【江协STM32】11-2/3 W25Q64简介、软件SPI读写W25Q64

1. W25Q64简介

W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景
存储介质：Nor Flash（闪存）
时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)
存储容量（24位地址）：
W25Q40： 4Mbit / 512KByte
W25Q80： 8Mbit / 1MByte
W25Q16： 16Mbit / 2MByte
W25Q32： 32Mbit / 4MByte
W25Q64： 64Mbit / 8MByte
W25Q128： 128Mbit / 16MByte
W25Q256： 256Mbit / 32MByte

1.1 硬件电路

CS上面画条横线，或者左边画"/"，表示低电平有效。

1.2 W25Q64框图

W25Q64的容量是8MB，如果不进行划分，只按照一整块来使用，则容量太大，不利于管理，所以需要进行划分。常见划分方式为，一整块存储空间，先划分为若干的块Block，其中每一块再划分为若干的扇区Sector，对于每个扇区，内部又可以分成很多页Page。

1.3 Flash操作注意事项

写入操作时：

写入操作前，必须先进行写使能
每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1
比如，在某一个字节的存储单元内，存储了0xAA（1010 1010）这个数据，如果直接再次在这个存储单元写入新的数据0x55（0101 0101），则这个存储单元最终的数据为0x00
写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
比如，擦除后所有位变成1，也就是0xFF（1111 1111），此时写入0x55（0101 0101），这样根据第二条规则，存储单元最终的数据为0x55
擦除必须按最小擦除单元进行
在W25Q64中，可以选择整个芯片擦除、按块擦除、按扇区擦除，所以最小的擦除单元就是一个扇区（4KB，就是4096个字节），所以擦除，最少就需要4096个字节一起擦
连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入
因为页缓存区只有256Byte
写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

读取操作时：

直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取

2. 软件SPI读写W25Q64

2.1 接线图

SPI的四根通信线CS、DO、CLK和DI，因为这里使用软件模拟SPI，所以这4根线可以接到STM32的任意GPIO口。

CS（片选）接到PA4、DO（从机输出）接到PA6、CLK（时钟）接到PA5、DI（从机输入）接到PA7

2.2 代码

先建立一个MySPI模块，这个模块中主要包含通信引脚封装、初始化，以及SPI通信的3个拼图（起始、终止和交换一个字节）。

然后基于SPI层，再建立一个W25Q64的模块，在此模块中，调用底层SPI的拼图，来拼接各种指令和功能的完整时序，比如写使能、擦除、页编程、读数据等。这一层可以称为W25Q64的硬件驱动层。

最后，在主函数中调用驱动层的函数，实现想要的功能。

MySPI.c

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

//  写SS/CS引脚
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}

//  写SCK/CLK引脚
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);
}

//  写MOSI/DI引脚
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);
}

//  读MISO/DO引脚
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
    return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);
}

void MySPI_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//	输出引脚配置为推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;//	CS/SS(PA4),CLK/SCK(PA5),DI/MOSI(PA7)
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//	输入引脚配置为上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;//	DO/MISO(PA6)
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    MySPI_W_SS(1);//    默认高电平，不选中从机
    MySPI_W_SCK(0);//   使用SPI模式0，所以默认是低电平
}

//  时序基本单元：起始条件
void MySPI_Start(void)
{
    MySPI_W_SS(0);
}

//  时序基本单元：终止条件
void MySPI_Stop(void)
{
    MySPI_W_SS(1);
}

//  时序基本单元：交换一个字节（模式0）
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
    uint8_t i,ByteReceive = 0x00;
    
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));//    发送ByteSend最高位、次高位...
        MySPI_W_SCK(1);//   产生上升沿。上升沿时，从机会自动把MOSI的数据读走
        if(MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}// 如果读到MISO的数据位是1，则把最高位、次高位...存到ByteReceive中
        MySPI_W_SCK(0);//   产生下降沿。
    }
    
    return ByteReceive;
}

MySPI.h

cpp 复制代码

#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_H

void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);

