使用STM32 CubeMX实现SPI与W25Q64的功能

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前言

SPI Flash 存储器在嵌入式系统中扮演着重要角色，它可以为微控制器提供额外的存储空间，并且具有快速的读写速度和较大的存储容量。W25Q64 是一款常见的 SPI Flash 存储器，容量为64Mb，采用 SPI 接口进行通信。在 STM32 微控制器上实现对 W25Q64 的功能使用，可以通过 STM32 CubeMX 和相关的库函数轻松完成。本文将介绍如何利用 STM32 CubeMX 和 SPI 库来实现对 W25Q64 的基本功能。

一、内部函数的实现

1.1 选中和取消选中SPI Flash

当CS引脚为GPIO_PIN_RESET为选中该设备，当CS引脚为GPIO_PIN_SET表示取消选中该设备，所以这个函数非常好实现，只需要使用HAL_GPIO_WritePin函数进行写pin即可

static void SPIFlash_Select(void)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);
}

static void SPIFlash_DeSelect(void)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);
}

1.2 写使能函数

如果你需要写使能，你只需要发送命令0x06即可，你可以使用查询方式来发送，也可以使用中断函数来发送。
在发送命令的时候，你需要选中该Flash设备，当你写完命令后，需要取消选中Flash设备。

我们可以这样实现他：

static volatile int g_spi1_tx_complete = 0;
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if(hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_tx_complete = 1;
	}
}

void Wait_SPI_TxCplt(int timeout)
{
	while(g_spi1_tx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	g_spi1_tx_complete = 0;
}

static int SPIFlash_WriteEnable(void)
{
	uint8_t buf[1] = {0x06};
	SPIFlash_Select();
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1,buf,1);
	Wait_SPI_TxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	SPIFlash_DeSelect();
}

1.3 获取读状态

当我们擦除扇区或者写扇区的时候，他并不是发送数据完成，这个数据就写进去的，我们需要等待他内部编程完。我们可以使用命令，把里面的状态拿出来

在这里，我们需要发送2个命令，但是有用的只有命令1(发送的命令为0x05)，因为发送了2个命令，所以我们需要接收两个数据，但是有用的只有接收到的数据2。

static volatile int g_spi1_txrx_complete = 0;
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if(hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_txrx_complete = 1;
	}
}

void Wait_SPI_TxRxCplt(int timeout)
{
	while(g_spi1_txrx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	g_spi1_txrx_complete = 0;
}

static int SPIFlash_ReadStatus(void)
{
		uint8_t txbuf[2] = {0x05,0xff};
		uint8_t rxbuf[2] = {0,0};
		SPIFlash_Select();
		HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, txbuf, rxbuf, 2);
		Wait_SPI_TxRxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
		SPIFlash_DeSelect();
		
		return rxbuf[1];
}

1.4 等待就绪状态

所谓的等待就绪状态其实就是当SPIFlash_ReadStatus函数&上1他还是等于1，就代表擦除扇区或者写扇区已经完成了

static int SPIFlash_WaitReady(void)
{
	while(SPIFlash_ReadStatus() & 1 == 1);
}

二、Flash读写函数实现

2.1 读Flash ID

读Flash ID可以让我们知道这个SPI Flash是否有用
和前面的获取读状态一样。在这里，我们需要发送2个命令，但是有用的只有命令1(发送的命令为0x9F)，因为发送了2个命令，所以我们需要接收两个数据，但是有用的只有接收到的数据2。

int SPIFlash_ReadID(void)
{
	uint8_t txbuf[2] = {0x9F,0xff};
	uint8_t rxbuf[2] = {0,0};
	
