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
: `' b* ]# U' u5 e* s
0 A" @. s( j/ { r7 W1 y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: " f( I2 i) J: Q2 Q& |# j: a
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 ! S9 z {5 O: W/ A1 }6 [
CS:从设备片选信号,由主设备控制 ) B8 }( v- B9 T2 J& j5 J6 c% B
. @3 t5 M% B% `5 B7 p 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。
# q; p" ~) c* d7 l4 s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。- w3 O7 ~0 G& b+ K
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: & y$ N# j, P6 q0 ]. M! U
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
( l5 I Q* b5 \ ZCPHA=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 6 V. W8 V/ Y, C7 E9 J
& X) U0 B/ ?+ k% ?6 E9 Z5 @; `" b; C
1 N% V, f; z) s6 z8 t/ x4 d3 t- ]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 9 c( x' X6 w# o3 S, u
: }% C2 Y, I+ X9 y
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
?3 x+ Q# z" g! y% x3 w( I. ]指示灯D1 USART1串口 W25Q64 6 g* ^% u; z# s5 X4 b
K_UP和K_DOWN按键+ K: P6 q5 L* S# y! I; j W1 j1 R
! l: g. X( w/ k' V h8 e" C+ M
+ D3 u: |) [$ M+ M6 E! m
8 a; n1 y/ E+ f$ Q' M
# Q5 `! V* x' g3 q6 X
3.软件设计 ![](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_gif/qnWmokHkQElxmTbwKSshcr2M4Rax56zek7rLL8IAwqjWj0iaC0RhibVVbTeFbG1ic5bxPXOPj3ej9ER0BoIapverg/640?wx_fmt=gif) 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 E) N3 S5 h* U9 d
1 K( u: @" v* j0 a7 Y; f1 U3 D V% c
➡️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
, }0 ?" B0 n. Z. d8 B9 Z9 r9 \7 W
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 " y8 j4 e) m( T" |0 y/ W/ r
- void MX_SPI2_Init(void){
. \ j. t; V& C% a% A - hspi2.Instance = SPI2;
1 e, C7 n$ J" R) K* _/ |6 r - hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//设置为主模式
+ y1 B# S7 f4 t' B0 T% J- m - hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//双线模式. n% r! Z- N* S: @* @0 C! F
- hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8位数据长度# N. b& l" J* N) T3 {, _* |
- hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH;//串行同步时钟空闲状态为高电平4 U% f" q: i& N. j* a a
- hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;//第二个跳变沿采样
0 H/ k3 f; }" t* }5 Q! H3 p - hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;//NSS软件控制
" k. U% G% v' M& a- T! k - hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//分配因子256: c0 f5 i# s/ p8 y% g. e! p5 h0 }
- hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//MSB先行8 l- h `# o+ P0 j
- hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;//关闭TI模式
9 Q8 O+ e7 N1 Q& M7 U7 }. M - hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
5 n& G7 E# }$ ~7 C - hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;; I; x* j0 |4 a! y/ Y
- if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
! y2 N d& k* E5 o4 Z3 x. v - Error_Handler();
5 B6 M) P, A1 t1 C - }: m8 V' W# J; K7 q- o% t# K- E1 U
- }
+ f' B& \0 Y6 Z4 b; C - ) v; X2 t2 m$ J
- void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
( D" ^* [- @: u' J: K - GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
; c% S H4 E* _& ^4 D+ c - if(spiHandle->Instance==SPI2){ T! m# h* Q$ V' X' P
- __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();
- r+ [" i* E# v% m z - __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();* A: Q/ @9 L6 H# L4 W
- /**SPI2 GPIO Configuration
0 f) p1 p5 P2 g+ q8 P - PB13 ------> SPI2_SCK
5 w! x% x8 s6 [ - PB14 ------> SPI2_MISO
4 N$ q3 p; Q5 J' s6 c7 y - PB15 ------> SPI2_MOSI */
+ U+ g5 l; A3 X6 N0 m4 s* | - GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
+ H& z' g" ?2 H - GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;( {) \( {9 \- X" {7 I) ?
- GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;' q# i" l" m& i7 i
- HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
5 D" r5 [9 I6 N6 K7 |$ Z$ O - GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
2 W+ M0 W7 _3 a! u4 W - GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
, H$ a5 Y0 K5 ^; h5 N - GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;( d1 ^- L Q: V% C3 ]
- HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
3 \8 J& n9 `" D6 t0 J - }2 Y- \7 Z, _# [9 n
- }
复制代码
7 x# O1 e# B8 a* n- h➡️ 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 - //这里仅介绍几个重要的函数
2 e8 t7 g6 c' @& w+ H/ [ - void W25QXX_Init(void){
! {" B. ` U' R - W25Qx_Disable();( o: O+ C! ]: G8 d+ V/ W3 [) o' _4 j
- W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();//读取芯片ID
0 f( i2 C7 | J - printf("FLASH ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);$ j o( v% j6 G; s7 V: t
- if(W25QXX_TYPE == 0xc816)7 Q2 _! E7 N7 X, l; ?
