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

6 K- x0 P0 Y$ {  [4 N0 i$ D$ Q

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：

: z& j8 ?( b! D9 g; \. M0 w8 {2 V; r
• 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
  
  ) e$ I/ B9 n: e3 c' l/ F$ O2 M
• CS:从设备片选信号，由主设备控制
  
  
  

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。
5 J! F5 A; B+ ySPI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：

• 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
  
  # I/ f% j: H. R5 C) D) W& ]5 r0 l
• 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
  
  2 w: R3 j; k6 ~+ O4 J6 h; D
  ' w5 p9 J, x) b9 E! B0 k

, N) O7 X) a0 V  A7 t  G

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

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
  
  4 i+ l( W, g, [0 `1 M+ x
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  5 C" O) b& e: ~0 |! e- n
  

7 X% u4 `) X8 \( ]- Y

( S, H9 i3 c- q% {

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

➡️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){
   ! O: N9 ^% v% L
2.   hspi2.Instance = SPI2;
   
3.   hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//设置为主模式
   
4.   hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//双线模式
   0 y9 }' Y- `6 g/ Z
5.   hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8位数据长度
   . H: G. e" O& a$ t: |- v& {* ]1 ~
6.   hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;//串行同步时钟空闲状态为高电平
   / A- k, q' b! R2 O  i
7.   hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;//第二个跳变沿采样
   
8.   hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//NSS软件控制
   5 D; g* q5 v  j: S- t
9.   hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//分配因子256
   6 m* @- c. x! c; Q  N; q
10.   hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//MSB先行
    
11.   hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//关闭TI模式
    
12.   hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    
13.   hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
    , ?: b6 B& H- J% J5 z
14.   if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
    - W# o+ {3 W' c( _- |4 G5 D
15.     Error_Handler();
    
16.   }
    # v$ x( l/ j+ x% D: b! w) q, r
17. }
    
18. 
    
19. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
    
20.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    0 |+ Y8 m* z1 n) @
21.   if(spiHandle->Instance==SPI2){
    ( A# \$ K1 }- `9 h5 T0 N6 \: q
22.   __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();  
    + k0 j/ i* N& m+ V# o
23.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
24.   /**SPI2 GPIO Configuration   
    
25.   PB13     ------> SPI2_SCK
    1 }! [) ]& H; ?& _
26.   PB14     ------> SPI2_MISO
    
27.   PB15     ------> SPI2_MOSI */
    , E2 p' t) p6 e  v) L8 w6 h
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;
    
31.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
32.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
    3 x4 D& U" I5 l; s5 U- Q; X8 k
33.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    5 a$ B. a2 M( t, O
34.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
35.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    . W2 ?" ~) Y7 J* d
36.   }
    ) S" e$ T( t; G  O( X2 r  h. ?
37. }

复制代码

➡️ 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
   8 j' u+ u0 n2 x$ }9 W
2. void W25QXX_Init(void){
   
3.   W25Qx_Disable();
   
4.   W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();//读取芯片ID
   / a: \' l9 y' `: }% w/ \/ ^5 u' x4 p
5.   printf("FLASH ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);
   
6.   if(W25QXX_TYPE == 0xc816)
   ' J3 h' k! n- @4 c
7.     printf("FLASH TYPE:W25Q64\r\n");
   
8. }
   7 x" Y* i6 y2 J
9. 
   
10. uint16_t W25QXX_ReadID(void){
    0 M6 k( j5 ?* D1 D$ [3 j9 |
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       
    % l1 I* E' Q5 y. T% P" Y
14.   W25Qx_Enable();//使能器件
    ' ^: S5 m# o2 ?5 p$ h
15.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
      D9 d; `/ q( t! F
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;
    ) H% b' J0 u6 f( b2 u9 ^
20. }
    
21. 
    
22. void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){
    
23.   uint8_t cmd[4] = {0};
    
24.   cmd[0] = W25X_ReadData;//读取命令
    
25.   cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));
    # e1 T# f& {2 h9 g! x
26.   cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));
    & d1 T2 f" V4 ~) Q
27.   cmd[3] = ((uint8_t)ReadAddr);
    
28. 
    
29.   W25Qx_Enable();//使能器件
    
30.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    0 Y. D9 E4 Z% W! t8 f: N9 M
31.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,pBuffer,NumByteToRead,1000);
    7 k' F% [: h+ \0 `
32.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    " O6 R6 A9 T! s  e& M
33. }
    ( m, o# ~* e" [/ Z
34. 
    
35. void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite){
    
36.   uint32_t secpos;
    
37.   uint16_t secoff;
    
38.   uint16_t secremain;
    2 p# T5 E; y( w' |3 P
39.   uint16_t i;
    
40.   uint8_t *W25QXX_BUF;
    
41.        
    