	SPIFlash_Select();
	HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, txbuf, rxbuf, 2);
	Wait_SPI_TxRxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	SPIFlash_DeSelect();
	
	return rxbuf[1];
}

当rxbuf[1]的值为0xEF时，代码这个SPI Flash没有问题

2.2 擦除某个扇区

首先，我们要发送命令加上3个字节的地址，所以我们需要4字节的buf
如果你想擦除某个扇区，你需要使用0x20命令。
接下来，我们往buf的后3字节填充地址，地址是先发高位再发低位的。
再完成发送之后，我们还需要等待就绪，即调用SPIFlash_WaitReady函数

int SPIFlash_EraseSector(uint32_t addr)
{
	SPIFlash_WriteEnable();
	
	uint8_t txbuf[4] = {0x20};
	
	txbuf[1] = addr>>16 & 0xff;
	txbuf[2] = addr>>8 & 0xff;
	txbuf[3] = addr>>0 & 0xff;
	
	SPIFlash_Select();
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1,txbuf,4);
	Wait_SPI_TxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	SPIFlash_DeSelect();
	
	SPIFlash_WaitReady();
	
	return 0;
}

2.3 写扇区

写操作在发送命令+地址的和我们的擦除某个扇区的是一样的，只不过我们的写扇区的命令为0x02
再发送完命令+地址之后，我们就可以直接调用HAL库的发送函数进行datas的发送即可。

int SPIFlash_Write(uint32_t addr,uint8_t *datas,uint32_t len)
{
	SPIFlash_WriteEnable();
	
	uint8_t txbuf[4] = {0x02};
	
	txbuf[1] = addr>>16 & 0xff;
	txbuf[2] = addr>>8 & 0xff;
	txbuf[3] = addr>>0 & 0xff;
	
	SPIFlash_Select();
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1,txbuf,4);
	Wait_SPI_TxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1,datas,len);
	Wait_SPI_TxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	
	SPIFlash_DeSelect();
	
	SPIFlash_WaitReady();
	
	return 0;
}

2.4 读数据

读操作在发送命令+地址的和我们的擦除某个扇区的是一样的，只不过我们的写扇区的命令为0x03
在写完上面这些数据之后，我们需要等待写完，接下来我们就可以去调用HAL库的读SPI函数了

static volatile int g_spi1_rx_complete = 0;

void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if(hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_rx_complete = 1;
	}
}

void Wait_SPI_RxCplt(int timeout)
{
	while(g_spi1_rx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	g_spi1_rx_complete = 0;
}

int SPIFlash_Read(uint32_t addr,uint8_t *datas,uint32_t len)
{
	uint8_t txbuf[4] = {0x03};
	
	txbuf[1] = addr>>16 & 0xff;
	txbuf[2] = addr>>8 & 0xff;
	txbuf[3] = addr>>0 & 0xff;
	
	SPIFlash_Select();
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1,txbuf,4);
	Wait_SPI_TxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	
	HAL_SPI_Receive_IT(&hspi1,datas,len);
	Wait_SPI_RxCplt(SPI_FLASH_TIMEOUT);
	
	SPIFlash_DeSelect();
	
	return 0;
}

三、测试代码

char *str = "www.csdn.net\r\n";
	
r = SPIFlash_ReadID();
SPIFlash_EraseSector(4096);
SPIFlash_Write(4096,(uint8_t*)str,strlen(str)+1);
SPIFlash_Read(4096,(uint8_t*)flash_buf,20);

总结

通过本文的介绍，我们了解了如何在 STM32 CubeMX 中配置并利用 SPI 库来实现对 W25Q64 SPI Flash 存储器的功能。首先，我们通过 CubeMX 配置了 STM32 的 SPI 外设，包括时钟分频、数据大小、模式等参数。然后，我们编写了初始化代码，将 SPI 外设与 W25Q64 进行连接，并实现了基本的读写功能。在编写代码时，我们充分利用了 STM32 的 HAL 库提供的函数，简化了通信过程的实现。最后，我们在主函数中调用了相应的读写函数，并通过调试工具验证了功能的正确性。通过本文的学习，读者可以掌握在 STM32 微控制器上使用 CubeMX 和 SPI 库来实现对 W25Q64 SPI Flash 存储器的功能，为嵌入式系统的开发提供了便利。