1.SPI总线及W25QXX芯片

1.1 SPI总线简介

SPI全称Serial Peripheral Interface，即串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的、全双工、同步通讯总线，在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局节省空间提供了方便，正是这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通讯协议。下图是SPI内部结构简易图

- Y8 `% E* w& }

6 T  z/ `1 g8 A1 s

从上图可以看出，主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输，寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从设备，从设备也将自已的移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主设备。这样两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作时同步完成的，如果只进行写操作，主设备只需要忽略接收到的字节，如果主设备要进行读操作，就必须发送一个空字节来引发从设备的传输。

SPI接口一般使用4条线通讯，单向传输时也可以使用3条线，其中3条线为SPI总线（MISO,MOSI,SCLK），1条为SPI片选信号线（CS），它们的作用如下：

• MISO:主设备数据输入，从设备数据输出
• MOSI:主设备数据输出，从设备数据输入
• SCLK:时钟信号，由主设备产生
  
  , }- K5 m% |8 I1 ~/ W6 v
• CS:从设备片选信号，由主设备控制
  
  
  ( \/ G# ?& T% [1 P4 n) n! T* ^7 K$ j

SPI使用MOSI/MISO信号线来传输数据，使用SCLK信号线进行数据同步。MOSI/MISO数据线在SCLK的每个时钟周期传输1位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB先行或LSB先行没有硬性规定，但是两个SPI通讯设备之间必须使用同样的协定，一般都会采用MSB先行模式。
当有多个SPI从设备与SPI主设备相连时，设备的MOSI/MISO/SCLK信号线并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同使用者3条总线；而每个从设备都有独立的1条CS信号线，该信号线独占主设备的一个引脚，即有多少个从设备就有多少条片选信号线。当主设备要选择从设备时，把该从设备的CS信号线设置为低电平，该从设备即被选中（片选有效），接着主设备开始与从设备进行SPI通讯。
SPI总线根据时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的配置不同，可以有四种工作方式：

, S. V" s% P7 C
• CPOL=0:串行同步时钟的空闲状态为低电平
• CPOL=1:串行同步时钟的空闲状态为高电平
• CPHA=0:在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样
  
    f% t8 L& o' g" ]5 x
• CPHA=1:在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
  
  
  % ^! V$ d, R7 S7 T, ~( l! m. }

1.2 W25QXX芯片简介

W25QXX芯片是华邦公司推出的大容量SPI FLASH产品，该系列有W25Q16/32/62/128等。本例程使用W25Q64，W25Q64容量为64Mbits（8M字节）：8MB的容量分为128个块(Block)（块大小为64KB），每个块又分为16个扇区(Sector)（扇区大小为4KB）；W25Q64的最小擦除单位为一个扇区即4KB，因此在选择芯片的时候必须要有4K以上的SRAM（可以开辟4K的缓冲区）。W25Q64的擦写周期多达10万次，具有20年的数据保存期限。下表是W25QXX的常用命令表

/ E3 b! h) T( P8 d4 m

2.硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP按键用来控制W25Q64数据写入，K_DOWN按键用来控制W25Q64数据读取，串口1用来打印写入和读取的数据信息

• 指示灯D1
• USART1串口
• W25Q64
  
  
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  
  

+ O) a' D& ^' [; u, }" K2 S5 O4 m

3.软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

➡️ USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

➡️ PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE3设置为GPIO输入模式、上拉模式

➡️ PG13设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速（片选引脚）

➡️ 激活SPI2，不开启NSS，数据长度8位，MSB先输出，分频因子256，CPOL为HIGH，CPHA为第二个边沿，不开启CRC检验，NSS为软件控制

( N- ~0 o, l5 Z0 a

➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM软件编程

➡️ 在spi.c文件下可以看到SPI2的初始化函数，片选管脚的初始化在gpio.c中

1. void MX_SPI2_Init(void){
   
2.   hspi2.Instance = SPI2;
   $ w$ \5 M8 _; w3 w0 V
3.   hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//设置为主模式
   
4.   hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//双线模式
   
5.   hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8位数据长度
   # m3 @; p2 k: Y8 k/ F. C
6.   hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;//串行同步时钟空闲状态为高电平
   
7.   hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;//第二个跳变沿采样
   " E. ~5 [5 e- N! _9 D& D& H, K
8.   hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//NSS软件控制
   
9.   hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//分配因子256
   
10.   hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//MSB先行
    " L, R0 L2 N/ z9 d
11.   hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//关闭TI模式
    ) G9 E0 _: q: |% E% R1 r; Y$ v
12.   hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    , T* {/ H( q& C4 u$ D9 Z! b
13.   hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
    / G2 _5 A5 ]& c+ A/ {6 S4 T
14.   if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
    
15.     Error_Handler();
    
16.   }
    , Z3 N( u; x' ]/ G) G  S' G
17. }
    % C; {3 f7 e) c$ u
18. 
    
19. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
    
20.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    1 g0 ^6 b3 X1 y  R, e# J1 H" O" P0 f
21.   if(spiHandle->Instance==SPI2){
    
22.   __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();  
    
23.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    ) W$ t0 o1 s/ @  w8 P
24.   /**SPI2 GPIO Configuration   
    
25.   PB13     ------> SPI2_SCK
    ( G; T& B6 }) _" T0 B
26.   PB14     ------> SPI2_MISO
    
27.   PB15     ------> SPI2_MOSI */
    3 V. i6 U3 v" d4 \/ G: x" T
28.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
    
29.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    
30.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    / k6 A. v9 ~% X, P# J
31.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
32.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
    
33.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    # }: T; ^% V/ G; y. d1 t" E% J6 y
34.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
35.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    0 b6 U' [3 _: y- D% q
36.   }
    
37. }

复制代码

: i2 P: [" G4 c4 s  u9 Y- u; Q

➡️ 创建按键驱动文件key.c 和相关头文件key.h

➡️ 创建包含W25Q64芯片的相关操作函数及驱动函数的文件w25qxx.c和w25qxx.h，这里仅介绍几个重要的函数，源文件下载方式见文末介绍

1. //这里仅介绍几个重要的函数
   , j' u+ ]2 g# k# b1 V3 p2 ]* q
2. void W25QXX_Init(void){
   3 e8 k  E9 o: o( x. i
3.   W25Qx_Disable();
   
4.   W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();//读取芯片ID
   
5.   printf("FLASH ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);
   
6.   if(W25QXX_TYPE == 0xc816)
   
7.     printf("FLASH TYPE:W25Q64\r\n");
   2 W  n  g3 K4 Z3 d1 b- u
8. }
   " [5 {# w6 y- w: M; Q9 _
9. 
   
10. uint16_t W25QXX_ReadID(void){
    
11.   uint16_t ID;
    
12.   uint8_t id[2]={0};
    
13.   uint8_t cmd[4] = {W25X_ManufactDeviceID,0x00,0x00,0x00};//读取ID命令       
    
14.   W25Qx_Enable();//使能器件
    4 s( C/ b6 b6 u) ?& j: n
15.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    3 C( F* z$ G) m. s  P$ _+ {; x% D2 S
16.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,id,2,1000);
    
17.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    
18.   ID = (((uint16_t)id[0])<<8)|id[1];
    
19.   return ID;
    ) s9 u1 q0 A0 U
20. }
    3 R, M0 d) `6 Q5 D8 b
21. 
    
22. void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){
    4 J/ g7 h) f3 |
23.   uint8_t cmd[4] = {0};
    
24.   cmd[0] = W25X_ReadData;//读取命令
    
25.   cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));
    $ d' j# q( t1 z
26.   cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));
      A; K1 X  X# F; y+ X1 m/ ?4 [
27.   cmd[3] = ((uint8_t)ReadAddr);
    # c/ M/ {( v  C2 N
28. 
    ( D9 |/ c- H. j) E3 K8 O1 m
29.   W25Qx_Enable();//使能器件
    
30.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    
31.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,pBuffer,NumByteToRead,1000);
    6 c; b0 K! s( k
32.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    % H" Q: D+ @$ ]# h# R9 p
33. }
      h! a! R* j  G7 V
34. 
    
35. void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite){
    + W0 E& y- x* ]/ @8 m2 D. B
36.   uint32_t secpos;
    
37.   uint16_t secoff;
    
38.   uint16_t secremain;
    
39.   uint16_t i;
    
40.   uint8_t *W25QXX_BUF;
    + d1 m8 a! t6 Y9 w
41.        
    
42.   W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;
    
43.   secpos = WriteAddr/4096;        //扇区地址
    
44.   secpos = WriteAddr%4096;        //在扇区里的偏移
    
45.   secremain = 4096-secoff;        //扇区剩余空间大小
    
46.   printf("WriteAddr:0x%X,NumByteToWrite:%d\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);
    ! I* d  A0 r/ k- ?$ u" T
47.   if(NumByteToWrite <= secremain)  //不大于4K字节
    7 g9 A0 Q6 s; @; d" l
48.     secremain = NumByteToWrite;
    
49.   while(1){
    
50.     W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读取整个扇区内容
    " L: b1 `' T1 L0 k5 D5 F# [0 w$ c
51.     for(i=0;i<secremain;i++){//校验数据
    
52.       if(W25QXX_BUF[secoff+i] != 0xff)//需要擦除
    1 B9 b6 f6 P" s7 ]8 {7 [
53.         break;
    
54.     }
    
55.                
    
