stm32(SPI读写W25Q18)

zoacyf2023-07-20 16:00

SPI 是什么？

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总 线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提 供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 AT91RM9200 。

SPI 包含 4 条总线，SPI 总线包含 4 条总线，分别为SS、SCK、MOSI、MISO。它们的作用介绍如 下 ：

  • (1) MISO -- Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出
  • (2) MOSI -- Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入
  • (3) SCK -- Serial Clock，时钟信号，由主 设备产生
  • (4) CS -- Chip Select，片选信号，由主设备控制

SPI 工作原理

SPI 工作模式

时钟极性（CPOL）： 没有数据传输时时钟线的空闲状态电平

0：SCK在空闲状态保持低电平 1：SCK在空闲状态保持高 电平

时钟相位（CPHA）： 时钟线在第几个时钟边沿采样数据

0：SCK的第一（奇数）边沿进行数据位采样，数据在第一个时 钟边沿被锁存

1：SCK的第二（偶数）边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存

模式 0 和模式 3 最常用。

模式 0 时序图：

模式 3 时序图：

W25Q128 介绍

什么是 W25Q128 ？

W25Q128 是华邦公司推出的一款 SPI 接口的 NOR Flash 芯片，其存储空间为 128 Mbit，相当于 16M 字节。 Flash 是常用的用于储存数据的半导体器件，它具有容量大，可重复擦写、按"扇区/块"擦除、掉 电后数据可继续保存的特性。

Flash 是有一个物理特性：只能写 0 ，不能写 1 ，写 1 靠擦除。

W25Q128 存储架构

一般按扇区（4k）进行擦除。

可以按 章 -- 节 -- 页 -- 字 进行理解。

写使能 (06H)

执行页写，扇区擦除，块擦除，片擦除，写状态寄存器等指令前，需要写使能。

拉低CS片选 → 发送06H → 拉高CS片选

读状态寄存器（05H）

拉低CS片选 → 发送05H→ 返回SR1的值 → 拉高CS片选

读时序（03H）

拉低CS片选 → 发送03H→ 发送24位地址 → 读取数据（1~n） → 拉高CS片选

页写时序 (02H)

页写命令最多可以向FLASH传输256个字节的数据。

拉低CS片选 → 发送02H→ 发送24位地址 → 发送数据（1~n） → 拉高CS片选

扇区擦除时序（20H）

写入数据前，检查内存空间是否全部都是 0XFF ，不满足需擦除。 拉

低CS片选 → 发送20H→ 发送24位地址 → 拉高CS片选

W25Q128 状态寄存器 W25Q128 一共有 3 个状态寄存器，它们的作用是跟踪芯片的状态。 其中，状态寄存器 1 较为常用。

W25Q128 常见操作流程

以下流程省略了拉低/拉高片选信号CS

写操作

实验：使用 SPI 通讯读写 W25Q128 模块

硬件接线 ：VCC -- 3.3V CS -- PA4 CLK -- PA5 DO -- PA6 DI -- PA7

cubeMX配置

w25q128_write_nocheck流程图

代码实现

main.c

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint8_t datatemp[TEXT_SIZE];
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	w25q128_init();
	
	/* 写入测试数据 */
	sprintf((char *)datatemp, "liangxu shuai");
	w25q128_write(datatemp, FLASH_WriteAddress, TEXT_SIZE);
	printf("数据写入完成！\r\n");
	
	/* 读出测试数据 */
	memset(datatemp, 0, TEXT_SIZE);
	w25q128_read(datatemp, FLASH_ReadAddress, TEXT_SIZE);
	printf("读出数据：%s\r\n", datatemp);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

W25Q128.c

#include "w25q128.h"
#include "spi.h"
#include "stdio.h"

/**
 * @brief       初始化W25Q128
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void w25q128_init(void)
{
		uint16_t flash_type;
    spi1_read_write_byte(0xFF); /* 清除DR的作用 */
    W25Q128_CS(1);
		flash_type = w25q128_read_id();   /* 读取FLASH ID. */
		if (flash_type == W25Q128)
			printf("检测到W25Q128芯片\r\n");
}

/**
 * @brief       等待空闲
 * @param       无
 * @retval      无
 */
static void w25q128_wait_busy(void)
{
    while ((w25q128_rd_sr1() & 0x01) == 0x01);   /* 等待BUSY位清空 */
}

