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

& p& i6 t7 u$ W$ Z4 a* p2 B

" l& f; q- ?8 p" C+ {. 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：

• 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
  
  
• CS:从设备片选信号，由主设备控制
  
  
  * M3 L  R# @0 Z0 ]( }

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。
. Z+ L6 r9 e2 F# K$ V: h% o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：

• 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
  
    d$ l* f7 g# {
• 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
  
  + P! S. @! \9 O  r7 N# O% `* O
  

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

4 C5 G, F* j/ Y

" V4 D0 X) E" z6 P, z

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
  
  
  6 }2 R8 L5 z  ?4 D6 F5 V4 x
    k; Q/ b1 [8 K- B9 J+ [1 c

$ ?- M3 j. ^2 E- a8 l: N

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

3 J/ m6 z0 o4 f4 q- p. U+ 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

/ b% P% J4 g& d, H1 t1 z& 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

0 s5 W& Q9 i) [1 u7 ~6 c

1. void MX_SPI2_Init(void){
   1 N6 Q/ N1 s) a% q' M/ v, {0 ]; B' [
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
   4 `4 I# I" @6 z
5.   hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8位数据长度
   * n. T5 Y) D3 c' m
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
   
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
    
12.   hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    
13.   hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
    
14.   if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
    
15.     Error_Handler();
    
16.   }
    7 c8 }. I' U5 r
17. }
    - m5 p6 e4 b" a+ n2 t
18. 
    
19. void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
    
20.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
21.   if(spiHandle->Instance==SPI2){
    
22.   __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();  
    
23.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
24.   /**SPI2 GPIO Configuration   
    
25.   PB13     ------> SPI2_SCK
    " h9 y, S; R( B) |' F
26.   PB14     ------> SPI2_MISO
    
27.   PB15     ------> SPI2_MOSI */
    
28.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
    
29.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    " b+ o2 `% x6 M
30.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
31.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    . ~7 c- W! X+ J
32.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
    
33.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    2 f2 h  Z) ]2 Q6 V- h; C, Q
34.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
35.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
36.   }
    # M$ U, H1 f, m* o; |2 G6 y
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
   
2. void W25QXX_Init(void){
   ) ?  G7 c, o) U! S& p* N9 @) B3 k
3.   W25Qx_Disable();
   
4.   W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();//读取芯片ID
   
5.   printf("FLASH ID:%X\r\n",W25QXX_TYPE);
   ; }" w3 P) I, `& \, k& l
6.   if(W25QXX_TYPE == 0xc816)
   + D9 q5 ^# f3 u2 d
7.     printf("FLASH TYPE:W25Q64\r\n");
   1 `+ P- V. [* h$ F$ G5 z
8. }
   
9. 
   ( j- `' A  d. k; b: T: Z
10. uint16_t W25QXX_ReadID(void){
    ! Q+ i4 h" X5 r4 [
11.   uint16_t ID;
    , D8 U5 K) F/ L+ r5 s) h0 U+ K2 F" X
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
    
15.   HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
    
16.   HAL_SPI_Receive(&hspi2,id,2,1000);
    : E! U$ ?% _' V4 g
17.   W25Qx_Disable();//取消片选       
    
18.   ID = (((uint16_t)id[0])<<8)|id[1];
    
19.   return ID;
    
20. }
    / e$ P: I7 w6 L
21. 
    
22. void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){
    6 h9 F' W2 r! g% I6 Q6 h
23.   uint8_t cmd[4] = {0};
    
24.   cmd[0] = W25X_ReadData;//读取命令
    
25.   cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));
    8 t6 @* ~: j* {5 r
26.   cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));
    
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       
    
33. }
    8 T% }1 x; R( p7 a+ l! n* ~! ~+ w
34. 
    
35. void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite){
    
36.   uint32_t secpos;
      M) m* J) m: Z& ?$ r! s; k% j- Y1 n
37.   uint16_t secoff;
    
38.   uint16_t secremain;
      D9 B- n# o1 @( N& @$ [1 ~
39.   uint16_t i;
    
40.   uint8_t *W25QXX_BUF;
    / E, M- f/ W6 P! T
41.        
    " K  m' A1 p# v% r3 N) _
42.   W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;
    - G3 P" v$ `* Y
43.   secpos = WriteAddr/4096;        //扇区地址
      j+ f, s; r4 F. z# ~0 w% R) s) f
44.   secpos = WriteAddr%4096;        //在扇区里的偏移
    
45.   secremain = 4096-secoff;        //扇区剩余空间大小
    8 S% m# P6 W! {" \$ D) W
46.   printf("WriteAddr:0x%X,NumByteToWrite:%d\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);
    8 z' {2 i# h. D) W% i  W/ K' A# Z
47.   if(NumByteToWrite <= secremain)  //不大于4K字节
    5 u+ W3 w9 }8 K2 F$ V
48.     secremain = NumByteToWrite;
    
49.   while(1){
    9 y1 @! b& h& I1 l' w  _
50.     W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读取整个扇区内容
    
