STM32F1 - SPI读写Flash

Serial peripheral interface

  • 1> 实验概述
  • 2> SPI硬件框图
    • 初始化程序
  • 3> STM32的SPI通信时序
    • 3.1> 时序图
    • 3.2> 文字描述
    • 3.3> 注意事项
    • 3.4> 流程图表示
    • 3.5> 程序表示
      • 接收程序：
      • 发送程序：
  • 4> SPI的4种模式
  • 5> W25Q128存储结构
    • 块 > 扇区 > 页
  • 6> W25Q128常用命令
    • 6.1> 读状态寄存器
      • 检测忙程序
    • 6.2> 写使能
      • 写使能-程序
    • 6.3> 擦除1个扇区
      • 擦除1个扇区-程序
    • 6.4> 写入1页Page数据
      • 写1页数据-程序
    • 6.5> 读数据
  • 7> 测试程序
    • 7.1> 逻辑分析仪 抓波形

1> 实验概述

使用STM32的SPI硬件模块，读写Flash

2> SPI硬件框图

2

MOSI : Master Output Slave Input;
MISO: Master Input Slave Output;

初始化程序

/**
 * @brief SPI硬件模块配置，全双工, 高位优先
 * @note  SPI2, CS-PB12, SCK-PB13,  MISO-PB14, MOSI-PB15;
 */
void NorFLASH_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
	
	/* 首先开启时钟 */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);
	
	/* GPIO参数配置 */
	// CS-PB12
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
	// SCK-PB13
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
	// MISO-PB14
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
	// MOSI-PB15
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
	
	/* SPI2参数配置 */
	SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
	SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
	SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; // Mode 3;
	SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
	SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
	SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
	SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
	SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
	SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial = 0x07; // 复位值，无用
	SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStruct);
	
	SPI_CalculateCRC(SPI2, DISABLE);	//  关闭硬件CRC校验

	/* 使能SPI2 */
	SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);
}

3> STM32的SPI通信时序

3.1> 时序图

3

3.2> 文字描述

Step 1> 写【第1】字节数据到SPI_DR;
Step 2> 等待【TXE == 1】， 写【第2】字节到SPI_DR;
Step 3> 等待【RXNE == 1】， 读SPI_DR, 得到【第1】字节数据;
Step 4> 如果要读写多个字节【循环重复】第2步和第3步；
Step 5> 等待【RXNE == 1】， 读SPI_DR, 得到【最后】字节数据;
Step 6> 等待【TXE == 1】，完成读写；

3.3> 注意事项

1> 接收数据时，SPI也必须发送数据，这样才能产生SCK时钟；（这点设计的感觉不好）
2> 在MISO线上输出完8bit数据后，才会存储到SPI_DR, 所以他相等于落后了一个字节；
3> TXE的标志由硬件置1，写SPI_DR可以清除；
4> RXNE 标志是由硬件置1，读SPI_DR可以清除；

3.4> 流程图表示

32

3.5> 程序表示

接收程序：

接收数据，也需要发送数据，通常发送无意义的0xFF

/**
 * @brief 接收多字节数据
 * @param pRxData 接收数据缓冲区
 * @param size 接收size字节数据
 */
static void SPI2_Receive(uint8_t *pRxData, uint16_t size)
{
	// Step 1> 发送第1字节数据
	SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); 	  // 清除RXNE标志, 清空接收缓冲区数据
	SPI_I2S_SendData(SPI2, 0xFF); // 发送任意值, 目的只是产生CLK
	
	while (size > 1) { 
		// Step 2>  /* 等待TXE==1，然后写入第2字节, 要发送的数据 */
		while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET) {
				/*wati*/;
		}
		SPI_I2S_SendData(SPI2, 0xFF);
		
		/* Step 3> 等待RXNE==1， 读出SPI_DR寄存器， 得到第1字节数据， 读的同时会清除RXNE标志 */
		while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET) {
				/* 等待RXNE标志为1， 接收数据 */;
		}
		*pRxData = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
		
		*pRxData++;
		size--;
	}

	/* Step 4> 等待RXNE==1， 读出SPI_DR寄存器， 得到最后1字节数据 */
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET) {
			/* 等待RXNE标志为1， 接收数据 */;
	}
	*pRxData = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
	
	/ *Step 5> 等待发送完成*/ 
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET) {
		/* 等待最后1字节发送完成，方便片选信号拉高 */;
	}
}

