spi学习

第15章

SPI接口

15.1 SPI协议简介

SPI 协议（Serial PeripheralInterface），即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线，它由摩托罗拉公司提出，当前最新的为V04.01—2004版。它被广泛地使用在ADC、LCD等设备与MCU间通信的场合。

15.1.1 SPI信号线

SPI包含4条总线，SPI总线包含4条总线，分别为S S、SCK、MOSI、MISO。它们

的作用介绍如下：

1）SS（SlaveSelect）：片选信号线，当有多个SPI设备与MCU相连时，每个设备的这个片选信号线是与MCU单独的引脚相连的，而其他的SCK、MOSI、MISO线则为多个设备并联到相同的SPI总线上，见图15-1。当SS信号线为低电平时，片选有效，开始SPI通信。

图16-1SPI多设备通信

2）SCK（SerialClock）：时钟信号线，由主通信设备产生，不同的设备支持的时钟 频率不一样，如STM32的SPI时钟频率最大为fPCLK／2。

3）MOSI （Master Output, Slave Input）：主设备输出 ／从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

4）MISO（Master Input, Slave Output）：主设备输入 ／从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据则由这条信号线输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

15.1.2 SPI模式

根据SPI时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）配置的不同，分为4种SPI模式。时钟极性是指SPI通信设备处于空闲状态时（也可以认为这是SPI通信开始时，即

SS为低电平时），SCK信号线的电平信号。CPOL二0时，SCK在空闲状态时为低

电平，CPOL二1时则相反。

时钟相位是指数据采样的时刻，当CPHA二0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的奇数边沿被采样。当CPHA二1时，数据线在SCK的偶数边沿采样。见图15-2

CPOL二0 或二1的情况 111

2016-08-09 08:05:32

-------------------------------------------- 在相位采样 注意

采样时刻 MISO或 MOSI的时序 片选信号线

图16-2CPHA=0时，SPI时序

我们来分析这个 CPHA二0的时序图。

首先，由主机把片选信号线S S 拉低，即为图中的S S(O）时序，意为主机输出，

SS(I）时序实际上也是S S 线信号，S S(I）时序表示从机接收到S S片选被拉低的信号。

在SS被拉低的时刻，SCK分为两种情况，若我们设置为CPOL二0，则SCK时序在这

个时刻为低电平，若设置为 CPOL二1，则 SCK 在这个时刻为高电平。

无论CPOL二0还是二1，因为我们配置的时钟相位CPHA二0，在采样时刻的时序中我们 可以看到，采样时刻都是在SCK的奇数边沿(注意奇数边沿有时为下降沿，有时为上升 沿）。

因此，MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变，这个信号将在SCK奇数边沿时被采集，在非采样时刻，MOSI和MISO的有效信号才发生切换。

对于CPHA二1的情况也很类似，但数据信号的采样时刻为偶数边沿，其时序图见图15-3。使用SPI协议通信时，主机和从机的时序要保持一致，即两者都选择相同的SPI模式。

图16-3CPHA=1时，SPI时序

15.2 STM32 的 SPI特性及架构

STM32的小容量产品有1个SPI接口，中容量的有2个，而大容量的则有3个。其特性如下：

? 单次传输可选择为8或16位。 ? 波特率预分频系数(最大为fPCLK／2）。 ? 时钟极性(CPOL）和相位(CPHA）可编程设置。

? 数据顺序的传输顺序可进行编程选择，MSB在前或LSB在前。 ? 可触发中断的专用发送和接收标志。

? 可以使用DMA进行数据传输操作。

15.2.1 STM32 的 SPI架构分析

图15-4所示为STM32的SPI架构图，可以看到MISO数据线接收到的信号经移位寄存器处理后把数据转移到接收缓冲区，然后这个数据就可以由我们的软件从接收缓冲区读出了。

当要发送数据时，我们把数据写入发送缓冲区，硬件将会把它用移位寄存器处理后输出到MOSI数据线。

SCK的时钟信号则由波特率发生器产生，我们可以通过波特率控制位（BR）来控制它输出的波特率。

控制寄存器CR1掌管着主控制电路，STM32的SPI模块的协议设置（时钟极性、相位等）就是由它来制定的。而控制寄存器CR2则用于设置各种中断使能。

最后为NSS引脚，这个引脚扮演着SPI协议中的 S S片选信号线的角色，如果我们

把NSS引脚配置为硬件自动控制，SPI模块能够自动判别它能否成为SPI 的主机，或自动

进入SPI从机模式。但实际上我们用得更多的是由软件控制某些GPIO引脚单独作为SS

信号，这个GPIO引脚可以随便选择。

图16-4 STM32的SPI架构图

15.3 SPI 接口读取Flash实例分析

注意：ISO／MINI开发板上的SPIFLASH已经换成了W25Q64型号了，容量是

8MB，光盘里面配套的程序也换成了W25Q64的了。但是教程跟视频上是用W25X16来讲解，W25Q64跟W25Q16不一样的地方是容量和ID，其他都是一样的，都是同一个公司同系列的产品，并不影响大家的学习。

本章以SPI读写Flash的例程为大家讲解SPI的使用。

配套STM32开发板用的是ISO／MINI，它有3个SPI接口。本实验使用SPI1，各信号 线相应连接到Flash（型号：W25X16／W25Q16）的CS、CLK、DO和DIO线，实现SPI 通信，对Flash进行读写，其中W25X16和W25Q16在程序上不同的地方是FLASH的ID 不一样，其他程序都完全兼容。

本实验采用主模式，全双工通信。通过查询发送数据寄存器和接收数据寄存器状态确保通信正常。

1.

