GPT对话知识库——在STM32的平台下,通过SPI读取和写入Flash的步骤。

目录

1,问:

1,答:

步骤概述

[步骤 1:SPI 初始化](#步骤 1:SPI 初始化)

[步骤 2:Flash 初始化(可选)](#步骤 2:Flash 初始化(可选))

[步骤 3:发送读取命令](#步骤 3:发送读取命令)

示例:发送读取数据命令

[步骤 4:读取数据](#步骤 4:读取数据)

[步骤 5:关闭 SPI 或继续操作](#步骤 5:关闭 SPI 或继续操作)

[完整示例:通过 SPI 读取 Flash 数据](#完整示例:通过 SPI 读取 Flash 数据)

总结

2,问:

2,答:

总体流程

[步骤 1:SPI 初始化](#步骤 1:SPI 初始化)

[SPI 初始化代码:](#SPI 初始化代码:)

[步骤 2:Flash 写入操作](#步骤 2:Flash 写入操作)

[2.1 写使能命令](#2.1 写使能命令)

[2.2 擦除操作](#2.2 擦除操作)

[2.3 写数据到 Flash](#2.3 写数据到 Flash)

[步骤 3:Flash 读取操作](#步骤 3:Flash 读取操作)

[步骤 4:等待 Flash 准备就绪](#步骤 4:等待 Flash 准备就绪)

总结


提问模型:GPT-4o-mini

提问时间:2024.09.19

1,问:

在STM32的平台下,通过SPI读取Flash的步骤

1,答:

STM32 平台下,通过 SPI 读取外部 Flash 的数据是一个常见的任务,尤其是在需要扩展存储时。通常,外部 Flash 芯片如 W25Qxx 系列使用 SPI 进行通信。下面我们详细讲解在 STM32 中通过 SPI 读取 Flash 数据的步骤。

步骤概述

  1. SPI 初始化:在 STM32 中配置 SPI 外设。
  2. Flash 初始化:如果 Flash 有初始化要求(如退出掉电模式),则在通信前进行初始化。
  3. 发送命令:根据 Flash 的协议,发送读取数据的命令以及要读取的地址。
  4. 读取数据:从 Flash 中读取数据并存入缓冲区。
  5. 关闭 SPI 通信:根据需要可以禁用 SPI 或保持连接。

步骤 1:SPI 初始化

在 STM32 中,使用 HAL 库进行 SPI 的初始化。以下是通过 CubeMX 配置的初始化代码。假设使用 SPI1 接口。

cpp 复制代码
SPI_HandleTypeDef hspi1;

void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; // 配置为主机模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  // 8位数据帧
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; // 时钟空闲状态为低电平
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;    // 数据在第一个时钟沿采样
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  // 软件控制 NSS 信号
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  // 根据系统时钟设置合适的分频系数
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  // 高位在前
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        // 初始化失败处理
        Error_Handler();
    }
}

步骤 2:Flash 初始化(可选)

有些 Flash 芯片(如 W25Qxx 系列)可能需要在读取数据之前执行某些初始化操作,例如唤醒 Flash 或解锁写保护。可以通过 SPI 发送相关命令完成这些操作。

例如,W25Qxx Flash 的退出掉电模式命令是 0xAB,你可以这样实现:

cpp 复制代码
void Flash_WakeUp(void)
{
    uint8_t cmd = 0xAB;  // 退出掉电模式的命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送退出掉电命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS 停止 SPI
}

步骤 3:发送读取命令

外部 Flash 芯片通常会有一个特定的命令用于读取数据,比如 W25Qxx 的读取命令是 0x03读取数据),它需要发送以下内容:

  1. 读取命令:0x03
  2. 读取地址:24 位地址,通常分为三个字节
  3. 数据:从指定地址开始读取的数据
示例:发送读取数据命令
cpp 复制代码
void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];
    
    // 读取命令 + 地址
    cmd[0] = 0x03;  // 读取命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中间字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);

    // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);

    // 接收数据
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);

    // 拉高 CS 停止 SPI
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
}

步骤 4:读取数据

执行完发送读取命令后,可以使用 HAL_SPI_Receive() 函数从 SPI 读取数据。上面的代码已经展示了如何读取数据到缓冲区中。

步骤 5:关闭 SPI 或继续操作

在读取完数据之后,如果还需要进行其他操作,可以继续使用 SPI 接口。如果不再需要使用 SPI,可以在完成数据通信后禁用相关资源或拉高 CS 信号以结束通信。

完整示例:通过 SPI 读取 Flash 数据

cpp 复制代码
#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();

    // 初始化缓冲区,长度为读取的数据长度
    uint8_t data_buffer[256];  // 读取 256 字节数据
    uint32_t read_address = 0x000000;  // 从地址 0x000000 开始读取

    // 读取 Flash 数据
    Flash_ReadData(read_address, data_buffer, 256);

    // 继续处理数据...

    while (1)
    {
    }
}

// 读取 Flash 的数据函数,具体实现见上文
void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];
    cmd[0] = 0x03;  // 读取命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中间字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);  // 接收数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS 停止 SPI
}

总结

通过 SPI 读取外部 Flash 的基本步骤包括:

  1. SPI 初始化:设置 SPI 通信参数,配置 STM32 的 SPI 接口。
  2. Flash 初始化(可选):根据 Flash 芯片的要求,执行初始化操作。
  3. 发送读取命令:根据 Flash 芯片的协议,发送读取命令和地址。
  4. 读取数据:从 Flash 中读取数据并存入缓冲区。
  5. 结束通信:拉高 CS 信号,结束通信。

