STM32N657X0H3Q Nucleo 开发板开发记录

这破板子真服了——又是什么 TrustZone、又是 FSBL、又是 OTP，怎么这么难……

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一、调试记录

第一次调试：SRAM 模式

第一次当然顺其自然，想着按照以往 F1 跟 F4 的经验，直接在 CubeMX 里面配置项目，然后加载到 VS Code 进行调试。不过神奇的是，其实是可以调试的。

但是它运行不了，Reset 之后代码直接消失不见了。从现在来看应该是在调试的时候用的是 SRAM 模式，直接加载到 SRAM 之后进行的运行。好处是能直接看到结果，可以调试，但问题就是它其实完全没有记住代码。记住代码这个过程其实是需要让它记到 Flash 里面去配置这个 XSPI 的。

踩坑：NUCLEO-N657X0-Q 没有内部 Flash，代码必须存放在外部 XSPI Flash 中。调试模式下加载到 SRAM 后，Reset 一旦断电代码就没了，这就是为什么 Reset 后代码”消失”了。

XSPI + XIP 模式尝试

XIP 模式意思就是 Execute In Place，直接在外部 Nor Flash 里面进行运行程序，也就是说 SRAM 其实是没有进行任何工作的。XSPI 的意思是这个板子、这个芯片它的一个特殊的 SPI 协议，它用于和外部这个 Nor Flash 进行通信，配置过程还挺复杂的。

然后进行了 XSPI 的尝试，但是完全不能做，不知道是哪里出问题了，有源源不断的问题，下载代码和调试全都是报错。而且官方论坛这个帖子是根据 DK 版进行配置的，我不太清楚 DK 版跟 New Clone 板子是否有什么区别，所以还是放弃了。

踩坑：XIP 模式配置极其复杂，需要：

1. 配置 Memory-Mapped Mode，让 CPU 能直接总线访问外部 Flash
2. 外部 Flash 的 .stldr 加载器文件（STM32CubeProgrammer 需要加载正确的 External Loader）
3. 正确的 linker 脚本（STM32N657XX_ROMxspi*.ld）
4. 签名时需要加上 -align 参数

DK 版（开发套件）和 NUCLEO 板的配置可能有差异，官方教程按照 DK 版来，很多配置在 NUCLEO 板上不适用。

LRUN 模式：成功

LRUN 模式就是 Load and Run，它是通过 FSBL 以及 Application 进行配合。FSBL 进行初始化，并把 Application 的代码转移到 SRAM。我的理解是，把 PC 指针最后在进入死循环之前就转移到了 Application。所以需要注意的是，死循环是不会执行的。我把亮灯放到了死循环之前，进入 Application 之前。

然后倒是挺顺利的，直接编译烧录。编译完之后给它加签名，加签名之后直接各自烧录就可以了。理论上来说应该是先去烧录 FSBL，再去烧录 Application 的。不过实际上它板载的程序应该是 LRUN 模式，所以不管烧哪个进行替换其实都完全可以的。因为这只不过是 FSBL 的指针问题，Application 是各自的程序，其实没有什么区别。

还有需要注意的是，在烧录的时候需要选择外部存储设置，也就是那个 STLDR 文件，选择它这个板子对应的设置，然后才能进行烧录。我在烧录的时候它最后弹出来了内核被锁定，之前以及会弹出一个写入保护 PROTECTION，不太清楚是为什么。

踩坑：烧录时弹出”内核被锁定”（Core locked）或者”写入保护 PROTECTION”，通常是 Option Bytes 配置问题。可以尝试：

1. 按住 Reset 再烧录
2. 使用 Mass Erase 擦除整片芯片
3. 检查 BOOT 跳线是否正确设置（DEV 模式下 BOOT1 = 2-3）

另外，烧录前需要在 CubeProgrammer 中加载正确的 External Loader（.stldr 文件），否则无法识别外部 Flash。

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二、硬件平台与关键概念

2.1 芯片与开发板

• 芯片：STM32N657X0H3QU
• 开发板：NUCLEO-N657X0-Q (MB1940)
• 架构：ARM Cortex-M55 with Helium (MVE) + TrustZone
• 主频：600 MHz
• Flash：无内部 Flash，依赖外部 XSPI Nor Flash
• RAM：2MB AXISRAM (0x3400_0000 ~ 0x3420_0000)

