代码收藏家 STM32实战：HAL库中的SPI技术
SPI基础内容参考：
STM32的SPI可自行查阅数据手册。本文不赘述。
NSS是片选信号
STM32的Falsh
概念补充：FLASH的块和页
FLASH中可以被单次访问的最小单元（就是说对FLASH进行一次读写至少要读写这么多，或者是这么多的整数倍）叫做Page（页）。如果某FLASH一页是2KB，那么我们要读写FLASH，每次至少要读写2KB或者n*2KB，即使我们只是想要其中的一个字节。这就是我们说的典型的块设备（PS：现在有些块设备为了方便，提供了一种random read模式，可以只读取1个字节）。
页往上还有个Block（块）的概念，1个块等于若干个页。
块设备分page、block有什么意义？首先要明白，块设备不能完全按字节访问而必须块访问是物理上的限制，而不是人为设置的障碍。其次，Page和Block各有各的意义，譬如FLASH中：Page是读写FLASH的最小单位；Block是擦除FLASH的最小单位。这些规则都是FLASH的物理原理所限制要求的。
FLASH芯片中主要包含2部分：FLASH存储颗粒+FLASH接口电路。存储颗粒就是纯粹的FLASH的存储单元，类似于仓库；FLASH接口电路是用来管理存储颗粒，并且给外界提供一个统一的FLASH接口规格的访问接口的。
FLASH中有多个存储单元，每个单元都有自己的地址（地址是精确到字节的）。所以FLASH是地址编排精确到字节，但是实际读写却只能精确到页（所以FLASH的很多操作都要求给的地址是页对齐的，譬如2K、4K、512K等这样的地址，不能给3000B这样的地址）。
坏块标志：FLASH芯片用一段时间后，可能某些块会坏掉（这些块无法擦除了，或者无法读写了），FLASH的坏块非常类似于硬盘的坏道。坏块是不可避免的，而且随着FLASH的使用坏块会越来越多。当坏块还不算太多时这个FLASH都是可以用的，除非坏块太多了不能用了才会换新的。所以我们为了管理FLASH发明了一种坏块标志机制。有的FLASH每个页中的一部分会定义一个固定位置（譬如定位第24字节）来标记这个块是好的还是坏的。文件系统在发现这个块已经坏了没法用了时会将这个块标记为坏块，以后访问FLASH时直接跳过这个块即可。
说到STM32的FLSAH，我们的第一反应是用来装程序的，实际上，STM32的片内FLASH不仅用来装程序，还用来装芯片配置、芯片ID、自举程序等等。当然， FLASH还可以用来装数据。
FLASH组成
根据用途，STM32片内的FLASH分成两部分：主存储块、信息块。主存储块用于存储程序，我们写的程序一般存储在这里。
信息块又分成两部分：系统存储器、选项字节。 系统存储器存储用于存放在系统存储器自举模式下的启动程序（BootLoader），当使用ISP方式加载程序时，就是由这个程序执行。这个区域由芯片厂写入BootLoader，然后锁死，用户是无法改变这个区域的。 选项字节存储芯片的配置信息及对主存储块的保护信息。
FLASH的页面
STM32的FLASH主存储块按页组织，有的产品每页1KB，有的产品每页2KB。页面典型的用途就是用于按页擦除FLASH。从这点来看，页面有点像通用FLASH的扇区。实际使用中，会使用到各种各样的FLASH芯片，所以需要在使用时认真细致地查看对应的数据手册。
本文我们通过使用SPI接口来操作Flash，Flash型号为W25Q64。
具体查阅芯片手册，本文不赘述。
硬件原理图
MX配置
关键代码
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "MyApplication.h" /* Private define-------------------------------------------------------------*/ /* Private variables----------------------------------------------------------*/ /* Private function prototypes------------------------------------------------*/ static void SPI_Flash_ReadFlashID(void); //读取FlashID static void SPI_Flash_EraseSector(uint32_t); //擦除扇区(4kB) static void SPI_Flash_EraseTotal(void); //擦除全部 static void SPI_Flash_WriteUnfixed(uint8_t*,uint32_t,uint32_t); //写入不固定长度数据 static void SPI_Flash_ReadUnfixed(uint8_t*,uint32_t,uint32_t); //读取不固定长度数据 /* Public variables-----------------------------------------------------------*/ SPI_Flash_t SPI_Flash = { 0, SPI_Flash_ReadFlashID, SPI_Flash_EraseSector, SPI_Flash_EraseTotal, SPI_Flash_WriteUnfixed, SPI_Flash_ReadUnfixed }; /* Private function prototypes------------------------------------------------*/ static uint8_t SPI_Flash_ReadByte(void); //从Flash读1个字节 static void SPI_Flash_WriteByte(uint8_t); //给Flash写1个字节 static void SPI_Flash_WriteEnable(void); //Flash写使能 static void SPI_Flash_WaitForWriteEnd(void); //等待Flash写入完成 static void SPI_Flash_WritePage(uint8_t*,uint32_t,uint16_t); //写入页(256Bytes),写入长度不超过256字节 /* * @name SPI_Flash_ReadByte * @brief 从Flash读1个字节 * @param None * @retval 读取到的数据 */ static uint8_t SPI_Flash_ReadByte() { uint8_t ReceiveByte; //等待模式读出1个字节 if(HAL_SPI_Receive(&hspi3,&ReceiveByte,1,0x0A) != HAL_OK) ReceiveByte = Dummy_Byte; //返回字节 return ReceiveByte; } /* * @name SPI_Flash_ReadByte * @brief 给Flash写1个字节 * @param Byte -> 待写入的字节 * @retval 读取到的数据 */ static void SPI_Flash_WriteByte(uint8_t Byte) { uint8_t SendByte = Byte; //等待模式写入1个字节 HAL_SPI_Transmit(&hspi3,&SendByte,1,0x0A); } /* * @name SPI_Flash_WriteEnable * @brief Flash写使能 * @param None * @retval None */ static void SPI_Flash_WriteEnable() { //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：写使能 SPI_Flash_WriteByte(W25X_WriteEnable); //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; } /* * @name SPI_Flash_WaitForWriteEnd * @brief 等待Flash写入完成 * @param None * @retval None */ void SPI_Flash_WaitForWriteEnd() { uint8_t Flash_Status1 = 0; //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：读状态寄存器1 SPI_Flash_WriteByte(W25X_ReadStatusReg1); //连续读取状态寄存器1，直到WEL为低电? Timer6.usDelay_Timer = 0; do { Flash_Status1 = SPI_Flash_ReadByte(); //防止意外，概率极低 if(Timer6.usDelay_Timer >= TIMER0_10S) break; } while((Flash_Status1 & Flash_Status1_BUSY) == Flash_Status1_BUSY); //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; } /* * @name SPI_Flash_ReadFlashID * @brief 读取FlashID * @param None * @retval None */ static void SPI_Flash_ReadFlashID() { uint8_t buf[3]; //检测flash是否处于忙碌状态 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：读取JEDEC ID(设备标识符 -> 制造商+内存类型+容量) SPI_Flash_WriteByte(W25X_ReadJedecID); buf[0] = SPI_Flash_ReadByte(); buf[1] = SPI_Flash_ReadByte(); buf[2] = SPI_Flash_ReadByte(); //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; SPI_Flash.JedecID = (buf[0] << 16) + (buf[1] << 8) + buf[2]; printf("The JEDEC ID of SPI flash is 0x%.6X\r\n",SPI_Flash.JedecID); /*** JEDEC ID IC型号 存储空间大小 0xEF4015 W25Q16JV-IQ/JQ 16M-bit /2M-byte 0XEF4017 W25Q64JV-IQ/JQ 64M-bit /8M-byte 0XEF4018 W25Q128JV-IQ/JQ 128M-bit/16M-byte ***/ switch(SPI_Flash.JedecID) { case 0xEF4015: printf("Flash芯片型号为W25Q16JV-IQ/JQ， 16M-bit /2M-byte\r\n"); break; case 0xEF4017: printf("Flash芯片型号为W25Q64JV-IQ/JQ， 64M-bit /8M-byte\r\n"); break; case 0xEF4018: printf("Flash芯片型号为W25Q128JV-IQ/JQ，128M-bit/16M-byte\r\n"); break; default: printf("Flash芯片型号未知\r\n"); } } /* * @name SPI_Flash_EraseSector * @brief 擦除扇区(4kB) * @param SectorAddr：待擦除扇区地址，要求为4k倍数 * @retval None */ static void SPI_Flash_EraseSector(uint32_t SectorAddr) { //检测flash是否处于忙碌状态 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); //Flash写使能，允许擦除 SPI_Flash_WriteEnable(); /* 擦除扇区 */ //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：扇区擦除 SPI_Flash_WriteByte(W25X_SectorErase); //发送擦除扇区地址的高字节 SPI_Flash_WriteByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16); //发送擦除扇区地址的中字节 SPI_Flash_WriteByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8); //发送擦除扇区地址的低字节 SPI_Flash_WriteByte(SectorAddr & 0xFF); //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; //等待擦除完毕 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); } /* * @name SPI_Flash_EraseTotal * @brief 擦除全部 * @param None * @retval None */ static void SPI_Flash_EraseTotal() { //检测flash是否处于忙碌状态 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); //Flash写使能，允许擦除 SPI_Flash_WriteEnable(); /* 擦除整片 */ //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：整片擦除 SPI_Flash_WriteByte(W25X_ChipErase); //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; //等待擦除完毕 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); } /* * @name SPI_Flash_WritePage * @brief 写入页(256Bytes),写入长度不超过256字节 * @param pWriteBuffer：待写入数据的指针 * WriteAddr ：写入地址 * WriteLength ：写入数据长度，必须小于等于SPI_FLASH_PerWritePageSize(256Bytes) * @retval None */ static void SPI_Flash_WritePage(uint8_t* pWriteBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t WriteLength) { //检测flash是否处于忙碌状态 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); //Flash写使能，允许写入 SPI_Flash_WriteEnable(); //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：页面编程 SPI_Flash_WriteByte(W25X_PageProgram); //发送地址高字节 SPI_Flash_WriteByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16); //发送地址中字节 SPI_Flash_WriteByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8); //发送地址低字节 SPI_Flash_WriteByte(WriteAddr & 0xFF); if(WriteLength > SPI_FLASH_PageSize) { WriteLength = SPI_FLASH_PageSize; printf("Error: Flash每次写入数据不能超过256字节！