SPI--读写串行FLASH
郑晨
基础知识部分：
SPI的特征：
1、全双工传输模式
2、片选信号由NSS引脚输入，低电平选定，每个从设备都有一个独立的NSS线，不能共用。
3、MOSI（master output slave input）：输出引脚
MISO(master input slave output)； 输入引脚
SCK:时钟引脚（时钟的采样模式根据CPHA和CPOL位决定）
NSS：片选引脚
4、STM32有三个SPI外设
SPI1是高速的，SPI2和3是低速的
SPI1是挂载在APB1高速总线上的，另外两个低速的是挂载在ABP2上。
时钟的控制逻辑是在控制寄存器CR1中的BR位控制（分别从000－111八种频率模式）
频率低的模式是为了兼容低频设备。
NSS信号用软件控制GPIO信号更方便，而不用硬件SPI控制。
写或者读操作，都是通过控制SPI的数据寄存器DR寄存器进行的
IN GENERAL:
SPI使用MOSI和MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。（例如，可以设定SCK信号在上升沿触发，在下降沿采样，且数据输入输出是同时进行的）
时钟极性CPOL=0时，空闲状态为低电平，CPOL=1时，SCK高电平空闲，下降沿采样。 采样极性CPHA=0，在SCK信号变化的奇数边沿进行采样CPHA=1，偶数边沿采样。
根据以上不同选择，所以SPI有四种模式，无论选择什么模式，主从机选择的模式必须要一样，才能传输正常。
APB1总线上的时钟频率Fpclk为72MHZ。APB2则为36MHZ，所以支持最高的SCK时钟为36MHZ或18MHZ（分别是STM32的Fpclk除以2得出）
发送单字节和接受字节过程：
发送：先是通过往SPI_DR(发送缓冲区)写入一个字节0XF1，TXE置0（非空）然后等待数据被搬运到移位寄存器，然后MISO线把数据发送到从机，这时候下面要发送的另外一个字节0XF2会先在发送缓冲区内等待，发送缓冲区内的0XF1通过移位寄存器转移完毕，这样TXE位才会置1（为空），表示发送缓冲区为空，这样0XF2才可以从发送缓冲区内逐位转移到移位寄存器进行后续的发送步骤。
接受：MISO引脚接受到的数据被移位寄存器搬运到接收缓冲区，RXNE置0，表示非空，操控DR寄存器去进行读操作，将接收缓冲区的字节数据读取出来，RXNE位置1。
往SPI_DR寄存器写入的数据的时候，主机就会产生SCK时钟频率
BSY和片选信号NSS是反过来的（片选低电平使能，BUSY位高电平则表示忙碌，还在执行操作）
发送过程和接受过程时同步进行的。
无论是TXE还是RXNE，只要检测到置一，就是可以进行下一步的操作了。
就算只是接受数据，也要发送数据，这样才能触发SCK引脚，产生时钟信号，发送的数据可以随便写。FLASH会忽略数据。
SPI_MODE 主机模式：SCK时钟信号由STM32产生
从机模式:SPI外设将接收外界的SCK时钟
FLASH特性：
1、存储之前需要先擦除对应的FLASH地址内容
2、擦除操作：把所有的数据位改成1
3、因为写入FLASH数据只能把1改成0，不能把0改成1
4、擦除时必须按最小单位（一般为扇区，4KB）来擦除 FLASH分为0-127（共128块）的BLOCK，每个BLOCK占64kb，且再向下细分为0-15的sector（扇区4kb）。
5、FLASH一次性只能最多写入256个字节（向FLASH发送 Page Program命令 0x2h），所以想执行写入超过一页（256）的数据，就要通过程序来执行,详情关注函数SPI_FLASH_BufferWrite
FLASH的区别：
NORFLASH: 可以一个字节写入
NANDFLASH：必须以块或扇区为单位进行读写
操作步骤：先擦除扇区，再查看扇区擦除是否完成，然后写入数据
写入步骤：先传24位的地址（分三个字节传输），然后再传数据位
接下来看具体的程序编写
bsp_spi_flash.c
#include "./flash/bsp_spi_flash.h"
static __IO uint32_t SPITimeout = SPIT_LONG_TIMEOUT;
static uint16_t SPI_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode);
/**
* @brief SPI_FLASH初始化
* @param 无
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_Init(void)
{
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 使能SPI时钟 */
FLASH_SPI_APBxClock_FUN ( FLASH_SPI_CLK, ENABLE );
/* 使能SPI引脚相关的时钟 */
FLASH_SPI_CS_APBxClock_FUN ( FLASH_SPI_CS_CLK|FLASH_SPI_SCK_CLK|
FLASH_SPI_MISO_PIN|FLASH_SPI_MOSI_PIN, ENABLE );
/* 配置SPI的 CS引脚，普通IO即可 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_CS_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(FLASH_SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 SCK引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_SCK_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 MISO引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MISO_PIN;
GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 配置SPI的 MOSI引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MOSI_PIN;
GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);
/* 停止信号 FLASH: CS引脚高电平*/
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* SPI 模式配置 */
// FLASH芯片 支持SPI模式0及模式3，据此设置CPOL CPHA
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(FLASH_SPIx , &SPI_InitStructure);
/* 使能 SPI */
SPI_Cmd(FLASH_SPIx , ENABLE);
}
/**
* @brief 擦除FLASH扇区
* @param SectorAddr：要擦除的扇区地址
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
/* 擦除扇区 */
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送扇区擦除指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);
/*发送擦除扇区地址的高位*/
SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* 发送擦除扇区地址的中位 */
SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
/* 发送擦除扇区地址的低位 */
SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待擦除完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 擦除FLASH扇区，整片擦除
* @param 无
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BulkErase(void)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
/* 整块 Erase */
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送整块擦除指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ChipErase);
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待擦除完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 对FLASH按页写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度，必须小于等于SPI_FLASH_PerWritePageSize
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
/* 发送FLASH写使能命令 */
SPI_FLASH_WriteEnable();
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 写页写指令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);
/*发送写地址的高位*/
SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
/*发送写地址的中位*/
SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
