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

* M6 g: f) m/ m

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：

) ]& l" B+ y5 i; I6 e
• 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
  
    s( |, e- m! T$ A  }
• CS:从设备片选信号，由主设备控制
  
  
  % k/ D8 [- i5 P2 \+ N, S6 M

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。
- ?3 `$ f( L" d* ~9 n% i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。
& R0 K$ I- ~! x- 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
  
  & a8 h" g3 K  ~' c5 C
• 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
  
  
  3 m/ u$ ^+ K2 r' K4 w  ~/ X

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

: \5 G( N( D- y6 h

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
  
  & m1 n2 b$ n6 U
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  6 q2 ?( B% l; e5 }
  

: t2 U* \; u6 f; c2 `6 h6 T2 @* A

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

: H) ^, y8 V: e# t
/ ~: Y* J' n# O+ p$ N* ^2 \7 }

➡️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

" D; |/ [+ i" B- h3 r" g# ^( n

1. void MX_SPI2_Init(void){
   
2.   hspi2.Instance = SPI2;
   1 H- w) G) i8 N6 J/ ?2 H
3.   hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//设置为主模式
   2 I& Y- i$ \  e0 ~
4.   hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//双线模式
   
5.   hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8位数据长度
   
6.   hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;//串行同步时钟空闲状态为高电平
   % x$ Y# T; F3 w
7.   hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;//第二个跳变沿采样
   ) @3 y& T. i$ d" ~$ _" _
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
    
11.   hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//关闭TI模式
    ' ]3 f6 p* g. ?2 ]
12.   hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    1 `  k; \- o4 E& b& s
13.   hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
    # N; ^! k$ T, G
14.   if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
    ; t" v- Z" E3 Z" D/ a
15.     Error_Handler();
    
16.   }
    3 E3 a$ ~! k+ P8 Y' f. a! I/ o8 ]
17. }
    ! u; _+ T5 R* t2 a8 d/ V. w7 b
18. 
    * J  g/ H" Q7 q3 x; U0 A! m& n
19. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
    ' h- `$ U  m) {- g3 ?( v3 z
20.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    ! q7 M9 ], K% I8 v% m
21.   if(spiHandle->Instance==SPI2){
    
22.   __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();  
    ( ?7 `4 z) f# X
23.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
24.   /**SPI2 GPIO Configuration   
    . ~$ V$ }8 r( r
25.   PB13     ------> SPI2_SCK
    
26.   PB14     ------> SPI2_MISO
    # ]3 f6 c3 [8 L
27.   PB15     ------> SPI2_MOSI */
    4 u* Y: t" f& \# `+ _
28.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
    8 ^* v+ [5 ?2 n/ J2 v$ `
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;
    
33.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
34.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    ( E. c% m3 B: B* r3 W( H
35.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
36.   }
    
37. }

复制代码

6 V+ j0 H& @& ~2 p- Z

➡️ 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
   . C9 a- R' f- [3 o. k0 I1 u
2. void W25QXX_Init(void){
   
3.   W25Qx_Disable();
   * l4 F" R) `) F) B1 H$ r! g
4.   W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();//读取芯片ID
   
5.   printf("FLASH ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);
   1 l' B6 H% \( H
6.   if(W25QXX_TYPE == 0xc816)
   
7.     printf("FLASH TYPE:W25Q64\r\n");
   2 Q; z8 U& }: K# R; P, M
8. }
   
9. 
   . C  H4 a; ?/ P' Y0 u
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       
    . c! O& d1 Y5 ]3 x' [( Q  p% y5 A
14.   W25Qx_Enable();//使能器件
    
15.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    3 D. ~$ t% t# ~- h% K; e* i' a# K
16.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,id,2,1000);
    
17.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    ! Y! M" E% K, N* L& V  o" o
18.   ID = (((uint16_t)id[0])<<8)|id[1];
    ' \% R) y8 ^+ T
19.   return ID;
    
20. }
    
21. 
    
22. void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){
    
23.   uint8_t cmd[4] = {0};
    ( W( D. r) R' ]% a9 G
24.   cmd[0] = W25X_ReadData;//读取命令
    
25.   cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));
    % d# {: |! o9 V  v: |0 Y
26.   cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));
    : S  o, z7 z, ?3 ]9 Y! G" H
27.   cmd[3] = ((uint8_t)ReadAddr);
    
28. 
    
