stm32--SPI原理应用W25Q64（二）

[一概述](#一概述)

[二 W25Q64的介绍](#二 W25Q64的介绍)

简介

硬件样子

主要特性

[常用 SPI 指令](#常用 SPI 指令)

[三代码部分](#三代码部分)

一概述

我已经在前面一章《stm32-掌握SPI原理（一）》，已经讲解完了spi的一些底层架构的内容，本篇文章，我们会通过W25Q64这个芯片去给大家展示如何利用SPI原理去往W25Q64这个芯片里烧写内容，并且通过串口打印出来相应的内容。本篇文章他会更加强调于应用，其实会用底层函数就行，大家不需要独立写出相应的SPI.c文件里的代码。

二 W25Q64的介绍

简介

W25Q64 是 Winbond 出品的一款 串行 SPI Flash 存储器 ，全名为 W25Q64JV ，其中"64"表示其容量为 64 Mbit = 8MB 。它采用 SPI 通信协议 ，适用于嵌入式系统中需要大容量非易失性存储的场景，Flash 是非易失性存储器 **断电后数据不会丢失，可以多次擦写，但寿命是有限的。**如：

物联网设备、数据记录器、音频/图像缓存、配置文件存储等。

硬件样子

主要特性

特性项	描述
接口协议	SPI（最高支持 104MHz）
工作电压	2.7V ~ 3.6V（所以后续接线的时候一定要接3.3V）
容量	64 Mbit（= 8MB）
最小可写单位	页（Page） = 256 字节
最小可擦除单位	扇区（Sector） = 4KB
较大擦除单位	块（Block）= 64KB 或 32KB
擦除整片	支持
ID 读取	支持读取厂商 ID 和设备 ID
状态寄存器	三个（SR1, SR2, SR3）

我们写数据时，通常以"页"为单位写，以"扇区"或"块"为单位擦除，而我们今天的w25q64用的是"扇区"来擦除。

常用 SPI 指令

指令名称	指令码	功能
Write Enable	`0x06`	写使能
Page Program	`0x02`	页写（最多 256 字节）
Read Data	`0x03`	读取数据
Sector Erase	`0x20`	擦除 4KB 扇区
Block Erase	`0xD8`	擦除 64KB 块
Chip Erase	`0xC7`	整片擦除
Read Status Register	`0x05`	读取状态寄存器1 （目的是判断是否繁忙）
Manufacturer/Device ID	`0x90`	读取芯片 ID

我们后面结合代码去讲解，就有许多指令，大家有个印象就行，不需要我们背下来，以上是常用的一些指令，如果有需要，去翻阅w25q64的芯片手册即可。

三代码部分

前言

在正式进入代码学习之前，我们要进行硬件的连接

W25Q64 引脚	名称	功能说明	STM32 连接引脚（ SPI1）
1	CS	片选（低电平有效）	PA4
2	DO	数据输出（MISO）	PA6
3	GND	地	GND
4	DI	数据输入（MOSI）	PA7
5	CLK	串行时钟	PA5
6	VCC	电源	3.3V

SPI.c

cs 复制代码

void W25Q64_SPI_Init(void)
{
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // CS 管脚（PA4）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);  // 拉高片选

    // SCK (PA5), MOSI (PA7)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	/*
	  为什么要把cs配置成推挽输出，而把SCK和MOSI配置成复用推挽呢？
		  答：这些引脚（如 PA5、PA7）是由 SPI1 外设控制的。
		你不能用 GPIO_SetBits/GPIO_ResetBits 控制它，而是通过 SPI_SendData 控制。
		而对于CS来说，他只是作为普通的IO口
	*/

    // MISO (PA6)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // SPI 配置
    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_Low;		// CPOL=0，空闲为低
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;	// CPHA=0，第一个边沿采样
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
	
	
	
}

//发送/接收一个字节
uint8_t w25q64_spi_swap_byte(uint8_t data)
{
	//TXE 为 1 表示可以写入数据了
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
    SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
	//RXNE 为 1 表示已经有数据被接收到，可以读取数据
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
	
	//再将SPI1读取的数据，再返还给这个函数的返回值
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

以上代码是在上一篇文章《stm32-掌握SPI原理（一）》中已经写好的代码，如果以上代码没有看明白，请看上一篇文章，接下来，我们进行其他代码的讲解。

新加代码第一部分：

cs 复制代码

void W25Q64_CS_LOW(void) { GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4); }
void W25Q64_CS_HIGH(void) { GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4); }