/*发送写地址的低位*/
SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);
if(NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize)
{
NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;
FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");
}
/* 写入数据*/
while (NumByteToWrite--)
{
/* 发送当前要写入的字节数据 */
SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
/* 指向下一字节数据 */
pBuffer++;
}
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/* 等待写入完毕*/
SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}
/**
* @brief 对FLASH写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
/*mod运算求余，若writeAddr是SPI_FLASH_PageSize整数倍，运算结果Addr值为0*/
Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;
/*差count个数据值，刚好可以对齐到页地址*/
count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;
/*计算出要写多少整数页*/
NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
/*mod运算求余，计算出剩余不满一页的字节数*/
NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
/* Addr=0,则WriteAddr 刚好按页对齐 aligned */
if (Addr == 0)
{
/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
if (NumOfPage == 0)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
}
else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
{
/*先把整数页都写了*/
while (NumOfPage--)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
}
/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
}
}
/* 若地址与 SPI_FLASH_PageSize 不对齐 */
else
{
/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
if (NumOfPage == 0)
{
/*当前页剩余的count个位置比NumOfSingle小，一页写不完*/
if (NumOfSingle > count)
{
temp = NumOfSingle - count;
/*先写满当前页*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
WriteAddr += count;
pBuffer += count;
/*再写剩余的数据*/
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);
}
else /*当前页剩余的count个位置能写完NumOfSingle个数据*/
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
}
}
else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
{
/*地址不对齐多出的count分开处理，不加入这个运算*/
NumByteToWrite -= count;
NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
/* 先写完count个数据，为的是让下一次要写的地址对齐 */
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
/* 接下来就重复地址对齐的情况 */
WriteAddr += count;
pBuffer += count;
/*把整数页都写了*/
while (NumOfPage--)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
}
/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
if (NumOfSingle != 0)
{
SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
}
}
}
}
/**
* @brief 读取FLASH数据
* @param pBuffer，存储读出数据的指针
* @param ReadAddr，读取地址
* @param NumByteToRead，读取数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{
/* 选择FLASH: CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 读 指令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);
/* 发送 读 地址高位 */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* 发送 读 地址中位 */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
/* 发送 读 地址低位 */
SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
/* 读取数据 */
while (NumByteToRead--) /* while there is data to be read */
{
/* 读取一个字节*/
*pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 指向下一个字节缓冲区 */
pBuffer++;
}
/* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/**
* @brief 读取FLASH ID
* @param 无
* @retval FLASH ID
*/
u32 SPI_FLASH_ReadID(void)
{
u32 Temp = 0, Temp0 = 0, Temp1 = 0, Temp2 = 0;
/* 开始通讯：CS低电平 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送JEDEC指令，读取ID */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_JedecDeviceID);
/* 读取一个字节数据 */
Temp0 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 读取一个字节数据 */
Temp1 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 读取一个字节数据 */
Temp2 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* 停止通讯：CS高电平 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
/*把数据组合起来，作为函数的返回值*/
Temp = (Temp0 << 16) | (Temp1 << 8) | Temp2;
return Temp;
}
/**
* @brief 读取FLASH Device ID
* @param 无
* @retval FLASH Device ID
*/
u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
u32 Temp = 0;
/* Select the FLASH: Chip Select low */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* Send "RDID " instruction */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* Read a byte from the FLASH */
Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* Deselect the FLASH: Chip Select high */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
return Temp;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : SPI_FLASH_StartReadSequence
* Description : Initiates a read data byte (READ) sequence from the Flash.
