代码收藏家 STM32使用SPI操作W25QXX系列Flash设备的实现
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1.FLASH的存储特性
1.在写入数据时必须先擦除
2擦除时会把数据位全重置为1
3.写入数据时只能把为1的数据改成0
4擦除时必须按最小单位来擦除（一般为扇区）
norflash 可以一个字节写入
nandflash 必须以块或扇区为单位进行读写
2.SPI数据控制逻辑
SPI的MOSI及MISO都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源来源于接收缓冲区及发送缓冲区。
通过写SPI的“数据寄存器DR”把数据填充到发送缓冲区中。 通过读“数据寄存器DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。
其中数据帧长度可以通过“控制寄存器CR1”的“DFF位”配置成8位及16位模式；配置“LSBFIRST位”可选择MSB先行还是LSB先行。对spi的时序了解也可以看我之前文章UART IIC SPI 协议区别
3.通信逻辑
控制NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)； 把要发送的数据写入到“数据寄存器DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区； 通讯开始，SCK时钟开始运行。MOSI把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中； 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器SR”中的“TXE标志位”会被置1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空； 等待到“TXE标志位”为1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE标志位”为1时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。
因为接收和发送是同时进行的，所以我们可以通过RXNE标志位来判断是否发送完毕，首先把数据写入发送缓冲区，然后字节一位一位的传到移位寄存器中，当所有发送缓冲区字节发送完毕后，TXE标志就为1，可以进行下一个发送。当接收缓存区把所有字节一帧接收完毕后，RXNE位置1，代表所有发送的字节都到接收缓冲区了，所以我们可以通过RXNE标志位来判断是否发送完成。
4.代码实现
首先给你需要用到的io使能
结构体解析
SPI_Direction
本成员设置SPI的通讯方向，可设置为双线全双工(SPI_Direction_2Lines_FullDuplex)，双线只接收(SPI_Direction_2Lines_RxOnly)，单线只接收(SPI_Direction_1Line_Rx)、单线只发送模式(SPI_Direction_1Line_Tx)。
SPI_Mode 本成员设置SPI工作在主机模式(SPI_Mode_Master)或从机模式(SPI_Mode_Slave )，这两个模式的最大区别为SPI的SCK信号线的时序，SCK的时序是由通讯中的主机产生的。若被配置为从机模式，STM32的SPI外设将接受外来的SCK信号。
SPI_DataSize
本成员可以选择SPI通讯的数据帧大小是为8位(SPI_DataSize_8b)还是16位(SPI_DataSize_16b)。
SPI_CPOL和SPI_CPHA 这两个成员配置SPI的时钟极性CPOL和时钟相位CPHA，这两个配置影响到SPI的通讯模式， 时钟极性CPOL成员，可设置为高电平(SPI_CPOL_High)或低电平(SPI_CPOL_Low )。 时钟相位CPHA 则可以设置为SPI_CPHA_1Edge(在SCK的奇数边沿采集数据) 或SPI_CPHA_2Edge (在SCK的偶数边沿采集数据) 。
SPI_NSS 本成员配置NSS引脚的使用模式，可以选择为硬件模式(SPI_NSS_Hard )与软件模式(SPI_NSS_Soft )，在硬件模式中的SPI片选信号由SPI硬件自动产生，而软件模式则需要亲自把相应的GPIO端口拉高或置低产生非片选和片选信号。 实际中软件模式应用比较多。
SPI_BaudRatePrescaler 本成员设置波特率分频因子，分频后的时钟即为SPI的SCK信号线的时钟频率。这个成员参数可设置为fpclk的2、4、6、8、16、32、64、128、256分频。
SPI_FirstBit 所有串行的通讯协议都会有MSB先行(高位数据在前)还是LSB先行(低位数据在前)的问题，而STM32的SPI模块可以通过这个结构体成员，对该特性编程控制。
配置完这些结构体成员后，要调用SPI_Init函数把这些参数写入到寄存器中，实现SPI的初始化，然后调用SPI_Cmd来使能SPI外设。
spi的初始化
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2时钟使能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15); //PB13/14/15上拉
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
}
void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
SPI2->CR1&=0XFFC7;
SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI2速度
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);
}
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据
}W25QXX的初始化
void W25QXX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; // PB12 推挽
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
W25QXX_CS=1; //SPI FLASH不选中
SPI2_Init(); //初始化SPI
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);//设置为18M时钟,高速模式
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取FLASH ID.