#endif

W25Q64.c

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"

void W25Q64_Init(void)
{
    MySPI_Init();
}

//  读取ID。因为函数有2个返回值，所以使用指针实现
//  MID为厂商ID，DID为设备ID
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
    MySPI_Start();//    SS引脚置低，开始传输
    MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);// 发送0x9F(宏定义W25Q64_JEDEC_ID)，返回值不使用。0x9F根据手册，代表读ID号指令
    *MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义(宏定义W25Q64_DUMMY_BYTE)，这句的作用是把从机有意义的数据置换过来
    *DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义，置换出设备ID的高8位
    *DID <<= 8;//   把第一次读到的数据运到DID的高8位
    *DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);// 0xFF无意义，置换出设备ID的低8位
    MySPI_Stop();
}

//  写使能
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
    MySPI_Start();
    MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);
    MySPI_Stop();
}

//  等待忙
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
    uint32_t Timeout;
    MySPI_Start();
    MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);
    Timeout = 100000;// 给定超时计数时间
    while((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)//    返回值是状态寄存器1，取出最低位
    {
		Timeout --;//   等待时，计数值自减
		if (Timeout == 0)// 自减到0后，等待超时
		{
			/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
			break;//    跳出等待，不等了
		}
	}
    MySPI_Stop();
}

/**
  * 函    数：W25Q64页编程
  * 参    数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray	用于写入数据的数组
  * 参    数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：写入的地址范围不能跨页
  */
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{
	uint16_t i;
	
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);		//交换发送页编程的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位。例如0x123456，这里交换0x12
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位。右移8位为0x1234，由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x34
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位。由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x56
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		MySPI_SwapByte(DataArray[i]);			//依次在起始地址后写入数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64扇区擦除（4KB）
  * 参    数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);	//交换发送扇区擦除的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位。例如0x123456，这里交换0x12
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位。右移8位为0x1234，由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x34
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位。由于交换字节函数只能接收8位数据，所以高位舍弃，实际发送0x56
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64读取数据
  * 参    数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回
  * 参    数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
	uint32_t i;
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);			//交换发送读取数据的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//依次在起始地址后读取数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

W25Q64.h

cpp 复制代码

#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_H

void W25Q64_Init(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID);
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count);
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address);
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count);

#endif

W25Q64_Ins.h

cpp 复制代码

#ifndef __W25Q64_INS_H
#define __W25Q64_INS_H

#define W25Q64_WRITE_ENABLE							0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE						0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1				0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2				0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER				0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM							0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM					0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB						0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB						0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB						0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE							0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND						0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME							0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN							0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE				0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET			0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID		0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID				0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID						0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID								0x9F
#define W25Q64_READ_DATA							0x03
#define W25Q64_FAST_READ							0x0B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT				0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO					0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT				0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO					0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO				0xE3

#define W25Q64_DUMMY_BYTE							0xFF

#endif

main.c

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device 
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"

uint8_t MID;							//定义用于存放MID号的变量
uint16_t DID;							//定义用于存放DID号的变量
uint8_t ArrayWrite[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};	//定义要写入数据的测试数组
uint8_t ArrayRead[4];								//定义要读取数据的测试数组

int main(void)
{
    OLED_Init();
    W25Q64_Init();
    
    /*显示静态字符串*/
    OLED_ShowString(1, 1, "MID:   DID:");
	OLED_ShowString(2, 1, "W:");
	OLED_ShowString(3, 1, "R:");
    
    /*显示ID号*/
	W25Q64_ReadID(&MID, &DID);			//获取W25Q64的ID号
	OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);		//显示MID
	OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);		//显示DID
    
    /*W25Q64功能函数测试*/
	W25Q64_SectorErase(0x000000);					//扇区擦除
	W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);	//将写入数据的测试数组写入到W25Q64中
	
	W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);		//读取刚写入的测试数据到读取数据的测试数组中
	
	/*显示数据*/
	OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);		//显示写入数据的测试数组
	OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);
	
	OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);			//显示读取数据的测试数组
	OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
	OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);
    
    while(1)
    {
        
    }
}

其他引用的头文件和c代码可在此处查阅：OLED.h（【江协STM32】4 OLED调试工具）