- printf("FLASH TYPE:W25Q64\r\n");8 F* n. p: k. y0 g4 x
- }
& q S9 ^1 ]) o- m% k* N
$ Q) U! Q) H' j- uint16_t W25QXX_ReadID(void){
6 ?: r" s: s& ~ - uint16_t ID;, |) p* d5 `4 @7 f; f1 h5 R0 J1 ~. M
- uint8_t id[2]={0};
) p) A4 I. N; ?. g - uint8_t cmd[4] = {W25X_ManufactDeviceID,0x00,0x00,0x00};//读取ID命令
$ g9 Q; v+ a: B8 r. O0 } t - W25Qx_Enable();//使能器件
" I/ o: I% N% K - HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
/ b8 a( Y2 E( P% `& S - HAL_SPI_Receive(&hspi2,id,2,1000);% w9 ^" z9 b, e+ G5 R: ^+ S* e
- W25Qx_Disable();//取消片选
]4 b: x/ i" x& w2 `" F - ID = (((uint16_t)id[0])<<8)|id[1];7 V/ N) w3 J/ v; D
- return ID;
* H& ~+ @% A$ T$ E- L - }, V! f+ l$ J5 K/ E- K
- 0 K2 A/ X7 T$ g- |% }* F
- void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){/ z. _ @& K9 t$ [! [% i7 \% j1 x) O
- uint8_t cmd[4] = {0};/ Y( v* n' o7 B. ]/ Z
- cmd[0] = W25X_ReadData;//读取命令. [: {1 ?0 }9 V' I0 ]6 y: S, x
- cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));+ \7 |! {. x. ~, ~ n
- cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));: l& @& `( i/ v0 j( T# P
- cmd[3] = ((uint8_t)ReadAddr);
3 t7 n3 M2 k% r' c - % Y% s. b" ]/ z+ |
- W25Qx_Enable();//使能器件
$ A4 U- V! O9 M% C- e - HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);$ a" n7 @! Y" @: E8 h( ?* X
- HAL_SPI_Receive(&hspi2,pBuffer,NumByteToRead,1000);
1 f# Z- `# c9 x# ~0 c - W25Qx_Disable();//取消片选 " ?* ?$ u1 u6 E `
- }
: |6 l1 ^7 \& c. \ - & E& c1 |: J3 @. R, m5 d
- void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite){6 @+ t" X& Y/ _9 d$ @3 M
- uint32_t secpos;2 ^6 ]0 m& l& F4 U4 `
- uint16_t secoff;! C4 C1 u% X: E- t0 X, M8 ~
- uint16_t secremain; c2 i4 M: j7 _
- uint16_t i; X0 Q6 h- k: G2 ^
- uint8_t *W25QXX_BUF;6 L, H3 J$ P8 y8 J
-
! p. ]6 J d/ q5 J, s) h2 y3 F. Y - W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;% n: M& c" s" h$ K S% D2 e
- secpos = WriteAddr/4096; //扇区地址
2 @! y7 ^ v; r' P - secpos = WriteAddr%4096; //在扇区里的偏移( p2 a: A2 N9 X
- secremain = 4096-secoff; //扇区剩余空间大小
0 B, Y/ {* O4 @+ P! ?! M - printf("WriteAddr:0x%X,NumByteToWrite:%d\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);: d0 C) x* d. r3 H" p
- if(NumByteToWrite <= secremain) //不大于4K字节5 }: X- w7 Z. T* [& E' o/ j1 F1 a; a
- secremain = NumByteToWrite;
: }9 O: D; }% w) u - while(1){- y: Q: q4 C) ?. r. s( B8 ]- r
- W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读取整个扇区内容
( c j: G# u4 j# z& _+ l - for(i=0;i<secremain;i++){//校验数据
' r7 o7 b5 m( f/ I+ \ - if(W25QXX_BUF[secoff+i] != 0xff)//需要擦除
( I0 s6 H- y' N. B0 k - break;# V* g, P9 J7 t/ P, ^- `) s1 K% I
- }
" j% O8 u2 x& |: A" z7 G - 8 c! Q: X, K! B0 z7 H+ [4 N( d* f
- if(i < secremain){//需要擦除
2 a0 N2 T2 M/ Z5 m# B8 o' R - W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除扇区! M) E9 c4 p+ ?$ ~' @
- for(i=0;i<secremain;i++){
: v% X9 W4 d' Z- g3 A - W25QXX_BUF[i+secoff] = pBuffer[i];2 B% B1 N+ R1 l0 E8 [# } N
- }* n0 ~$ L! D) G- U. ?$ G2 f/ O! k
- W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区" M2 Q0 T' P: }6 c W