/**
 * @brief       读取W25Q128的状态寄存器1的值
 * @param       无
 * @retval      状态寄存器值
 */
uint8_t w25q128_rd_sr1(void)
{
    uint8_t rec_data = 0;
    
    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_ReadStatusReg1);     /* 读状态寄存器1 */
    rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
    W25Q128_CS(1);
    
    return rec_data;
}

/**
 * @brief       W25Q128写使能
 *   @note      将S1寄存器的WEL置位
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void w25q128_write_enable(void)
{
    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_WriteEnable);   /* 发送写使能 */
    W25Q128_CS(1);
}

/**
 * @brief       W25Q128发送地址
 * @param       address : 要发送的地址
 * @retval      无
 */
static void w25q128_send_address(uint32_t address)
{
    spi1_read_write_byte((uint8_t)((address)>>16));     /* 发送 bit23 ~ bit16 地址 */
    spi1_read_write_byte((uint8_t)((address)>>8));      /* 发送 bit15 ~ bit8  地址 */
    spi1_read_write_byte((uint8_t)address);             /* 发送 bit7  ~ bit0  地址 */
}

/**
 * @brief       擦除整个芯片
 *   @note      等待时间超长...
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void w25q128_erase_chip(void)
{
    w25q128_write_enable();    /* 写使能 */
    w25q128_wait_busy();       /* 等待空闲 */
    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_ChipErase);  /* 发送读寄存器命令 */ 
    W25Q128_CS(1);
    w25q128_wait_busy();       /* 等待芯片擦除结束 */
}

/**
 * @brief       擦除一个扇区
 *   @note      注意,这里是扇区地址,不是字节地址!!
 *              擦除一个扇区的最少时间:150ms
 *
 * @param       saddr : 扇区地址 根据实际容量设置
 * @retval      无
 */
void w25q128_erase_sector(uint32_t saddr)
{
    //printf("fe:%x\r\n", saddr);   /* 监视falsh擦除情况,测试用 */
    saddr *= 4096;
    w25q128_write_enable();        /* 写使能 */
    w25q128_wait_busy();           /* 等待空闲 */

    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_SectorErase);    /* 发送写页命令 */
    w25q128_send_address(saddr);   /* 发送地址 */
    W25Q128_CS(1);
    w25q128_wait_busy();           /* 等待扇区擦除完成 */
}

/**
 * @brief       读取芯片ID
 * @param       无
 * @retval      FLASH芯片ID
 *   @note      芯片ID列表见: w25q128.h, 芯片列表部分
 */
uint16_t w25q128_read_id(void)
{
    uint16_t deviceid;

    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_ManufactDeviceID);   /* 发送读 ID 命令 */
    spi1_read_write_byte(0);    /* 写入一个字节 */
    spi1_read_write_byte(0);
    spi1_read_write_byte(0);
    deviceid = spi1_read_write_byte(0xFF) << 8;     /* 读取高8位字节 */
    deviceid |= spi1_read_write_byte(0xFF);         /* 读取低8位字节 */
    W25Q128_CS(1);

    return deviceid;
}

/**
 * @brief       读取SPI FLASH
 *   @note      在指定地址开始读取指定长度的数据
 * @param       pbuf    : 数据存储区
 * @param       addr    : 开始读取的地址(最大32bit)
 * @param       datalen : 要读取的字节数(最大65535)
 * @retval      无
 */
void w25q128_read(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{
    uint16_t i;

    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_ReadData);       /* 发送读取命令 */
    w25q128_send_address(addr);                /* 发送地址 */
    
    for(i=0;i<datalen;i++)
    {
        pbuf[i] = spi1_read_write_byte(0XFF);   /* 循环读取 */
    }
    
    W25Q128_CS(1);
}

/**
 * @brief       SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
 *   @note      在指定地址开始写入最大256字节的数据
 * @param       pbuf    : 数据存储区
 * @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)
 * @param       datalen : 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!!!
 * @retval      无
 */
static void w25q128_write_page(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{
    uint16_t i;

    w25q128_write_enable();    /* 写使能 */

    W25Q128_CS(0);
    spi1_read_write_byte(FLASH_PageProgram);    /* 发送写页命令 */
    w25q128_send_address(addr);                /* 发送地址 */

    for(i=0;i<datalen;i++)
    {
        spi1_read_write_byte(pbuf[i]);          /* 循环写入 */
    }
    