因为SPI通信是需要先把片选信号拉低再进行数据通信，如果想关闭SPI通信则拉高片选。

新加代码第二部分：

cs 复制代码

void W25Q64_WriteEnable(void)
{
    W25Q64_CS_LOW();
    w25q64_spi_swap_byte(0x06);  // 写使能指令
    W25Q64_CS_HIGH();
}

发送 0x06 指令，让 Flash 进入"写允许"状态（必须的前置步骤）

cs 复制代码

uint8_t W25Q64_ReadSR1(void)
{
    uint8_t status;
    W25Q64_CS_LOW();
	w25q64_spi_swap_byte(0x05);
/*
	发送指令 0x05 给 W25Q64 芯片，表示我要读取状态寄存器1
	通过 SPI 发送 0x05 指令，这是 W25Q64 固定的"读取状态寄存器1"命令。
	目的要判断是否繁忙
*/
    status = w25q64_spi_swap_byte(0xFF);
/*
    这一步"其实是为了接收"，发什么无所谓，0xFF 只是占位
    这是因为 SPI 协议的本质是"全双工同步通信"，
    所以你在 接收数据时，必须同时"发送"一个字节，不然 SPI 时钟不会运行
    Slave 就不会把数据发送出来。
*/
    W25Q64_CS_HIGH();
    return status;
}

该函数的作用是读取状态寄存器1，判断 Flash 当前状态，常用于判断忙不忙（BSY 位），那么W25Q64里面的状态寄存器1到底有什么呢，W25Q64 中的状态寄存器1（SR1）具体内容如下：

位号	名称	含义说明
Bit7	SRP	状态寄存器保护位
Bit6	SEC	扇区保护指示
Bit5	TB	顶部/底部保护区域选择位
Bit4	BP2	块保护位 2
Bit3	BP1	块保护位 1
Bit2	BP0	块保护位 0
Bit1	WEL	写使能标志位（Write Enable Latch）
Bit0	BUSY	Flash 忙标志位（1 = 正在编程/擦除，0 = 空闲）

而我们要判断flash忙不忙，就只需要看Bit0这一位即可，如果他忙了，就不让SPI通信，如果不忙就进行通信。

新加代码第三部分：

cs 复制代码

void W25Q64_WaitBusy(void)
{
    while((W25Q64_ReadSR1() & 0x01) == 0x01);
	//这里用的是 &（按位与），而不是 &&（逻辑与）
}

在这里给大家简单的总结一下&和&&的区别：

运算符	名称	用于	示例
`&`	按位与	对两个数的二进制位逐位比较	`0x05 & 0x01` → `0x01`
`&&`	逻辑与	用于判断两个条件都为真	`a && b` → 如果都非 0，则为真

而我们在这里，只需要判断第一位Bit0位是不是1，如果是1，就会卡在W25Q64_WaitBusy这个函数里，不往下运行。如果是0，代表空闲。

新加代码第四部分：

cs 复制代码

void W25Q64_SendAddress(uint32_t addr)
{
    w25q64_spi_swap_byte((addr >> 16) & 0xFF);
    w25q64_spi_swap_byte((addr >> 8) & 0xFF);
    w25q64_spi_swap_byte(addr & 0xFF);
	/*
	将一个24位地址拆成3个字节，从高到低依次通过 SPI 发送给 Flash 芯片，是读、写、擦操作的前置步骤
	*/
}

新加代码第五部分（读）：

cs 复制代码

void W25Q64_ReadData(uint32_t addr, uint8_t* buf, uint32_t size)
{
    uint32_t i;
    W25Q64_CS_LOW();
    w25q64_spi_swap_byte(0x03);
    W25Q64_SendAddress(addr);
    for(i = 0; i < size; i++)
        buf[i] = w25q64_spi_swap_byte(0xFF);
    W25Q64_CS_HIGH();
}

为什么我们这里是先发送0x03(读数据的命令)，而不是像I2C一样先发地址呢？这就是SPI独特的地方，举个通俗的比喻：你要去图书馆借书，流程是这样的：

你说："我要看书" ------ 这一步就像 w25q64_spi_swap_byte(0x03); 发读取指令。

图书馆说："你要看哪本？" ------ 你就给它地址：0x000123

图书馆才从书架上帮你取数据 ------ 开始读数据阶段。

这是因为 SPI 是"流式指令式通信"，不像 I2C 那样有"设备地址 + 内部寄存器地址"的概念。W25Q64 是 SPI Flash，它规定：

你要读取数据，必须先发一个读命令（0x03），再告诉我地址，我才知道你要读哪里

新加代码第六部分（写）：

cs 复制代码

void W25Q64_WritePage(uint32_t addr, uint8_t* data, uint16_t size)
{
    uint16_t i;
    W25Q64_WriteEnable();
    W25Q64_CS_LOW();
    w25q64_spi_swap_byte(0x02);
    W25Q64_SendAddress(addr);
    for(i = 0; i < size; i++)
        w25q64_spi_swap_byte(data[i]);
    W25Q64_CS_HIGH();
    W25Q64_WaitBusy();
}