\n"); } //开始写入数据 while (WriteLength--) { /* 读取一个字节*/ SPI_Flash_WriteByte(*pWriteBuffer); /* 指向下一个字节缓冲区 */ pWriteBuffer++; } //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; //等待写入完毕 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); } /* * @name SPI_Flash_WriteUnfixed * @brief 写入不固定长度数据 * @param pWriteBuffer：待写入数据的缓存指针 * WriteAddr ：写入地址 * WriteLength ：写入数据长度 * @retval None */ static void SPI_Flash_WriteUnfixed(uint8_t* pWriteBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t WriteLength) { uint32_t PageNumofWirteLength = WriteLength / SPI_FLASH_PageSize; //待写入页数 uint8_t NotEnoughNumofPage = WriteLength % SPI_FLASH_PageSize; //不足一页的数量 uint8_t WriteAddrPageAlignment = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize; //如果取余为0，则地址页对齐，可以写连续写入256字节 uint8_t NotAlignmentNumofPage = SPI_FLASH_PageSize - WriteAddrPageAlignment; //地址不对齐部分，最多可以写入的字节数 //写入地址页对齐 if(WriteAddrPageAlignment == 0) { //待写入数据不足一页 if(PageNumofWirteLength == 0) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,WriteLength); } //待写入数据超过一页 else { //先写入整页 while(PageNumofWirteLength--) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,SPI_FLASH_PageSize); pWriteBuffer += SPI_FLASH_PageSize; WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize; } //再写入不足一页的数据 if(NotEnoughNumofPage > 0) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,NotEnoughNumofPage); } } } //写入地址与页不对齐 else { //待写入数据不足一页 if(PageNumofWirteLength == 0) { //不足一页的数据 <= 地址不对齐部分 if(NotEnoughNumofPage <= NotAlignmentNumofPage) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,WriteLength); } //不足一页的数据 > 地址不对齐部分 else { //先写地址不对齐部分允许写入的最大长度 SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,NotAlignmentNumofPage); pWriteBuffer += NotAlignmentNumofPage; WriteAddr += NotAlignmentNumofPage; //再写没写完的数据 SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,NotEnoughNumofPage-NotAlignmentNumofPage); } } //待写入数据超过一页 else { //先写地址不对齐部分允许写入的最大长度，地址此时对齐了 SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,NotAlignmentNumofPage); pWriteBuffer += NotAlignmentNumofPage; WriteAddr += NotAlignmentNumofPage; //地址对其后，重新计算写入页数与不足一页的数量 WriteLength -= NotAlignmentNumofPage; PageNumofWirteLength = WriteLength / SPI_FLASH_PageSize; //待写入页数 NotEnoughNumofPage = WriteLength % SPI_FLASH_PageSize; //先写入整页 while(PageNumofWirteLength--) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,SPI_FLASH_PageSize); pWriteBuffer += SPI_FLASH_PageSize; WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize; } //再写入不足一页的数据 if(NotEnoughNumofPage > 0) { SPI_Flash_WritePage(pWriteBuffer,WriteAddr,NotEnoughNumofPage); } } } } /* * @name SPI_Flash_ReadUnfixed * @brief 读取不固定长度数据 * @param pReadBuffer：存放读取数据的缓存指针 * ReadAddr ：读取地址 * ReadLength ：读取数据长度 * @retval None */ static void SPI_Flash_ReadUnfixed(uint8_t* pReadBuffer, uint32_t ReadAddr, uint32_t ReadLength) { //检测flash是否处于忙碌状态 SPI_Flash_WaitForWriteEnd(); //选择Flash芯片: CS输出低电平 CLR_SPI_Flash_CS; //发送命令：读取数据 SPI_Flash_WriteByte(W25X_ReadData); //发送地址高字节 SPI_Flash_WriteByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16); //发送地址中字节 SPI_Flash_WriteByte((ReadAddr & 0xFF00) >> 8); //发送地址低字节 SPI_Flash_WriteByte(ReadAddr & 0xFF); //开始读取数据 while (ReadLength--) { /* 读取一个字节*/ *pReadBuffer = SPI_Flash_ReadByte(); /* 指向下一个字节缓冲区 */ pReadBuffer++; } //禁用Flash芯片: CS输出高电平 SET_SPI_Flash_CS; } /******************************************************** End Of File ********************************************************/