STM32N6 与以往 F1/F4 系列最大的区别在于：

1. 无内部 Flash：代码必须存放在外部 XSPI Flash 中
2. TrustZone：安全世界与非安全世界隔离，需要正确配置 RIF
3. 双域架构：Secure 域和 Non-Secure 域分离
4. OTP Fuses：一次性可编程熔丝，用于配置高速模式
5. FSBL 机制：First Stage Boot Loader

2.2 LED 引脚

LED 颜色	引脚	备注
绿色 LED	PG.00 (LED_GREEN)	Appli 主循环控制
蓝色 LED	PG.08 (LED_BLUE)	Appli 主循环控制
红色 LED	PG.10 (LED_RED)	FSBL 调试指示

勘误：之前笔记把 PG.08 写成黄色，实际是蓝色（LED_BLUE）。NUCLEO-N657X0-Q 板上丝印标注的颜色和 BSP 定义一致。 |

2.3 启动模式（Boot Pin）

板上 Boot 引脚有 3 个位置（排针 1、2、3），通过跳线帽选择：

Boot 引脚配置

引脚	排针 1-2 短路	排针 2-3 短路
BOOT0	0（低电平）	1（高电平）
BOOT1	0（低电平）	1（高电平）

启动模式

模式	BOOT0	BOOT1	说明
DEV（调试）	任意（0 或 1 都可以）	1（排针 2-3 短路）	IDE 加载程序到 RAM，可源码调试
Boot from Flash	0（排针 1-2 短路）	0（排针 1-2 短路）	从外部 XSPI Flash 启动，独立运行
Reserved	1	0	保留
System ROM	0	0	芯片内置 ROM（一般不用）

注意：DEV 模式下 BOOT0 任意，只要求 BOOT1 = 1（跳线帽接 2-3）。

2.4 Boot ROM 启动顺序

STM32N6 芯片上电后，Boot ROM 按以下顺序查找可启动代码：

顺序	地址	说明
1	0x7000 0000	首选：外部 XSPI Flash（FSBL 或带 header 的程序）
2	内部 ROM	芯片出厂自带的 BootLoader（如有）
3	RAM	如果其他地方都没有，尝试从 RAM 启动

注意：地址 0x7000 0000 是外部 Flash 的镜像起始地址，实际物理 Flash 通过 XSPI 接口访问。带签名的程序放在这里，Boot ROM 才能识别并加载。

2.5 名词解释

缩写	全称	含义
LRUN	Load & Run	代码从外部 Flash 复制到内部 RAM 后执行
XIP	eXecute In Place	代码直接在外部 Flash 原地执行，不复制到 RAM
XSPI	eXtended SPI	ST 的串行外设接口协议，用于与外部 Flash 通信
FSBL	First Stage Boot Loader	第一阶段引导加载程序
OTP	One-Time Programmable	一次性可编程熔丝

2.6 链接文件命名规则

格式：ROM在哪里_RUN_RAM在哪里

链接文件	含义
STM32N657XX_LRUN	Appli 放在内部 RAM（由 FSBL 加载）
STM32N657XX_ROMxspi1	Appli 在外部 XSPI1 Flash，原地执行
STM32N657XX_ROMxspi2	Appli 在外部 XSPI2 Flash，原地执行
STM32N657XX_LRUN_RAMxspi2	Appli 放 RAM，但从 XSPI2 的 Flash 加载
STM32N657XX_ROMxspi1_RAMxspi3	Appli 在 XSPI1，RAM 用 XSPI3

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三、FSBL Load & Run 模式

3.1 架构概述

FSBL LRUN 模式将系统分为两个独立的子项目：

子项目	职责	运行位置
FSBL	初始化 OTP、配置 XSPI2、读取并复制 Appli、跳转执行	内部 RAM (0x3400_0000)
Appli	用户应用程序，控制 LED 等外设	内部 RAM (0x3400_0400)

3.2 FSBL 代码分析

FSBL 的核心代码在 FSBL/Src/main.c：

int main(void)
{
    SCB_EnableICache();
    SCB_EnableDCache();
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();  // 配置 600MHz 系统时钟

