STM32——“SPI Flash”

引入

在给单片机写程序的时候,有时会用到显示屏,就拿市面上的0.96寸单色显示器来说,一张全屏的图片就占用8x128=1024个字节,即1kb的空间,这对于单片机来说确实有点奢侈,于是我买了一个8Mb的SPI Flash,型号为华邦的W25Q64。

在手册里很容易看到他的介绍:

它支持四线的SPI,在很大程度上增加了读写速度,同时在H7系列中还可以用作扩展的Flash,自带的QSPI功能强大,但是在F1系列中没有QSPI的功能,因此这里只介绍用STM32的普通硬件SPI来驱动这块Flash。

想要驱动这块Flash,首先要配置STM32的硬件SPI:

一、配置SPI

cpp 复制代码
SPI_HandleTypeDef	g_W25Qxx_Handle;

void SPI_Init()
{
	g_W25Qxx_Handle.Instance = SPIx;
	g_W25Qxx_Handle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;

	g_W25Qxx_Handle.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
	g_W25Qxx_Handle.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
	g_W25Qxx_Handle.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
	g_W25Qxx_Handle.Init.CRCPolynomial = 1;
	g_W25Qxx_Handle.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
	g_W25Qxx_Handle.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
	g_W25Qxx_Handle.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
	g_W25Qxx_Handle.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
	g_W25Qxx_Handle.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
	g_W25Qxx_Handle.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;

	HAL_SPI_Init(&g_W25Qxx_Handle);
	
}

void SPI_GPIO_Init()
{
	SPI_FLASH_SCLK_RCC();
	SPI_FLASH_CS_RCC();
	SPI_FLASH_MISO_RCC();
	SPI_FLASH_MOSI_RCC();
	
	SPI_FLASH_SPI_RCC();

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.Pin = FLASH_SCLK_PIN;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(SPI_FLASH_SCLK_PORT,&GPIO_InitStruct);


	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
	GPIO_InitStruct.Pin = FLASH_MISO_PIN;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	HAL_GPIO_Init(SPI_FLASH_MISO_PORT, &GPIO_InitStruct);


	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.Pin = FLASH_MOSI_PIN;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(SPI_FLASH_MOSI_PORT,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 普通输出
	GPIO_InitStruct.Pin = FLASH_CCS_PIN;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(SPI_FLASH_CCS_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void SelectChip()
{
	HAL_GPIO_WritePin(SPI_FLASH_CCS_PORT,FLASH_CCS_PIN,GPIO_PIN_RESET);
}

void UnselectChip()
{
	HAL_GPIO_WritePin(SPI_FLASH_CCS_PORT,FLASH_CCS_PIN,GPIO_PIN_SET);
}

引脚宏为:

cpp 复制代码
#define SPIx				SPI1

#define	FLASH_CCS_PIN		GPIO_PIN_4
#define FLASH_SCLK_PIN		GPIO_PIN_5
#define FLASH_MISO_PIN		GPIO_PIN_6
#define FLASH_MOSI_PIN		GPIO_PIN_7

#define SPI_FLASH_SCLK_PORT		GPIOA
#define SPI_FLASH_CCS_PORT		GPIOA
#define SPI_FLASH_MISO_PORT		GPIOA
#define SPI_FLASH_MOSI_PORT		GPIOA


#define SPI_FLASH_SCLK_RCC()		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_FLASH_CS_RCC()			__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_FLASH_MISO_RCC()		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPI_FLASH_MOSI_RCC()		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()

#define SPI_FLASH_SPI_RCC()		__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE()

在SPI的配置上使用模式0或者模式3的高位先发,在这里我使用模式0,即:极性为低,相位是在第一个上升沿。

体现在上边的代码为:

cpp 复制代码
	g_W25Qxx_Handle.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
	g_W25Qxx_Handle.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;

由于在我写硬件SPI代码的过程中,遇到了不能准确识别芯片的问题,研究了很久,才发现是片选代码的问题,即:在写了OLED驱动之后由于思维惯性,我的想法是只要持续拉低片选就一直可以通信,但现实是的确可以通信,只是Flash貌似识别不了我发的命令。最后的解决方法是在每次通信之前拉低片选,通信完之后拉高片选。这里的通信是有命令发出的时候。