}我们要读取W25QXX的寄存器，首先要使能片选线（拉低片选线），根据数据手册中相应的代码发送相应的指令，然后再把片选线拉高结束
#define W25X_WriteEnable 0x06
#define W25X_WriteDisable 0x04
#define W25X_ReadStatusReg 0x05
#define W25X_WriteStatusReg 0x01
#define W25X_ReadData 0x03
#define W25X_FastReadData 0x0B
#define W25X_FastReadDual 0x3B
#define W25X_PageProgram 0x02
#define W25X_BlockErase 0xD8
#define W25X_SectorErase 0x20
#define W25X_ChipErase 0xC7
#define W25X_PowerDown 0xB9
#define W25X_ReleasePowerDown 0xAB
#define W25X_DeviceID 0xAB
#define W25X_ManufactDeviceID 0x90
#define W25X_JedecDeviceID 0x9F
u8 W25QXX_ReadSR(void)
{
u8 byte=0;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI2_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
return byte;
}
void W25QXX_Write_SR(u8 sr)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);//发送写取状态寄存器命令
SPI2_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
W25QXX_CS=1; //取消片选
}
//W25QXX写禁止
//将WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
W25QXX_CS=1; //取消片选
}在我们正式开始写入读取前，我们要先测试单片机与w25qxx是否正常通信，我们通过读取w25qxx的ID号来判断是否连接正常，我们发送0x90，然后dummy代表任意的数字，但我们按这个格式发送后，他会自动返回ID值
u16 W25QXX_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
W25QXX_CS=0;
SPI2_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
SPI2_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0x00)<<8;
Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0x00);
W25QXX_CS=1;
return Temp;
} 要读取flash的值，首先使能器件，然后发送读取的命令，由图我们可以知道指令为0x90，发送需要读取的地址后，便能读取到flash上的数据
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{
u16 i;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令
SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
{
pBuffer[i]=SPI2_ReadWriteByte(0XFF); //循环读数 0xff可以为任何数，只是为了产生时钟信号
}
W25QXX_CS=1;
} 在写入之前，我们先把扇区的数据擦除干净，也是和上面一样，先使能片选线，然后发送指令，发送擦除地址，w25q开始擦除，擦除后通过busy位来判断是否擦除完成
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)
{
//监视falsh擦除情况,测试用
printf("fe:%x\r\n",Dst_Addr);
Dst_Addr*=4096;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{
while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
} 写入数据也和上面一样，发送写使能 ，使能片选线，发送写页的指令，要写入的地址，然后循环写入，根据手册我们能知道他最多一次只能写入256个字节
//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!
void W25QXX_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 i;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_PageProgram); //发送写页命令
SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
SPI2_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI2_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待写入结束
} 如果需要的字节超过256的话，我们则通过换页的功能，也就是多次调用write多次写入（但是得确保扇区是擦除过的）
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 pageremain;
pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数
if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
while(1)
{
W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
else //NumByteToWrite>pageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了
}
};
}我们也可以通过在写入的时候先检查扇区是否擦除干净，如果没有就先擦除后进行读写
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
u8 W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
u8 * W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
//printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
while(1)
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
{
if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除
}
if(i<secremain)//需要擦除
{
W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除这个扇区
for(i=0;i<secremain;i++) //复制
{
W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];
}
W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
}else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.
if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
else//写入未结束
{
secpos++;//扇区地址增1
secoff=0;//偏移位置为0
pBuffer+=secremain; //指针偏移
WriteAddr+=secremain; //写地址偏移
NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减
if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;//下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了
}
};
}最后W25QXX还有低功耗的模式，当我们不需要使用的时候，可以发指令让他沉睡，需要的时候再通过指令把他唤醒
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TPD
}
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB
W25QXX_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TRES1
} 测试的main函数
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "w25qxx.h"
const u8 TEXT_Buffer[]={"abcd"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
int main(void)
{
u8 datatemp[SIZE];
u32 FLASH_SIZE;
u16 id = 0;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
W25QXX_Init(); //W25QXX初始化
id = W25QXX_ReadID();
printf("fe:%x\r\n",id);
FLASH_SIZE=128*1024*1024; //FLASH 大小为16M字节
W25QXX_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
printf("%s",datatemp);
}测试效果
5.结尾
学习stm32使用flash，我们首先得了解通信使用的是什么协议，然后查看相应的flash芯片手册，根据厂家手册给的指令来对flash芯片进行操作，最后通过stm32使用spi来进行通信，编写程序来实现协议通信