    // OTP 配置（第一次必须）
#ifndef NO_OTP_FUSE
    if(OTP_Config() != 0){
        Error_Handler();
    }
#endif

    MX_GPIO_Init(); // 初始化 LED (PG.10)
    MX_XSPI2_Init(); // 初始化 XSPI2 接口
    MX_EXTMEM_Init();
    BOOT_Application();   // 复制 Appli 到 RAM 并跳转

    while (1) { __NOP(); }  // 永远不会执行到这里
}

FSBL 执行流程：

1. 使能缓存：ICache + DCache
2. 配置时钟：600MHz 主频
3. OTP 配置：设置 VDDIO3_HSLV 等熔丝（仅第一次需要）
4. 初始化 GPIO：配置 LED 引脚 PG.10（调试用）
5. 初始化 XSPI2：与外部 Flash 通信
6. 初始化外部存储：MX_EXTMEM_Init()
7. 跳转执行：BOOT_Application() 复制 Appli 到 RAM 并跳转

3.3 OTP 配置详解

OTP_Config() 函数配置 VDDIO3_HSLV 熔丝位：

#define BSEC_HW_CONFIG_ID    124U
#define BSEC_HWS_HSLV_VDDIO3 (1U<<15)  // VDDIO3 高速模式使能

⚠️ 注意：OTP 熔丝一次写入，不可逆，配置前请确认。第一次烧录时需要禁用 NO_OTP_FUSE 宏。

3.4 Appli 代码分析

Appli 的代码在 Appli/Src/main.c：

int main(void)
{
    SystemCoreClockUpdate();
    MPU_Config();
    SCB_EnableICache();
    SCB_EnableDCache();
    HAL_Init();
    BSP_LED_Init(LED_GREEN);
    SystemIsolation_Config();  // 配置 RIF 资源隔离
    MX_GPIO_Init();

    while (1)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_0);  // 绿色 LED
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_8);  // 蓝色 LED
        HAL_Delay(750);
    }
}

Appli 中的 SystemIsolation_Config() 配置 TrustZone 资源隔离：

static void SystemIsolation_Config(void)
{
    __HAL_RCC_RIFSC_CLK_ENABLE();
    HAL_GPIO_ConfigPinAttributes(GPIOG, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SEC|GPIO_PIN_NPRIV);
    HAL_GPIO_ConfigPinAttributes(GPIOG, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SEC|GPIO_PIN_NPRIV);
    HAL_GPIO_ConfigPinAttributes(GPIOG, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SEC|GPIO_PIN_NPRIV);
}

3.5 跳过 FSBL 直接运行 Appli

如果满足以下条件之一，可以跳过 FSBL 直接烧录 Appli：

• OTP 已经配置好（VDDIO3_HSLV 已设置）
• 芯片出厂自带 FSBL 在 0x7000 0000
• Boot ROM 支持直接从 0x7010 0000 加载

操作步骤：

1. 签名 Appli：Appli-trusted.bin
2. 烧录到 0x7010 0000
3. Reset，芯片会从外部 Flash 启动

踩坑：如果芯片没有自带 FSBL 且 Boot ROM 不支持直接加载，跳过 FSBL 会导致芯片找不到可执行代码而停住。

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四、编译配置

4.1 工具链

工具	路径
GCC ARM Compiler	C:\Users\Q\AppData\Local\stm32cube\bundles\gnu-tools-for-stm32\14.3.1+st.2
STM32Cube Firmware	C:\Users\Q\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_N6_V1.3.0\
Signing Tool	C:\APPS\Programmer\bin\STM32_SigningTool_CLI.exe

4.2 编译命令

cd build/Debug
cube-cmake --build . --target clean
cube-cmake --build . --target all

4.3 CMake POST_BUILD 配置（自动签名）

find_program(OBJCOPY arm-none-eabi-objcopy PATHS
    C:/Users/Q/AppData/Local/stm32cube/bundles/gnu-tools-for-stm32/14.3.1+st.2/bin
    NO_DEFAULT_PATH
)

add_custom_command(TARGET ${CMAKE_PROJECT_NAME} POST_BUILD
    COMMAND ${OBJCOPY} -O binary $<TARGET_FILE:${CMAKE_PROJECT_NAME}> 
            ${CMAKE_BINARY_DIR}/${CMAKE_PROJECT_NAME}.bin
    COMMENT "Generating binary"
)

add_custom_command(TARGET ${CMAKE_PROJECT_NAME} POST_BUILD
    COMMAND ${OBJCOPY} -O ihex $<TARGET_FILE:${CMAKE_PROJECT_NAME}> 
            ${CMAKE_BINARY_DIR}/${CMAKE_PROJECT_NAME}.hex
    COMMENT "Generating HEX"
)