解决完这个问题之后,首先要做的就是和Flash建立通信,即获取Flash的ID。

二、查询ID

在手册里,Flash的ID为:EF4017

对应的查询命令为:0x9F

第一个是厂商ID,后边的是芯片ID。

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64GetID
**** 功能 W25Q64 读取设备ID号
**** 参数 无
**** 
*/

uint32_t W25Qxx_GetID()
{
	uint32_t ID = 0;
	uint8_t id[3];
	uint8_t cmd = JEDEC_ID;
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,&cmd,1,1000);
	HAL_SPI_Receive(&g_W25Qxx_Handle,id,3,1000);
	
	ID = (((((ID | id[0]) << 8) | id[1]) << 8) | id[2]);
	UnselectChip();
	return ID;
}

这里发送命令,然后接收三个字节的ID,最后拼接ID并返回。

cpp 复制代码
int main()
{
	
	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	OLED_Init();
	LED_Init();
	W25Qxx_Init();
	UsartInit(115200);
	
	printf("现在进行硬件SPI实验!\n\n");
	
	uint32_t id = W25Qxx_GetID();
	printf("芯片ID为:%X\n\n",id);

	while(1)
	{
	}
}

执行后的效果如下:

可见完全没问题。

三、读状态寄存器

接下来是写数据,但是在写数据之前需要写使能和擦除扇区,另外在进行这两个操作之前需要检查Flash是否繁忙,于是接下来是检查Flash的状态,即,检查状态寄存器1

我们主要检查第一个寄存器的第一个比特位。然而检查第一个寄存器状态的命令是0x05

返回之后对第一位进行检查:

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64CheckBusy
**** 功能 W25Q64 读状态寄存器
**** 参数 无
**** 
*/
void W25Qxx_CheckBusy()
{
	uint8_t ret = 0;

	uint8_t cmd = ReadStatusRegister;
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,&cmd,1,1000);
	
	do{
		HAL_SPI_Receive(&g_W25Qxx_Handle,&ret,1,1000);
	}while((ret & 0x01) == 0x01);
	UnselectChip();
}

倘若Flash繁忙,则第一位为1,反之为0,为1就一直检查,直到芯片空闲。

接下来是写使能。

四、写使能

Flash手册里提到:在进行写入,擦除,写状态寄存器等操作之前必须进行写使能。

它对应的命令是0x06

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64WriteEnable
**** 功能 W25Q64 写使能
**** 参数 无
**** 
*/
void W25Qxx_WriteEnable()
{
	uint8_t cmd = WriteEnable;
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,&cmd,1,1000);
	UnselectChip();
}

准备工作进行完之后就是擦除了。

五、擦除

W25Q64的擦除命令有四个:扇区擦除(4kb)-0x20,块擦除(32kb)-0x52,块擦除(64kb)-0xD8,全片擦除-0x60。

由于前三个的代码大同小异,因此只介绍一下第一个和最后一个。

1.扇区擦除(4kb)

这里是需要输入地址的,因此在发送命令以后需要发送地址,大小为24位:

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64SectorErase
**** 功能 W25Q64 扇区擦除(4kb)
**** 参数 address:24位的地址
**** 
*/
void W25Qxx_SectorErase(uint32_t address)
{
	uint8_t cmd[4];
	cmd[0] = SectorErase;
	cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;
	cmd[2] = (address >> 8)  & 0xFF;
	cmd[3] = address & 0xFF;
	
	W25Qxx_CheckBusy();
	W25Qxx_WriteEnable();
	W25Qxx_CheckBusy();
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,cmd,4,1000);
	UnselectChip();
}

擦除之前记得写使能和检查芯片状态。

2.全片擦除

全片擦除不需要输入地址,但是全片擦除等待的时间很长。

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64ChipErase
**** 功能 W25Q64 全片擦除
**** 参数 无
**** 
*/
void W25Qxx_ChipErase()
{
	uint8_t cmd[1];
	cmd[0] = ChipErase;
	