29.   W25Qx_Enable();//使能器件
    
30.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    
31.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,pBuffer,NumByteToRead,1000);
    
32.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    + U) O+ {) P0 Y( E6 T9 B# F
33. }
    
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;
    
39.   uint16_t i;
    
40.   uint8_t *W25QXX_BUF;
      d0 i% `0 s% A5 o
41.        
    / {$ G' n( e" r& l
42.   W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;
    / U& t( n2 L9 d& H
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);
    3 @$ Y" `7 S1 o% u7 T3 t
47.   if(NumByteToWrite <= secremain)  //不大于4K字节
    6 K# {6 C% K4 p* R! n
48.     secremain = NumByteToWrite;
    
49.   while(1){
    
50.     W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读取整个扇区内容
    ! M8 i$ E& a, S, k- X9 _2 j7 B4 ^
51.     for(i=0;i<secremain;i++){//校验数据
    
52.       if(W25QXX_BUF[secoff+i] != 0xff)//需要擦除
    
53.         break;
    
54.     }
    
55.                
    
56.     if(i < secremain){//需要擦除
    3 n: Y0 a: D3 ~
57.       W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除扇区
    4 G0 J) f; H, i& [# |3 I1 |. h
58.       for(i=0;i<secremain;i++){
    
59.         W25QXX_BUF[i+secoff] = pBuffer[i];
    1 C3 o+ O/ \9 C! y1 Q! Q
60.       }
    
61.       W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
    
62.     }
    
63.     else{
    
64.       W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写入扇区剩余空间
    
65.     }
    
66.                
    ' ~9 X7 P/ N" }0 z/ i5 @' w
67.     if(NumByteToWrite == secremain){//写入结束了
    1 E+ ]& P) t% d( d/ n8 c
68.       break;
      Q3 c5 s% \  E6 Z4 r
69.     }
    2 {' J& E( \+ q/ P
70.     else{        //写入未结束
    
71.       secpos++;        //扇区地址增1
    
72.       secoff = 0;                //偏移位置为0               
    8 M/ O: }( j( k% N4 ^: v* s& D
73.       pBuffer += secremain;        //指针偏移
    
74.       WriteAddr += secremain;        //写地址偏移
    
75.       NumByteToWrite -= secremain;//字节数递减
    & W0 k8 q" X5 E: A- ~; S; K) Y
76.       if(NumByteToWrite > 4096)               
    : w( W1 _2 Z. S- o: ?+ W
77.         secremain = 4096;        //下个扇区还没是写不完
    " X9 ]5 [1 {: ^7 \
78.       else
    " h7 o7 s" j+ f, S% `% _! }# A
79.         secremain = NumByteToWrite;//下个扇区可以写完了
    6 L, g2 G, w/ ^" [2 S4 M/ ~
80.     }
    
81.   }
    
82. }

复制代码

6 E3 G! b! g, z

➡️ 在main.c文件下编写SPI测试代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   
2. uint8_t wData[0x100];
   ( V$ d% m+ L( o" ^6 K' n
3. uint8_t rData[0x100];
   & }/ l6 x3 w8 P. h
4. uint32_t i;
   
5. /* USER CODE END PV */
   
6. int main(void){
   " C# G* i5 Y' i7 P. t* \7 ]
7.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   
8.   uint8_t key;
   6 [5 ^% q0 ?( Z
9.   /* USER CODE END 1 */
   
10.   HAL_Init();
    
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    * L4 o4 j+ j7 f6 h; }+ F
13.   MX_SPI2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    ' d1 Y& s# D* M/ ?
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    $ V6 i( l8 L( ?: l8 ?
16.   W25QXX_Init();
    
17.   for(i=0;i<0x100;i++){
    : J: f& S" y+ m! z" V
18.     wData[i] = i;
    
19.     rData[i] = 0;
    ( _& [4 w4 a) k
20.   }       
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    
22.   while (1){
    & a5 P! q' J" h: W, w: a
23.     key = KEY_Scan(0);
    * u; m  n4 b' c
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    
25.       printf("KEY_UP_PRES write data...\r\n");
    
26.       W25QXX_Erase_Sector(0);
    4 c8 D; z2 y( `+ o: c/ _0 H7 u
27.       W25QXX_Write(wData,0,256);               
    
28.     }
    
29.                        
    
30.     if(key == KEY_DOWN_PRES){
    
31.       printf("KEY_DOWN_PRES read data...\r\n");
    , ^9 H5 k! R4 A8 E3 z% H
32.       W25QXX_Read(rData,0,256);
    
33.       for(i=0;i<256;i++){
    # Q' E+ L* D! i6 C# Q  ?4 w# o
34.         printf("0x%02X ",rData[i]);
    
35.       }
      d! I4 l3 s2 m/ T+ H* Q2 Y
36.     }
    
37.                
    ' n1 r- [( Q5 ~: L4 i7 o9 x* z
38.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    
39.     HAL_Delay(200);
    : @2 \8 m% [* g, Y* D3 T% k
40.   }
    
41. }

复制代码

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

1 W( {+ ?% J' Q8 ^7 J% k' Z9 F+ J2 Y( t转载自： 嵌入式攻城狮
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- n4 @$ [, H# T" Q. \, A
: V  H( M; r; o1 C1 s* j2 \
8 r$ {! }( i( G; V2 ]4 E7 Q