# 自动签名（编译后自动执行，无需手动签名）
find_program(SIGNING_TOOL C:/APPS/Programmer/bin/STM32_SigningTool_CLI.exe)
add_custom_command(TARGET ${CMAKE_PROJECT_NAME} POST_BUILD
    COMMAND ${SIGNING_TOOL} -bin ${CMAKE_BINARY_DIR}/${CMAKE_PROJECT_NAME}.bin 
            -nk -of 0x80000000 -t fsbl
            -o ${CMAKE_BINARY_DIR}/${CMAKE_PROJECT_NAME}-trusted.bin 
            -hv 2.3 -align -s
    COMMENT "Signing ${CMAKE_PROJECT_NAME}.bin"
)

4.4 NO_OTP_FUSE 宏配置

FSBL 的编译宏在 FSBL/mx-generated.cmake 中定义：

set(MX_Defines_Syms 
    USE_HAL_DRIVER 
    STM32N657xx 
    NO_OTP_FUSE # 注释掉此行以启用 OTP 配置
)

配置	说明
禁用 NO_OTP_FUSE	第一次烧录时必须，FSBL 会自动配置 OTP 熔丝
启用 NO_OTP_FUSE	后续开发使用，跳过 OTP 配置步骤

4.5 编译产物

文件	位置
FSBL.elf / .bin / .hex	FSBL/build/Template_FSBL_LRUN_FSBL.*
Appli.elf / .bin / .hex	Appli/build/Template_FSBL_LRUN_Appli.*
FSBL-trusted.bin	FSBL/build/Template_FSBL_LRUN_FSBL-trusted.bin
Appli-trusted.bin	Appli/build/Template_FSBL_LRUN_Appli-trusted.bin

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五、签名与烧录

5.1 为什么要签名

STM32N6 的外部 Flash 存储了关键固件，芯片的 Boot ROM 只会加载带有正确签名 Header 的镜像。签名工具为 .bin 文件添加一个 V2.3 格式的头部。

5.2 签名命令（手动）

# Appli 签名
& "C:\APPS\Programmer\bin\STM32_SigningTool_CLI.exe" `
    -bin "C:\APPS\COPRO\MCU\CUBEMX\N6_MX\Template_FSBL_LRUN\Appli\build\Template_FSBL_LRUN_Appli.bin" `
    -nk -of 0x80000000 -t fsbl `
    -o "C:\APPS\COPRO\MCU\CUBEMX\N6_MX\Template_FSBL_LRUN\Appli\build\Template_FSBL_LRUN_Appli-trusted.bin" `
    -hv 2.3 -align -s

# FSBL 签名
& "C:\APPS\Programmer\bin\STM32_SigningTool_CLI.exe" `
    -bin "C:\APPS\COPRO\MCU\CUBEMX\N6_MX\Template_FSBL_LRUN\FSBL\build\Template_FSBL_LRUN_FSBL.bin" `
    -nk -of 0x80000000 -t fsbl `
    -o "C:\APPS\COPRO\MCU\CUBEMX\N6_MX\Template_FSBL_LRUN\FSBL\build\Template_FSBL_LRUN_FSBL-trusted.bin" `
    -hv 2.3 -align -s

5.3 签名参数说明

参数	说明
-bin	输入的 .bin 文件路径
-nk	No Key，开发模式，不做真正签名验证
-of 0x80000000	Option flags 地址偏移
-t fsbl	Binary type：FSBL 类型
-hv 2.3	Header version（N6 必须用 2.3）
-align	必须加，payload 对齐到 0x400
-s	静默模式，不弹出覆盖确认提示