* This is done by driving the /CS line low to select the device,
* then the READ instruction is transmitted followed by 3 bytes
* address. This function exit and keep the /CS line low, so the
* Flash still being selected. With this technique the whole
* content of the Flash is read with a single READ instruction.
* Input : - ReadAddr : FLASH's internal address to read from.
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SPI_FLASH_StartReadSequence(u32 ReadAddr)
{
/* Select the FLASH: Chip Select low */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* Send "Read from Memory " instruction */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);
/* Send the 24-bit address of the address to read from -----------------------*/
/* Send ReadAddr high nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
/* Send ReadAddr medium nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
/* Send ReadAddr low nibble address byte */
SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
}
/**
* @brief 使用SPI读取一个字节的数据
* @param 无
* @retval 返回接收到的数据
*/
u8 SPI_FLASH_ReadByte(void)
{
return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte));
}
/**
* @brief 使用SPI发送一个字节的数据
* @param byte：要发送的数据
* @retval 返回接收到的数据
*/
u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte)
{
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
}
/* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
SPI_I2S_SendData(FLASH_SPIx , byte);
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
}
/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPIx );
}
/**
* @brief 使用SPI发送两个字节的数据
* @param byte：要发送的数据
* @retval 返回接收到的数据
*/
u16 SPI_FLASH_SendHalfWord(u16 HalfWord)
{
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(2);
}
/* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
SPI_I2S_SendData(FLASH_SPIx , HalfWord);
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
{
if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(3);
}
/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPIx );
}
/**
* @brief 向FLASH发送 写使能 命令
* @param none
* @retval none
*/
void SPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
/* 通讯开始：CS低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送写使能命令*/
SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable);
/*通讯结束：CS高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/* WIP(busy)标志，FLASH内部正在写入 */
#define WIP_Flag 0x01
/**
* @brief 等待WIP(BUSY)标志被置0，即等待到FLASH内部数据写入完毕
* @param none
* @retval none
*/
void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void)
{
u8 FLASH_Status = 0;
/* 选择 FLASH: CS 低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 读状态寄存器 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg);
/* 若FLASH忙碌，则等待 */
do
{
/* 读取FLASH芯片的状态寄存器 */
FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
}
while ((FLASH_Status & WIP_Flag) == SET); /* 正在写入标志 */
/* 停止信号 FLASH: CS 高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
//进入掉电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void)
{
/* 通讯开始：CS低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 掉电 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_PowerDown);
/*通讯结束：CS高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
//唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void)
{
/*选择 FLASH: CS 低 */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* 发送 上电 命令 */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReleasePowerDown);
/* 停止信号 FLASH: CS 高 */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
}
/**
* @brief 等待超时回调函数
* @param None.
* @retval None.
*/
static uint16_t SPI_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode)
{
/* 等待超时后的处理,输出错误信息 */
FLASH_ERROR("SPI 等待超时!errorCode = %d",errorCode);
return 0;
}
/*********************************************END OF FILE**********************/
类似资料：