发送程序：

1

/**
 * @brief 发送多字节数据, 轮询方式
 * @param pData, 发送数据缓冲区
 * @param size 发送size字节数据
 */
static void SPI2_Transmit(uint8_t *pData, uint16_t Size)
{	
	while (Size > 0) {
		SPI_I2S_SendData(SPI2, *pData);
		
		while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET) {
			/* 等待TXE标志为1，发送数据 */;
		}	
		
		pData++;
		Size--;	
	}	
}

4> SPI的4种模式

4种模式表格：
4

4种模式-时序图：
42

5> W25Q128存储结构

5
Block（块）：64KByte；
Sector（扇区）： 4KByte；
Page(页)：256Byte；

128Mbit = 16MByte = 256个Block = 4096个Sector；

块 > 扇区 > 页

ff

1个块 = 16个扇区；
1个扇区 = 16个页；

6> W25Q128常用命令

Flash存储器：写之前要先擦除；

写入时只能写0， 不能写1；
写1是靠擦除命令实现的。

5

6.1> 读状态寄存器

51

主机读写过程：

Step 1> 主机发送0x05命令， 从机无数据；
Step 2> 主机发送任意值，目的是产生CLK时钟，从机才能回数据；

BUSY位：
522

检测忙程序

/**
 * @brief 检测Flash忙不忙
 */
void NorFLASH_ReadBusy(void)
{
	uint8_t cmd = 0x05;
	uint8_t reg = 0x00;
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); 	// CS拉低
	
	SPI2_Transmit(&cmd, 1);
	SPI2_Receive(&reg, 1);

	while ((reg & 0x01) == 0x01) {
		SPI2_Receive(&reg, 1);	// 等待busy
	}
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		// CS拉高	
}

6.2> 写使能

62

63

写使能-程序

/**
 * @brief 写使能
 */
void NorFLASH_WriteEnable(void)
{
	uint8_t cmd = 0x06;
	
	NorFLASH_ReadBusy();					// 忙检测
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); 	// CS拉低
	SPI2_Transmit(&cmd, 1);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		// CS拉高
}

6.3> 擦除1个扇区

52

硬件设计，最少只能擦除1个扇区4KByte；

24位地址：3字节；

擦除0#扇区， Adress 为【0x00 00 00】；
擦除4080#扇区，Adress为【0xFF 00 00】；

擦除1个扇区-程序

/**
 * @brief 擦除1个扇区数据， 4KByte
 * @param num 扇区序号
 */
void NorFLASH_EraseSector(uint32_t num)
{
	uint8_t cmd[4];
	uint32_t addr;
	
	addr = num * 4096;
	
	// 构建数据
	cmd[0] = 0x20;
	cmd[1] = addr >> 16;
	cmd[2] = addr >> 8;
	cmd[3] = addr >> 0;
	
	NorFLASH_WriteEnable();					// 写使能
	NorFLASH_ReadBusy();					// 忙检测
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); 	// CS拉低
	SPI2_Transmit(cmd, 4);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		// CS拉高
}

6.4> 写入1页Page数据

63

1页Page = 256Byte；

64

循环写入，超过256字节，会覆盖开始的字节；

写1页数据-程序

/**
 * @brief 写1页数据，256Byte
 * @param PData 发送数据缓冲区
 * @param num 页序号
 */
void NorFLASH_WritePage(uint8_t *pData, uint32_t num)
{
	uint8_t cmd[4];
	uint32_t addr;
	
	addr = num * 256;	// 1页256个字节
	
	// 构建数据
	cmd[0] = 0x02;
	cmd[1] = addr >> 16;
	cmd[2] = addr >> 8;
	cmd[3] = addr >> 0;
	
	
	NorFLASH_WriteEnable();					// 写使能
	
	NorFLASH_ReadBusy();					// 忙检测
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); 	// CS拉低
	
	SPI2_Transmit(cmd, 4);					// 写命令
	SPI2_Transmit(pData, 256);				// 写数据
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		// CS拉高
}

6.5> 读数据

64
存储器地址范围内，任意地址都可以读数据；

/**
 * @brief 读Flash数据
 * @param PRxData 接收数据缓冲区
 * @param addr Flash起始地址
 * @param size 读size字节数据
 */
void NorFLASH_Read(uint8_t *pRxData, uint32_t addr, uint32_t size)
{
	uint8_t cmd[4];
	
	// 构建数据
	cmd[0] = 0x03;
	cmd[1] = addr >> 16;
	cmd[2] = addr >> 8;
	cmd[3] = addr >> 0;
	
	NorFLASH_ReadBusy();					// 忙检测
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); 	// CS拉低
	SPI2_Transmit(cmd, 4);					// 写命令
	SPI2_Receive(pRxData, size);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		// CS拉高
}

7> 测试程序

int main(void)
{ 	
	uint32_t i = 0;
	
	USART1_Init();
	NorFLASH_Init();
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);

	delay_ms();
	
	
	// 擦
	NorFLASH_EraseSector(0);
	
	for (i = 0; i < 4096; i++) {
		Wbuf[i] = 0x11;
	}
	
	// 写
	NorFLASH_WritePage(Wbuf, 0); // 写1个扇区，16页



	// 读
	NorFLASH_Read(Rbuf, 0x00, 256);

	
	// 串口打印
	for (i = 0; i < 256; i++) {
		UART_Putchar(Rbuf[i]);
	}
	

	while ( 1 ) {
		/* Nothing */;
	}
			
}

7.1> 逻辑分析仪 抓波形

71

理解使用1个新外设时，看手册描述，例程，实验调试；
这把 逻辑分析仪 立了头功；

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