【STM32】SPI 与 Flash 笔记

1️⃣ SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）

• 英文解释：

  • Serial：串行
  • Peripheral：外设
  • Interface：接口

• 用途：MCU 与外部设备（Flash、传感器等）高速数据通信

常见 SPI 类型

类型	数据线	英文全称	每时钟传输	特点 / 用途
单线 SPI	1（MOSI）+1（MISO）+CLK+CS	Standard SPI	1 bit	基础 SPI，低速 Flash、外设配置
双线 SPI	2 数据线 + CLK + CS	Dual SPI	2 bit	双向传输，速度翻倍
四线 SPI	4 数据线 + CLK + CS	Quad SPI (QSPI)	4 bit	高速读取 NOR Flash，可 XIP（Execute In Place）
八线 SPI	8 数据线 + CLK + CS	Octo SPI / HyperBus	8 bit	高速大容量 Flash，数百 MB/s，工业 / Linux 系统用

⚠️ SPI 扩展主要是增加数据线并行传输，最大常见是 8 线。16 线 SPI 不存在，超过 8 线通常改用并行总线或 DDR 接口。

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SPI 通信距离

条件	建议距离
PCB 板上（同板或短线）	几厘米到几十厘米（稳定）
板间普通导线	≤30 cm（高速模式下建议 ≤10~15 cm）
高速 QSPI / Octo SPI	≤10~15 cm（线长越长，时钟抖动越严重）

影响因素：

1. 时钟频率：高频 → 信号衰减，距离减小
2. 线缆类型：双绞线/屏蔽线可稍延长距离
3. 电容和阻抗匹配：线太长 → 串扰和反射 → 数据错误
4. 信号驱动能力：驱动弱 → 长线更容易出错

💡 总结：SPI 是短距离高速接口，高速模式通常只适合同板或板间短线，米级通信需换 UART/RS485/CAN 等长距离接口。

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2️⃣ Flash 类型

2.1 NOR Flash

• 英文解释：Not OR Flash

• 特点：

  • 支持 随机访问，按字节读取
  • 读取速度快，适合执行程序代码（XIP）
  • 写入/擦除慢，容量相对小
  • 擦写次数高 (~10 万次)

• 用途：存储 MCU 固件、启动程序、少量数据

• 接口：SPI / QSPI / OctoSPI

• 例子：W25Q64（8MB QSPI NOR Flash）

2.2 NAND Flash

• 英文解释：Not AND Flash

• 特点：

  • 按页 / 块顺序访问，随机访问慢
  • 写入/擦除快，容量大（GB级）
  • 擦写次数约 10 万次（小块 NAND）

• 用途：存储数据文件、大容量存储（SD 卡、SSD）

• 接口：Parallel NAND / SPI NAND

• 特点对比：

特性	NOR Flash	NAND Flash
访问方式	随机访问	顺序访问（页/块）
写入速度	慢	快
擦写速度	慢	快
容量	小	大
XIP 支持	支持	不支持
用途	固件 / 代码	数据存储 / 文件系统

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3️⃣ QSPI / Dual / Octo 关键英文单词

缩写	英文全称	含义
SPI	Serial Peripheral Interface	串行外设接口
QSPI	Quad SPI	四线 SPI，每时钟传 4 bit
Dual SPI	Dual SPI	双线 SPI，每时钟传 2 bit
Octo SPI	Octo SPI	八线 SPI，每时钟传 8 bit
XIP	eXecute In Place	直接从 Flash 执行程序，无需拷贝到 RAM
CS	Chip Select	片选信号，低电平选中芯片
MOSI	Master Out Slave In	主机输出，从机输入
MISO	Master In Slave Out	主机输入，从机输出
CLK	Clock	时钟信号
IO0~IO7	数据线	数据传输线（Quad/Octo 模式）

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💡 总结要点：

1. SPI 接口根据数据线不同有 单线 / 双线 / 四线 / 八线，带宽逐步增加
2. SPI 是短距离高速接口，高速模式通常只适合同板或板间短线
3. NOR Flash 适合存程序，NAND Flash 适合大容量数据存储
4. QSPI / OctoSPI 主要用于 高速读取 + XIP
5. MCU 与 Flash 接口模式必须匹配，才能发挥最大带宽