51.     for(i=0;i<secremain;i++){//校验数据
    3 l5 S9 A1 P2 @. `4 q
52.       if(W25QXX_BUF[secoff+i] != 0xff)//需要擦除
    
53.         break;
    3 v6 g) ]8 k/ w3 d  |* H7 M+ v
54.     }
    $ M; E; I; W  }* a2 i0 G, y, j) O" E
55.                
    3 x" L2 c3 X6 s9 d0 b8 V
56.     if(i < secremain){//需要擦除
    
57.       W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除扇区
    5 z1 b$ s. q, d* m' u
58.       for(i=0;i<secremain;i++){
    0 S5 ?: \: y* b7 X' z
59.         W25QXX_BUF[i+secoff] = pBuffer[i];
    # C, C8 E* \% _8 q
60.       }
    ! ?' F$ _" D. N+ S9 l( Z
61.       W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
    6 a( S7 |3 F4 ~* K" K# T( a
62.     }
    
63.     else{
    
64.       W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写入扇区剩余空间
    
65.     }
    $ i7 l, k/ v3 l: d5 l6 Z
66.                
    9 _" n$ k7 A! E; F3 D7 x/ @
67.     if(NumByteToWrite == secremain){//写入结束了
    , x2 d+ v4 u/ q  F; [. e* @* q
68.       break;
    
69.     }
    ; F' ^5 s# J4 U3 \- C& Z. |
70.     else{        //写入未结束
    1 p- W+ X3 U+ h5 b" K
71.       secpos++;        //扇区地址增1
    ( L/ J* P6 x0 n9 g& o7 z% R: l
72.       secoff = 0;                //偏移位置为0               
    
73.       pBuffer += secremain;        //指针偏移
    
74.       WriteAddr += secremain;        //写地址偏移
    
75.       NumByteToWrite -= secremain;//字节数递减
    
76.       if(NumByteToWrite > 4096)               
    
77.         secremain = 4096;        //下个扇区还没是写不完
    
78.       else
    . U: S& L  Q: ?" U, Q
79.         secremain = NumByteToWrite;//下个扇区可以写完了
    9 t* a$ h& I& t* n
80.     }
    
81.   }
    
82. }

复制代码

/ O9 g" `7 N  i- L/ J+ S) W; O  ~

➡️ 在main.c文件下编写SPI测试代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   4 d% }# T) q$ q! w
2. uint8_t wData[0x100];
   
3. uint8_t rData[0x100];
   / R8 J+ R: N" X: Q3 E8 @0 R% Q
4. uint32_t i;
   
5. /* USER CODE END PV */
   
6. int main(void){
   
7.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   
8.   uint8_t key;
   + ~6 k+ y( M6 P8 P/ [
9.   /* USER CODE END 1 */
   
10.   HAL_Init();
    - L' w9 \! L! I2 |# R7 d
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_SPI2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    - f: o( V0 a) E! a
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
16.   W25QXX_Init();
    1 j3 c1 ?" h1 `8 n% K7 }4 i
17.   for(i=0;i<0x100;i++){
    1 @; c1 i9 K- u+ Y4 h& l
18.     wData[i] = i;
    
19.     rData[i] = 0;
    " p' \8 \0 F( L- b8 X
20.   }       
    ( [& E0 X. O. _: v1 y+ g7 \
21.   /* USER CODE END 2 */
    3 V0 o- Z" b% i2 d" m, w
22.   while (1){
    * W: `% c9 K  s  f* ?2 c
23.     key = KEY_Scan(0);
    
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    
25.       printf("KEY_UP_PRES write data...\r\n");
    
26.       W25QXX_Erase_Sector(0);
    ! D2 p; n/ T/ F5 h2 M4 A
27.       W25QXX_Write(wData,0,256);               
    5 o5 a' V2 u/ \7 s, b
28.     }
    3 `$ J( E: C' C) \4 @$ l' |
29.                        
    6 |) o# D, c0 B- e. E
30.     if(key == KEY_DOWN_PRES){
    # ^' m+ z: [' s3 t; t7 F
31.       printf("KEY_DOWN_PRES read data...\r\n");
    0 K* h+ t9 r& V, }" x
32.       W25QXX_Read(rData,0,256);
    . [% A; E. [$ J& I* ^3 W# Z( f
33.       for(i=0;i<256;i++){
    $ z" b2 r. j/ Y  Z" Q- ~
34.         printf("0x%02X ",rData[i]);
    - h1 Y4 c# Y/ L$ `* M
35.       }
    : k& K" B- o* L' U- c0 p1 z
36.     }
    6 |' e6 [' J! K. O: T6 U
37.                
    8 D3 l4 }  J/ T1 f
38.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    
39.     HAL_Delay(200);
    : U1 u* [1 I  G+ o6 [, X! E
40.   }
    & a/ _+ ?5 l# T" t" k4 M
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

8 E- n" [/ Z/ B1 x# R- E转载自： 嵌入式攻城狮
- ^) y8 Q$ `' d  l% L- x如有侵权请联系删除



8 ^4 [4 @& k+ S$ [, y( R