5.4 烧录地址

文件	地址
Appli-trusted.bin	0x7010_0000
FSBL-trusted.bin	0x7000_0000（可选）

5.5 烧录后现象

阶段	现象
FSBL 初始化	红灯（PG.10）闪烁 3 次
跳转 Appli	绿灯（PG.00）和蓝灯（PG.08）交替闪烁

5.6 External Loader (.stldr)

烧录外部 XSPI Flash 时，CubeProgrammer 需要加载对应的 External Loader 文件：

开发板	Loader 文件
NUCLEO-N657X0-Q	NUCLEO_N657X0_Q.stldr（通常在 CubeProgrammer 安装目录下）

位置：通常在 C:\Program Files\STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\ExternalLoader\ 下。

踩坑：如果不加载正确的 .stldr 文件，CubeProgrammer 无法识别外部 Flash，烧录时会报错或无法写入。

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六、调试方法

6.1 DEV 模式调试（推荐）

1. 设置 BOOT1 = 2-3（DEV 模式）
2. IDE 加载 FSBL/build/Template_FSBL_LRUN_FSBL.elf 到 RAM
3. 在 Appli 代码打断点
4. Debug/Run
5. FSBL 运行 → 加载 Appli → 断点生效

6.2 Flash 模式

无法源码调试，只能靠 LED / UART / ITM。

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七、项目文件结构

Template_FSBL_LRUN/
├── CLAUDE.md              # 项目说明文档
├── SKILL.md              # 技能文档
├── README.md              # 官方说明
├── Template_FSBL_LRUN.ioc # CubeMX 配置文件
│
├── FSBL/                  # FSBL 子项目
│   ├── Src/
│   │   ├── main.c         # FSBL 主程序
│   │   ├── extmem.c       # 外部存储初始化
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   └── extmem.h
│   ├── mx-generated.cmake # 编译宏定义
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── STM32N657XX_LRUN.ld
│
├── Appli/                 # Appli 子项目
│   ├── Src/
│   │   ├── main.c # Appli 主程序
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   └── stm32n6xx_nucleo_conf.h
│   ├── mx-generated.cmake
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── STM32N657XX_LRUN.ld
│
├── Drivers/               # HAL 驱动（项目内）
├── Secure_nsclib/          # 安全非安全调用库
├── gcc-arm-none-eabi.cmake # 工具链配置
└── mx-generated.cmake       # 主 CMake 配置

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八、参考文献

ST 官方社区帖子

• How to create an STM32N6 FSBL Load and Run
• Nucleo-N657X0-Q unable to upload code
• Debugging program in external flash XIP mode STM32N6
• How to debug STM32N6 using STM32CubeIDE
• How to execute code from external serial NOR
• How to build an AI application from scratch on the Nucleo-N657X0
• STM32N6570-DK LRUN project does not boot
• How to build an AI application from scratch on the STM32N6570-DK

ST 官方 PDF

• rm0486 — STM32N657xx ARM-based 32-bit MCUs
• um3234 — How to proceed with Boot ROM on STM32N6 MCUs
• an6265 — Getting started with STM32N6 MCUs in STM32CubeIDE
• an5967 — Getting started with hardware development for STM32N6 MCUs
• um3249 — Getting started with STM32CubeN6 for STM32N6 series
• pm0273 — STM32 Cortex-M55 MCUs Programming Manual
• Nucleo-N657X0-Q 原理图 (en.mb1940-n657x0q-c02-schematic)
• um3417 — STM32N6 Nucleo144 board MB1940

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九、常见问题速查

现象	可能原因	解决方法
烧录报错”内核被锁定”	Option Bytes 锁定	按住 Reset 再烧录，或 Mass Erase
烧录报错”写入保护”	读保护 RDP 开启	使用 Mass Erase 擦除
Flash 模式不运行	没有 -align 签名	重新签名，加 -align
Flash 模式不运行	OTP 未配置	第一次禁用 NO_OTP_FUSE，让 FSBL 配置 OTP
芯片无响应	调试器断开	按 Reset，重新连接
调试时断点不生效	用了 Flash 模式	切回 DEV 模式，BOOT1=2-3
编译后无 .bin 文件	CMakeLists.txt 缺少 post-build	添加 objcopy 命令
签名报”binary not found”	PowerShell 引号问题	用 & "..." 或在 CMD 里运行