实验描述

读取Flash的ID信息，写入数据，并读取出来进行校验，通过串口打印写入与读取出来的数据，输出测试结果。

2.

硬件连接

野火MINISTM32开发板 PA4-SPI1-NSS：W25X16-CS PA5-SPI1-SCK：W25X16-CLK PA6-SPI1-MISO：W25X16-DO PA7-SPI1-MOSI：W25X16-DIO 野火ISOSTM32开发板 PA4-SPI1-NSS：W25X16-CS PA5-SPI1-SCK：W25X16-CLK PA6-SPI1-MISO：W25X16-DO PA7-SPI1-MOSI：W25X16-DIO

3.

用到的库文件

start stm32f10xhd.s corecm3.c systemstm32f10x.c stm32f10xgpio.c stm32f10xrcc.c stm32f10xspi.c stm32f10xusart.c STARTUP CMSIS FWlib

4.

用户编写的文件

main.c stm32f10xit.c bsP spiflash.c USER

bspusart1.c

图16-5 配套STM32开发板SPI-FLASH硬件原理图

15.3.2配置工程环境

本SPI-2M-FLASH实验中我们用到了GPIO、RCC、USART及SPI外设，所以我们先要把以下库文件添加到工程中：stm32f10xgpio.c、stm32f10xrcc.c、stm32f10xusart.c、stm32f10x spi.c。本实验中没有使用中断，采用轮询标志位的方式来确保 SPI正常通信。接下来添加旧工程中的外设用户文件 usart.c，以便调试和观察实验效果。新建 bsp spiflash.c 及 bsp spi fl ash.h 文件，并在 stm32f10x conf.h 中把使用到的 ST库的头文件注释去掉。见代码清单15-1。

代码清单15-1Flash例程的stm32f10x_conf.h文件配置

01 02 3 4 5 06 07 08 9 10 11 12

**

*************************************************************** * @fi le Project/STM32F10x_StdPeriph_Template/stm32f10x_conf.h * @author MCD Application Team * @version V3.5.0 * @date 08-April-2011

* @brief Library confi guration fi le.

************************************************************/ #include \ #include \ #include \ #include \

15.3.3 main文件

配置好所需的库文件之后，我们就从main函数开始，分析见代码清单15-2。

代码清单15-2Flash例程的main函数

01 /*

02 * 函数名：main 03 * 描述 ：主函数 04 * 输入 ：无 05 * 输出 ：无 06 */

07 int main(void) 08 {

09 /* 配置串口1为：115200 8-N-1 */ 10 USARTx_Config(); 11 printf(\这是一个8M串行flash(W25Q64)实验\\r\\n\); 12 13 /* 8M串行flash W25Q64初始化*/ 14 SPI_FLASH_Init(); 15 16 /* Get SPI Flash Device ID */ 17 DeviceID = SPI_FLASH_ReadDeviceID(); 18 19 Delay( 200 ); 20 21 /* Get SPI Flash ID */ 22 FlashID = SPI_FLASH_ReadID(); 23 24 printf(\Manufacturer Device ID is 0x%X\\r\\n\, FlashID, DeviceID); 25 26 /* Check the SPI Flash ID */ 27 if (FlashID == sFLASH_ID) { /* #define sFLASH_ID 0xEF4017 */ 28 printf(\检测到华邦串行 flash W25Q64!\\r\\n\); 29 30 /* Erase SPI FLASH Sector to write on */ 31 SPI_FLASH_SectorErase(FLASH_SectorToErase); 32 33 /* 将发送缓冲区的数据写到flash中*/ 34 SPI_FLASH_BufferWrite(Tx_Buffer, FLASH_WriteAddress, BufferSize); 35 printf(\写入的数据为：%s \\r\\t\, Tx_Buffer); 36 37 /* 将刚刚写入的数据读出来放到接收缓冲区中*/ 38 SPI_FLASH_BufferRead(Rx_Buffer, FLASH_ReadAddress, BufferSize); 39 printf(\读出的数据为：%s \\r\\n\, Rx_Buffer); 40 41 /* 检查写入的数据与读出的数据是否相等*/ 42 TransferStatus1 = Buffercmp(Tx_Buffer, Rx_Buffer, BufferSize); 43 44 if ( PASSED == TransferStatus1 ) { 45 printf(\串行flash(W25Q64)测试成功!\\n\\r\); 46 } else { 47 printf(\串行flash(W25Q64)测试失败!\\n\\r\); 48 } 49 }// if (FlashID == sFLASH_ID) 50 else { 51 printf(\获取不到 W25Q64ID!\\n\\r\); 52 } 53 54 SPI_Flash_PowerDown(); 55 while (1); 56 }