这个过程非常适合用于 SPI 通信外设,例如 W25Qxx 系列 Flash,STM32 平台下的 SPI 和 HAL 库可以帮助简化这类通信过程。

2,问:

在STM32的平台下,通过SPI读取和写入Flash的步骤

2,答:

STM32 平台上通过 SPI 进行 Flash 的读写操作是常见的应用场景。外部 Flash(如 W25Qxx 系列)通过 SPI 接口与 STM32 通信。以下是完整的步骤,涵盖如何通过 SPI 实现对外部 Flash 的读取和写入操作。

总体流程

  1. SPI 初始化:在 STM32 中配置 SPI 外设。
  2. Flash 写入操作:发送写命令,写入数据到 Flash。
  3. Flash 读取操作:发送读命令,读取数据从 Flash。
  4. 写操作辅助功能:需要对 Flash 进行写使能、擦除等操作,确保写入成功。

步骤 1:SPI 初始化

通过 STM32 的 HAL 库 配置 SPI 外设。在这里假设我们使用 SPI1 接口。

SPI 初始化代码:
cpp 复制代码
SPI_HandleTypeDef hspi1;

void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;  // 设置为主机模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;  // 双向全双工
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  // 8位数据
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;  // 时钟空闲时为低电平
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;  // 在第一个时钟沿采样数据
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  // 软件控制NSS
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  // 设置合适的时钟分频
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  // 高位先传输
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;  // 禁用 TI 模式
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;  // 禁用 CRC 计算
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;
    
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        // SPI 初始化错误处理
        Error_Handler();
    }
}

步骤 2:Flash 写入操作

在进行 Flash 的写入操作之前,必须确保满足以下条件:

  • 写使能(Write Enable, WREN):在写入之前,必须启用写功能。
  • 擦除操作(Erase):在某些 Flash 中,写入数据之前需要擦除某一页(或块)。
2.1 写使能命令

在每次写入操作之前,必须发送 WREN 命令以启用写功能。通常这是 0x06 命令。

cpp 复制代码
void Flash_WriteEnable(void)
{
    uint8_t cmd = 0x06;  // 写使能命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送写使能命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}
2.2 擦除操作

在写入新数据之前,必须将目标 Flash 页(通常是 4KB)或块(32KB 或 64KB)擦除。擦除页命令通常是 0x20,后跟 24 位地址。

cpp 复制代码
void Flash_EraseSector(uint32_t address)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x20;  // 擦除页命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    Flash_WriteEnable();  // 使能写操作

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送擦除命令和地址
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}
2.3 写数据到 Flash

写数据命令通常为 0x02,后跟目标地址和数据。每次写入的最大长度受页大小限制,通常是 256 字节。

cpp 复制代码
void Flash_WriteData(uint32_t address, uint8_t* data, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x02;  // 写数据命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    Flash_WriteEnable();  // 使能写操作

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送写命令和地址
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, length, HAL_MAX_DELAY);  // 发送数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}

步骤 3:Flash 读取操作

读取 Flash 的过程相对简单,发送读命令 0x03 和目标地址后,读取返回的数据。

cpp 复制代码
void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x03;  // 读数据命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);  // 接收数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}

步骤 4:等待 Flash 准备就绪

在进行写操作(如写入数据或擦除扇区)后,Flash 通常需要一些时间来完成操作。在此期间,不能立即进行下一次操作。我们可以通过读取 状态寄存器 来等待 Flash 准备就绪。

cpp 复制代码
uint8_t Flash_ReadStatusRegister(void)
{
    uint8_t cmd = 0x05;  // 读取状态寄存器命令
    uint8_t status = 0;

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取状态寄存器命令
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, &status, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 接收状态寄存器
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS

    return status;
}

void Flash_WaitForReady(void)
{
    while (Flash_ReadStatusRegister() & 0x01)  // 检查 BUSY 位
    {
        HAL_Delay(1);  // 间隔 1ms 查询
    }
}

完整示例:写入和读取 Flash 数据

cpp 复制代码
#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();

    // 要写入的数据和读取缓冲区
    uint8_t write_data[256] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};  // 示例数据
    uint8_t read_buffer[256] = {0};
    uint32_t address = 0x000000;  // 从 Flash 的起始地址开始

    // 擦除扇区
    Flash_EraseSector(address);
    Flash_WaitForReady();  // 等待擦除完成

    // 写入数据
    Flash_WriteData(address, write_data, sizeof(write_data));
    Flash_WaitForReady();  // 等待写入完成

    // 读取数据
    Flash_ReadData(address, read_buffer, sizeof(read_buffer));

    while (1)
    {
    }
}

// Flash 写入和读取函数的具体实现见上文

总结

通过 SPI 读写外部 Flash 的步骤包括:

  1. SPI 初始化:配置 SPI 外设,设置通信参数。
  2. 写操作
    • 使能写操作。
    • 擦除 Flash 页/扇区。
    • 写入数据到指定地址。
  3. 读操作:发送读命令并从指定地址读取数据。
  4. 等待 Flash 就绪:在写入和擦除操作后,等待 Flash 准备好再进行下一步操作。

这个过程适用于多种 SPI Flash 器件,比如 W25Qxx 系列。通过 HAL 库可以简化 SPI 通信的实现,提供更高效的嵌入式开发体验。

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