	W25Qxx_CheckBusy();
	W25Qxx_WriteEnable();

	W25Qxx_CheckBusy();
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,cmd,1,1000);
	UnselectChip();
	W25Qxx_CheckBusy();
}

这里可以测试一下全片擦除的时间:

cpp 复制代码
int main()
{
	
	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	OLED_Init();
	LED_Init();
	W25Qxx_Init();
	UsartInit(115200);
	
	printf("现在进行硬件SPI实验!\n\n");
	
	uint32_t id = W25Qxx_GetID();
	printf("芯片ID为:%X\n\n",id);
	uint32_t head = 0,tail = 0;
	if(id == 0xEF4017)
	{
		head = HAL_GetTick();
		W25Qxx_ChipErase();
		tail = HAL_GetTick();
		printf("全片擦除所用的时间为%d ms\n\n",tail - head);	
	}
	
	while(1)
	{
	}
}

时间还是比较长的。另外值得注意的是,根据我的实验结果,擦除时候并不是按照你给的地址开始擦除,而是擦除你地址所在的扇区或者块。

六、页编程

页编程的命令是0x02

在此之前付下如图:

这个图介绍了编程的最小范围是一页,编程超过一页的需要手动变换地址,因为一页写满之后,地址并不会自动跳到下一页继续写,而是回到该页首地址继续写,这样会造成前后数据的覆盖。另外一页是256字节。

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64PageProgram
**** 功能 W25Q64 页编程(一页256字节)
**** 参数 address:24位的地址
**** 参数 data:   写入的数据
**** 参数 Size:数据的大小,单位:字节
*/
void W25Qxx_PageProgram(uint32_t address,uint8_t* data,uint16_t Size)
{
	uint8_t cmd[4];
	cmd[0] = PageProgram;
	cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;
	cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;
	cmd[3] = address & 0xFF;
	
	W25Qxx_CheckBusy();
	W25Qxx_WriteEnable();
	W25Qxx_CheckBusy();
	
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,cmd,4,1000);
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,data,Size,10000);
	UnselectChip();
}

这个页编程介绍的东西不多,最重要的是下边的随意地址编程,最重要的就是解决写满一页以后需要手动解决地址偏移的问题。

七、写任意大小数据

由于页BUFF的限制,一次性只能写入256个字节,因此这个操作就是持续重复写入256及以下字节。

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64WriteData
**** 功能 W25Q64 写入数据
**** 参数 address:24位的地址
**** 参数 databuffer:写入的数据
**** 参数 Size:读取数据的大小,单位:字节3
*/
void W25Qxx_WriteData(uint32_t address, uint8_t* data, uint32_t Size)
{
    if (address > 0x7FFFFF || data == NULL) // 检查输入参数合法性
    {
        return;
    }

    uint8_t offset = address % 256;         // 当前地址的页内偏移
    uint16_t remainingInPage = 256 - offset; // 当前页剩余空间大小

    // 判断数据是否跨页
    if (Size <= remainingInPage) // 数据小于或等于当前页剩余空间
    {
        W25Qxx_PageProgram(address, data, Size); // 写入当前页
        return;
    }

    // 数据跨页
    // 先填满当前页
    W25Qxx_PageProgram(address, data, remainingInPage);

    // 更新地址和数据指针
    address += remainingInPage;
    data += remainingInPage;
    Size -= remainingInPage;

    // 写入完整页的数据
    while (Size >= 256)
    {
        W25Qxx_PageProgram(address, data, 256);
        address += 256;
        data += 256;
        Size -= 256;
    }

    // 写入最后不足一页的数据
    if (Size > 0)
    {
        W25Qxx_PageProgram(address, data, Size);
    }
}