42.   W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;
    
43.   secpos = WriteAddr/4096;        //扇区地址
    0 E  w2 n2 b6 R7 P8 v( G* B6 f# e
44.   secpos = WriteAddr%4096;        //在扇区里的偏移
    
45.   secremain = 4096-secoff;        //扇区剩余空间大小
    3 {9 @+ F+ ^6 H
46.   printf("WriteAddr:0x%X,NumByteToWrite:%d\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);
    ( V$ D8 @0 G- `& B
47.   if(NumByteToWrite <= secremain)  //不大于4K字节
    
48.     secremain = NumByteToWrite;
    
49.   while(1){
    
50.     W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读取整个扇区内容
    2 Y! L& C0 b2 |: _- w, s
51.     for(i=0;i<secremain;i++){//校验数据
    , I) J. K2 A6 E: `6 e
52.       if(W25QXX_BUF[secoff+i] != 0xff)//需要擦除
    + l! F, N  q. x7 S$ y
53.         break;
    9 M- `7 ^5 I+ L9 g' E6 s; g
54.     }
    
55.                
    # y  k$ d! Q( W$ @2 N+ f) A
56.     if(i < secremain){//需要擦除
    & N( U! w, Y' g+ L; ~
57.       W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除扇区
    
58.       for(i=0;i<secremain;i++){
      I. r+ ^% W3 d
59.         W25QXX_BUF[i+secoff] = pBuffer[i];
    0 j( [6 X& M# F9 v0 x
60.       }
    & d4 J: @& U3 s1 |, C: d( p! H
61.       W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
    
62.     }
    
63.     else{
    , w+ W2 x6 q9 c7 h7 J
64.       W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写入扇区剩余空间
    4 c& j- j' x, T% r
65.     }
    % j' z, l% a. ?# S
66.                
    * @# G% A2 s' Q( b* y
67.     if(NumByteToWrite == secremain){//写入结束了
    
68.       break;
    8 j( u, ?- n1 I  a) H" m# p
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
    2 s. t+ P" k5 I  p# j
74.       WriteAddr += secremain;        //写地址偏移
    # \9 |2 F5 v7 a! C- s* x2 ^& c9 ]& N
75.       NumByteToWrite -= secremain;//字节数递减
    
76.       if(NumByteToWrite > 4096)               
      M2 @- t5 |, Z. k; |; \; T3 ?
77.         secremain = 4096;        //下个扇区还没是写不完
    
78.       else
    - k6 }: O/ Y: I; s5 ~/ J4 F! h5 m
79.         secremain = NumByteToWrite;//下个扇区可以写完了
    - b7 x7 x3 v, F% T5 N
80.     }
      T+ L5 W3 I/ e. e9 }- r
81.   }
    
82. }

复制代码

➡️ 在main.c文件下编写SPI测试代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   
2. uint8_t wData[0x100];
   0 c! c/ i  b' Z
3. uint8_t rData[0x100];
   
4. uint32_t i;
   
5. /* USER CODE END PV */
   
6. int main(void){
   
7.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   
8.   uint8_t key;
   
9.   /* USER CODE END 1 */
   
10.   HAL_Init();
    1 T( z: f+ B: [$ {1 y/ Q! H% O
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    1 O. X2 ^3 s- t+ d) d; C+ i7 A  @1 K
13.   MX_SPI2_Init();
    - i- @+ q" H; }" A3 `! K; y( B6 ^
14.   MX_USART1_UART_Init();
    
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    % x; R; m7 t5 y& [/ P
16.   W25QXX_Init();
    ' o- l& \: R0 f- i7 M) p" h
17.   for(i=0;i<0x100;i++){
    6 [; h5 n8 X; ^0 j. u! s
18.     wData[i] = i;
    
19.     rData[i] = 0;
    9 d' c6 u! ]% R+ x6 C/ j
20.   }       
    0 X* n% m- s0 P4 f# t
21.   /* USER CODE END 2 */
    4 l4 H- ^1 J5 f) i0 B( E
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    % q8 i1 T& b8 c$ V) N$ [; T
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    
25.       printf("KEY_UP_PRES write data...\r\n");
    ; _' C4 O) y9 C$ c3 a
26.       W25QXX_Erase_Sector(0);
    # y- C4 H5 d- F- P' N+ [2 t1 e# n
27.       W25QXX_Write(wData,0,256);               
    
28.     }
    
29.                        
    
30.     if(key == KEY_DOWN_PRES){
    ' N$ T2 v+ N* w; u; {
31.       printf("KEY_DOWN_PRES read data...\r\n");
    
32.       W25QXX_Read(rData,0,256);
    : O8 j9 I2 L. r, V- X
33.       for(i=0;i<256;i++){
    0 F, D  Z$ U; k: `5 d2 ?0 P' b
34.         printf("0x%02X ",rData[i]);
    
35.       }
    
36.     }
    
37.                
    . b- m& j- h  O7 u
38.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    & A! e# P8 v% @8 T7 t
39.     HAL_Delay(200);
    
40.   }
    8 q+ D9 a; E- ?% o6 F  u: a5 b5 Y
41. }

复制代码

! J6 f! \# E1 n- v% N" z6 b

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 {& C: O3 f. y5 D+ z) s' ]9 H
% ]% |  l  ^8 I+ M* f
  x& }2 E4 u) o# ?& T/ }. Z转载自： 嵌入式攻城狮
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+ X, G" b( _9 [0 `( y) l/ `
' X) n. I; H0 ~6 f+ |* A% ?4 g

, w- S4 I+ h( F/ C) h6 |+ _8 z- ~