条：