- }% L0 [. J: ] G3 p2 l/ s
- else{& q7 Z1 |, X2 @) M; X
- W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写入扇区剩余空间
0 P5 n' y8 z, e" n5 B5 M - }6 @1 \4 v& ?2 [% m" Y
-
) \2 Z- \5 p; F0 }; M1 v - if(NumByteToWrite == secremain){//写入结束了
6 {2 n4 f( Z4 ?5 Q; p# K - break;' n: s. k2 q6 I
- }8 Q- U$ Q, L1 L$ N8 ^) n [
- else{ //写入未结束8 S5 u0 F. d) A+ s/ q
- secpos++; //扇区地址增1
9 S/ X `9 G( r3 T - secoff = 0; //偏移位置为0
) P. s2 F6 B' g - pBuffer += secremain; //指针偏移# V `& X | L: f% [2 D+ ?( A
- WriteAddr += secremain; //写地址偏移
2 w9 g7 j2 f" p4 C# H( }5 s - NumByteToWrite -= secremain;//字节数递减2 Y) G/ O" q }* J5 V" t4 W
- if(NumByteToWrite > 4096)
# I! Z2 p/ ?9 Y9 }. s - secremain = 4096; //下个扇区还没是写不完
' ]# r& g+ m# A - else2 ~( r. r8 I$ v3 \. N: ~0 g" v
- secremain = NumByteToWrite;//下个扇区可以写完了0 ?0 M, r2 P) S: u$ |
- }& v5 ~. K, D/ t7 s9 Y
- }
! w5 ?5 G$ G/ B; a - }
复制代码 # z6 w8 U! g/ k& H, W6 o& b# V
➡️ 在main.c文件下编写SPI测试代码 - /* USER CODE BEGIN PV */4 l3 R$ h+ w0 Z% K
- uint8_t wData[0x100];
5 s6 C+ W [; t; Z5 O3 G3 I: q# z) l - uint8_t rData[0x100];
- { G% _0 `+ u0 T2 o: f! N+ |8 q - uint32_t i;) |% |5 g( f2 z' Q; Q
- /* USER CODE END PV */
! V- w7 j* J5 Q' b/ O; y - int main(void){
8 ]( S3 H) `/ }' ]& f, q" O8 R e5 _ - /* USER CODE BEGIN 1 */
% e1 ]2 {7 F9 r - uint8_t key;( c9 W; D! F8 `" `+ |) c0 G0 d
- /* USER CODE END 1 */
2 @9 N9 J/ s, L' I* @) ?. Z - HAL_Init();) ]7 p3 k y$ D1 M* t; @" o0 V
- SystemClock_Config();
. A9 e& A: s( x7 {4 J% t - MX_GPIO_Init();2 ?/ |' s! \$ f& H3 K- j0 ^( Q
- MX_SPI2_Init();
% h6 g) y" C* ] - MX_USART1_UART_Init();. v. @ S6 Y& R i- A3 e1 y# {
- /* USER CODE BEGIN 2 */ y) M3 `9 ~% ?. Y4 r9 B
- W25QXX_Init();8 F: V$ R- a3 u: X% m: q
- for(i=0;i<0x100;i++){, S4 g! n6 |; ^& [/ m
- wData[i] = i;8 B- x2 \; }& b- ?# d- ?, T& H
- rData[i] = 0;
: R- \- B/ z a3 F8 Y - }
5 `1 M, [$ G4 q - /* USER CODE END 2 */+ t- m: S: z+ d9 _$ A B( M% J
- while (1){: X, R+ E, l( p
- key = KEY_Scan(0);& ]. b/ m9 m' [; h. P
- if(key == KEY_UP_PRES){
/ Z3 [" a: G& D5 E, Q+ a1 B& | - printf("KEY_UP_PRES write data...\r\n");) ^$ d0 {. g: |9 d! G
- W25QXX_Erase_Sector(0);! x- m/ v) n$ T' M5 g9 s
- W25QXX_Write(wData,0,256); 6 k* q: Z( `7 \" D' s5 @/ ~( i5 r5 r+ P
- }
1 M0 X" L+ w. m; F& w - - ?# c/ y7 S; q3 R& S& ^
- if(key == KEY_DOWN_PRES){
4 R) c* W1 R5 N2 d, p - printf("KEY_DOWN_PRES read data...\r\n");
E" I7 K6 I& G) E - W25QXX_Read(rData,0,256);: I9 J' ~$ ^2 L. g
- for(i=0;i<256;i++){5 ~1 W* c" f+ h, ]
- printf("0x%02X ",rData[i]);
% t; k8 O' q: z0 k - }) w8 T5 {' y! h; K& E* T
- }
, |9 n/ ^/ i7 y -
5 E9 ]9 f0 S4 a5 i/ V2 ] - HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
/ T( D5 n% |' K* k& L k - HAL_Delay(200);) O. K1 T" f0 M! |- a2 `
- }
" t: ] {3 Y* q1 X5 I - }
复制代码
& \2 a/ u$ T+ F' P( U& r" @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
: W* r) j3 y7 F; L2 _
& W$ X1 m, _5 D
7 Z: H6 v" ^$ i$ ^3 Q3 V3 f- X转载自: 嵌入式攻城狮
0 Z3 J: f4 q F6 Y! d; D! A6 @如有侵权请联系删除
& m/ Q9 t7 B0 V% S: J4 D" A) w5 A3 _" M2 c
$ y2 i- c4 J9 |
) z7 F; c% |& a( H" p1 d |