在代码中,offset是计算的相对于该写入地址所在的页的首地址的偏移量,remainingInPage 用于计算该页剩余可写入空间大小。举个例子,一个地址是0x100即256,该地址所在的页是[256,511] 一共256个字节,因为前一个页是[0,255]。那么我要在256地址处写数据,那么它的offset = 256%256 = 0,剩余可写入空间为remainingInPage = 256 - 0 = 256。所以我们可以按照这样的算法,来先把当前页填充满,当前页填充满之后就可以成整数倍的填充256个字节,当剩余的数据小于256字节的时候,在单独填充,这样做的好处就是可以在任意地址写入任意大小的数据,且不用担心数据覆盖。

八、读任意大小数据

读数据的命令是0x03。

cpp 复制代码
/*
**** 函数名 W25Q64ReadData
**** 功能 W25Q64 读取数据
**** 参数 address:24位的地址
**** 参数 databuffer:数据接收缓冲区
**** 参数 Size:读取数据的大小,单位:字节
*/
void W25Qxx_ReadData(uint32_t address,uint8_t* databuffer,uint32_t Size)
{
	uint8_t cmd[4];
	cmd[0] = ReadData;
	cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;
	cmd[2] = (address >> 8)  & 0xFF;
	cmd[3] = address & 0xFF;
	
	W25Qxx_CheckBusy();
	
	SelectChip();
	HAL_SPI_Transmit(&g_W25Qxx_Handle,cmd,4,1000);
	HAL_SPI_Receive(&g_W25Qxx_Handle,databuffer,Size,100000);
	UnselectChip();

}

这个可讲解的地方不多,单纯发送读命令后再接收数据。

九、测试

最后测试一下代码效果:

cpp 复制代码
void W25QxxTest()
{
	uint16_t head,tail;

	for(uint16_t i = 0;i < 8192;i++)
	{
		data[i] = '1';
	}
	data[8191] = '\0';
	printf("现在进行硬件SPI实验!\n\n");
	
	uint32_t id = W25Qxx_GetID();
	printf("芯片ID为:%X\n\n",id);
	
	if(id == W25Q64_ID)
	{
		printf("正在擦除...\n");
		W25Qxx_BlockErase(0x000000);
		printf("擦除成功!\n\n");
		
		printf("正在写入...写入数据量为8kb\n");
		head = HAL_GetTick();
		W25Qxx_WriteData(0x00000A,data,8192);
		tail = HAL_GetTick();
		
		printf("写入成功!,写入花费的时间为:%d ms\n\n",tail - head);
	
		printf("正在读取数据,读取数据量为8kb\n");
		head = HAL_GetTick();
		W25Qxx_ReadData(0x00000A,test,8192);
		tail = HAL_GetTick();
		
		
		if(memcmp(test,data,8192) == 0)
		{
			printf("读取成功,读取花费的时间为:%d ms\n\n",tail - head);
		}
		else
		{
			printf("读取失败\n");

		}
			printf("读取到的数据是: %s\n",test);

		
	}



}

END............

相关推荐
逝灮7 分钟前
【蓝桥杯——物联网设计与开发】基础模块8 - RTC
stm32·单片机·嵌入式硬件·mcu·物联网·蓝桥杯·rtc
LXL_241 小时前
模拟——郑益慧_笔记1_绪论
嵌入式硬件
weixin_452600696 小时前
串行时钟保持芯片D1380/D1381,低功耗工作方式自带秒、分、时、日、日期、月、年的串行时钟保持芯片,每个月多少天以及闰年能自动调节
科技·单片机·嵌入式硬件·时钟·白色家电电源·微机串行时钟
森旺电子10 小时前
51单片机仿真摇号抽奖机源程序 12864液晶显示
单片机·嵌入式硬件·51单片机
不过四级不改名67712 小时前
蓝桥杯嵌入式备赛教程(1、led,2、lcd,3、key)
stm32·嵌入式硬件·蓝桥杯
小A15912 小时前
STM32完全学习——SPI接口的FLASH(DMA模式)
stm32·嵌入式硬件·学习
Rorsion12 小时前
各种电机原理介绍
单片机·嵌入式硬件
善 .15 小时前
单片机的内存是指RAM还是ROM
单片机·嵌入式硬件
Asa31916 小时前
stm32点灯Hal库
stm32·单片机·嵌入式硬件