如果大家观察细心的话会发现：写比读多了两个函数W25Q64_WriteEnable()和W25Q64_WaitBusy()；这是因为在 W25Q64 中，所有会更改数据的操作（写入/擦除）都必须经过"写使能"授权，并等待芯片完成操作；而读取操作是非破坏性的，因此不需要这些前置步骤。

新加代码第七部分（擦）：

cs 复制代码

void W25Q64_EraseSector(uint32_t addr)
{
    W25Q64_WriteEnable();
    W25Q64_WaitBusy();
    W25Q64_CS_LOW();
    w25q64_spi_swap_byte(0x20);
    W25Q64_SendAddress(addr);
    W25Q64_CS_HIGH();
    W25Q64_WaitBusy();
}

擦除 Flash 中以"扇区"为单位的 4KB 区域

新加代码第七部分（获取地址ID）：

cs 复制代码

uint16_t W25Q64_ReadID(void)
{
    uint16_t device_id = 0;
    W25Q64_CS_LOW();
    w25q64_spi_swap_byte(0x90);
    w25q64_spi_swap_byte(0x00);
    w25q64_spi_swap_byte(0x00);
    w25q64_spi_swap_byte(0x00);
    device_id = w25q64_spi_swap_byte(0xFF) << 8;
    device_id |= w25q64_spi_swap_byte(0xFF);
    W25Q64_CS_HIGH();
    return device_id;
}

获取芯片的制造商 ID 和设备 ID，这个并不是必须要用的，大家选择性运用

main.c

cs 复制代码

#include "stm32f10x.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"

uint8_t tx_data[16] = "Hello STM32!";
uint8_t rx_data[16] = {0};

int main(void)
{
    my_usart_Config();       // 串口初始化
    W25Q64_SPI_Init();       // SPI 初始化

    printf("Start test...\r\n");

    uint16_t id = W25Q64_ReadID();
    printf("Flash ID = 0x%04X\r\n", id);

    if(id == 0xEF16)  // W25Q64 正常 ID;w25q128 的 ID  0xEF17
    {
        printf("W25Q64 detected.\r\n");

        // 擦除扇区
        W25Q64_EraseSector(0x000000);
        printf("Sector erased.\r\n");

        // 写入一页，sizeof(rx_data) 的作用是：告诉函数要读取多少个字节的数据
        W25Q64_WritePage(0x000000, tx_data, sizeof(tx_data));
        printf("Page written.\r\n");

        // 读取数据
        W25Q64_ReadData(0x000000, rx_data, sizeof(rx_data));

        // 打印读取的数据
        printf("Read data: %s\r\n", rx_data);
    }
    else
    {
        printf("W25Q64 not found.\r\n");
    }

    while(1);
}

如上是我利用串口打印出来的w25q64里面的内容，当然，我会给大家讲的明明白白的，第零页是0x000 000，那第二页呢？如果我想写到别的页上怎么办呢？

页编号	起始地址（十六进制）	范围
第 0 页	`0x0000 00`	0x000000 ~ 0x0000FF
第 1 页	`0x0001 00`	0x000100 ~ 0x0001FF
第 2 页	`0x0002 00`	0x000200 ~ 0x0002FF
第 3 页	`0x0003 00`	0x000300 ~ 0x0003FF
...	...	...
第 255 页	`0x00FF 00`	0x00FF00 ~ 0x00FFFF
第 256 页	`0x0100 00`	0x010000 ~ 0x0100FF
...	...	...

so，我们如果想写到别的页上内容的话，大家明白了吧，我们只需要改写前四个位置的数值

比如你想写第 3 页，就把地址写成 3 × 256 = 0x000300，
想写第 10 页？那就 10 × 256 = 0x000A00。
总之：页号 × 256 = 你要写入的起始地址。

我再多说一句：W25Q64正常ID是0xEF16；w25q128的ID是0xEF17

stm32--SPI原理应用W25Q64（二）

一 概述

二 W25Q64的介绍

简介

硬件样子

主要特性

常用 SPI 指令

三 代码部分

前言

SPI.c

新加代码第一部分：

新加代码第二部分：

新加代码第三部分：

新加代码第四部分：

新加代码第五部分（读）：

新加代码第六部分（写）：

新加代码第七部分（获取地址ID）：

main.c

四 运行结果

一概述

三代码部分

四运行结果