56.     if(i < secremain){//需要擦除
    
57.       W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除扇区
    
58.       for(i=0;i<secremain;i++){
    7 X- s  O; Y4 j8 G& p3 s
59.         W25QXX_BUF[i+secoff] = pBuffer[i];
    ' ^  s' |4 O- k% ]& \! q3 q. p
60.       }
    9 w. P, N  Y2 m. K8 I. o
61.       W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
    / O3 k2 i- A6 t  v0 H
62.     }
    8 b9 N6 b/ n& r2 _
63.     else{
    
64.       W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写入扇区剩余空间
    + Q. O! T7 E: ^
65.     }
    
66.                
    
67.     if(NumByteToWrite == secremain){//写入结束了
    
68.       break;
    8 @6 P7 R0 {7 _, ]" \0 N" k* H1 }) @
69.     }
    
70.     else{        //写入未结束
    
71.       secpos++;        //扇区地址增1
    
72.       secoff = 0;                //偏移位置为0               
    
73.       pBuffer += secremain;        //指针偏移
    8 N% h2 M' @" ?) Y+ s+ A+ V
74.       WriteAddr += secremain;        //写地址偏移
    6 d7 e) {1 M  a/ ~' h; O! _" K* N: S
75.       NumByteToWrite -= secremain;//字节数递减
    : U5 ^2 O" S0 `- U+ U
76.       if(NumByteToWrite > 4096)               
    . V7 g, s7 I9 N
77.         secremain = 4096;        //下个扇区还没是写不完
    " E: P0 a7 V8 T( R" `9 Q
78.       else
    . ^, i# P( S: `9 I
79.         secremain = NumByteToWrite;//下个扇区可以写完了
    $ |$ M+ |  N/ v( m8 j# G: L
80.     }
    
81.   }
    
82. }

复制代码

. ?+ L! q. ^- D  q' I

➡️ 在main.c文件下编写SPI测试代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   7 R4 F# o- t* |6 s2 g
2. uint8_t wData[0x100];
   7 t1 _0 {. n' P$ F* ?* I
3. uint8_t rData[0x100];
   : }# k( h: ]( p+ I9 p
4. uint32_t i;
   4 `4 j; Y) v( y' G: _
5. /* USER CODE END PV */
   
6. int main(void){
   
7.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   3 G1 ]# y9 ~+ W' J+ h2 n, d
8.   uint8_t key;
   6 ?' S1 _* X) S
9.   /* USER CODE END 1 */
   : K' h2 w9 J/ s$ Q7 x$ q
10.   HAL_Init();
    $ O& F# Y7 H( P2 c, a1 i& j
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_SPI2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
16.   W25QXX_Init();
    % v, C4 N9 Y% `/ Z1 A" e& r
17.   for(i=0;i<0x100;i++){
    
18.     wData[i] = i;
    
19.     rData[i] = 0;
    % w5 }7 d% }* e* |. c* O; o
20.   }       
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    
25.       printf("KEY_UP_PRES write data...\r\n");
      B" N5 c" B: e( v2 X! p
26.       W25QXX_Erase_Sector(0);
    2 F4 E7 [& {; ?- ~* [
27.       W25QXX_Write(wData,0,256);               
    
28.     }
    
29.                        
    
30.     if(key == KEY_DOWN_PRES){
    
31.       printf("KEY_DOWN_PRES read data...\r\n");
    
32.       W25QXX_Read(rData,0,256);
    
33.       for(i=0;i<256;i++){
    
34.         printf("0x%02X ",rData[i]);
    
35.       }
    
36.     }
    
37.                
    
38.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    
39.     HAL_Delay(200);
    
40.   }
    - D6 K9 j7 c4 x. |
41. }

复制代码

9 S# t' \! v# N

4.下载验证

编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，当按下K_UP按键后数据写入到W25Q64芯片内，当按下K_DOWN按键后读取W25Q64芯片的值，同时串口打印出相应信息

6 l2 \5 M- s: Q7 R$ U5 e1 g! c: P
- b6 }1 M1 b( X- t+ K5 [4 f
( r2 Y& y" t) g; S* u/ j7 J8 h; d转载自： 嵌入式攻城狮
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) u4 W9 \  e$ o8 d0 m
% i! F# }, k5 H! u$ x4 e* v7 m
, U$ A4 G/ E2 i$ w