    W25Q128_CS(1);
    w25q128_wait_busy();       /* 等待写入结束 */
}

/**
 * @brief       无检验写SPI FLASH
 *   @note      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
 *              在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
 *
 * @param       pbuf    : 数据存储区
 * @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)
 * @param       datalen : 要写入的字节数(最大65535)
 * @retval      无
 */
static void w25q128_write_nocheck(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{
    uint16_t pageremain;
    pageremain = 256 - addr % 256;  /* 单页剩余的字节数 */

    if (datalen <= pageremain)      /* 不大于256个字节 */
    {
        pageremain = datalen;
    }

    while (1)
    {
        /* 当写入字节比页内剩余地址还少的时候, 一次性写完
         * 当写入直接比页内剩余地址还多的时候, 先写完整个页内剩余地址, 然后根据剩余长度进行不同处理
         */
        w25q128_write_page(pbuf, addr, pageremain);

        if (datalen == pageremain)   /* 写入结束了 */
        {
            break;
        }
        else     /* datalen > pageremain */
        {
            pbuf += pageremain;         /* pbuf指针地址偏移,前面已经写了pageremain字节 */
            addr += pageremain;         /* 写地址偏移,前面已经写了pageremain字节 */
            datalen -= pageremain;      /* 写入总长度减去已经写入了的字节数 */

            if (datalen > 256)          /* 剩余数据还大于一页,可以一次写一页 */
            {
                pageremain = 256;       /* 一次可以写入256个字节 */
            }
            else     /* 剩余数据小于一页,可以一次写完 */
            {
                pageremain = datalen;   /* 不够256个字节了 */
            }
        }
    }
}

/**
 * @brief       写SPI FLASH
 *   @note      在指定地址开始写入指定长度的数据 , 该函数带擦除操作!
 *              SPI FLASH 一般是: 256个字节为一个Page, 4Kbytes为一个Sector, 16个扇区为1个Block
 *              擦除的最小单位为Sector.
 *
 * @param       pbuf    : 数据存储区
 * @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)
 * @param       datalen : 要写入的字节数(最大65535)
 * @retval      无
 */
uint8_t g_w25q128_buf[4096];   /* 扇区缓存 */

void w25q128_write(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{
    uint32_t secpos;
    uint16_t secoff;
    uint16_t secremain;
    uint16_t i;
    uint8_t *w25q128_buf;

    w25q128_buf = g_w25q128_buf;
    secpos = addr / 4096;       /* 扇区地址 */
    secoff = addr % 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", addr, datalen); /* 测试用 */
    if (datalen <= secremain)
    {
        secremain = datalen;    /* 不大于4096个字节 */
    }

    while (1)
    {
        w25q128_read(w25q128_buf, secpos * 4096, 4096);   /* 读出整个扇区的内容 */

        for (i = 0; i < secremain; i++)   /* 校验数据 */
        {
            if (w25q128_buf[secoff + i] != 0XFF)
            {
                break;      /* 需要擦除, 直接退出for循环 */
            }
        }

        if (i < secremain)   /* 需要擦除 */
        {
            w25q128_erase_sector(secpos);  /* 擦除这个扇区 */

            for (i = 0; i < secremain; i++)   /* 复制 */
            {
                w25q128_buf[i + secoff] = pbuf[i];
            }

            w25q128_write_nocheck(w25q128_buf, secpos * 4096, 4096);  /* 写入整个扇区 */
        }
        else        /* 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. */
        {
            w25q128_write_nocheck(pbuf, addr, secremain);  /* 直接写扇区 */
        }

        if (datalen == 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 */

            pbuf += secremain;      /* 指针偏移 */
            addr += secremain;      /* 写地址偏移 */
            datalen -= secremain;   /* 字节数递减 */

            if (datalen > 4096)
            {
                secremain = 4096;   /* 下一个扇区还是写不完 */
            }
            else
            {
                secremain = datalen;/* 下一个扇区可以写完了 */
            }
        }
    }
}
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