这个例程的main函数很长，主要是因为后面有很多与实验验证有关的测试代码，实际上我们使用SPI读写Flash可以写得十分简洁。

沿着main函数的流程先走一遍，大家要清楚地认识到，本实验中main函数调用的所有函数都是用户函数。

1）调用USART1Config(）初始化串口。 2）调用SPIFLASHInit(）初始化SPI模块。

3）调用SPIFLASHReadDeviceID(）读取Flash器件生产厂商的ID信息。 4）调用SPIFLASHReadID(）读取Flash器件的设备ID信息。

读取器件的ID信息可以让我们知道设备与主机是否能够正常工作，也便于我们区分不同的器件。根据本实验使用的datasheet说明可以查询到器件的ID，见表15-1。我们可以在程序中进行验证。

表15-1Flash数据手册的设备ID说明

MANUFACTURERID (M7-M0) Winbond SerialFlash EFH (ID7-ID0) ABh,90h (ID15-ID0) 9Fh DeviceID Instruction W25X16 W25X32 W25X64 14h 15h 16h 3015h 3016h 3017h 5）若读取得的ID正确，则调用SPIFLASHSectorErase(）把Flash的内容擦 除，擦除后调用SPIFLASHBufferWrite(）向Flash写入数据，然后再调用 SPIFLASHBufferRead(）从刚刚写入的地址中读出数据。最后调用Buffercmp(）函数对写入 的数据与读取的数据进行比较，若写入的数据与读出的数据相同，则把标志变量 TransferStatus1赋值为PASSED（自定义的枚举变量）。

6）根据标志变量TransferStatus1判断Flash数据的“擦除—写入—读取”是否正常，分情况输出测试信息到终端。

7）若在读取Flash的ID信息时就出错，则直接向终端输出“检测不到Flash”的信 息。

8）最后调用SPIFlashPowerDown(）函数关闭Flash设备的电源，因为数据写入到 Flash后并不会因断电而丢失，我们在使用它时才重新开启Flash的电源。接下来我们详细分析main函数中调用的以上用户函数是怎样编写的。

15.3.4 SPI初始化

SPIFLASHInit(）函数初始化了SPI1复用到的GPIO引脚，启动了GPIO及SPI1外设 的时钟，并初始化了SPI的模式。实现见代码清单15-3。

代码清单15-3SPI_FLASH_Init()函数

01 void SPI_FLASH_Init(void) 02 { 3 SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; 4 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 05 06 7 /* Enable SPI1 and GPIO clocks */ 8 /*!< SPI_FLASH_SPI_CS_GPIO, SPI_FLASH_SPI_MOSI_GPIO, 9 SPI_FLASH_SPI_MISO_GPIO, SPI_FLASH_SPI_DETECT_GPIO 10 and SPI_FLASH_SPI_SCK_GPIO Periph clock enable */ 11 macSPI_GPIO_APBxClock_FUN ( macSPI_GPIO_CLK, ENABLE ); 12 13 /*!< SPI_FLASH_SPI Periph clock enable */ 14 macSPI_APBxClock_FUN ( macSPI_CLK, ENABLE );

15 16 /*!< Configure SPI_FLASH_SPI pins: SCK */ 17 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macSPI_SCK_PIN; 18 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 19 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 20 GPIO_Init(macSPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure); 21 22 /*!< Configure SPI_FLASH_SPI pins: MISO */ 23 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macSPI_MISO_PIN; 24 GPIO_Init(macSPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure); 25 26 /*!< Configure SPI_FLASH_SPI pins: MOSI */ 27 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macSPI_MOSI_PIN; 28 GPIO_Init(macSPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure); 29 30 /*!< Configure SPI_FLASH_SPI_CS_PIN pin: SPI_FLASH Card CS pin */ 31 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macSPI_CS_PIN; 32 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 33 GPIO_Init(macSPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure); 34 35 /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ 36 macSPI_FLASH_CS_HIGH(); 37 38 /* SPI1 configuration */ 39 // W25X16: data input on the DIO pin is sampled on the rising edge of the CLK. 40 // Data on the DO and DIO pins are clocked out on the falling edge of CLK. 41 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; 42 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; 43 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; 44 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; 45 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; 46 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; 47 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; 48 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; 49 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; 50 SPI_Init(macSPIx , &SPI_InitStructure); 51 52 /* Enable SPI1 */ 53 SPI_Cmd(macSPIx , ENABLE); 54 }

SPIFLASHInit(）分为两部分。从开始到第37行为GPIO配置部分，之后为SPI模式 配置。

1.

GPIO端口初始化

我们根据《STM32数据手册》和《STM32参考手册》把PA5（SCK）、PA6 （MISO）、PA7（MOSI）配置成复用的推挽输出模式，而由于我们的NSS引脚使用的是软件模式，所以我们把PA4（NSS）配置成通用推挽输出。见表15-2和表15-3。

表15-2SPI1引脚定义

脚位 管脚 类 I／ 主功 可选的复用功能 BG A 1 4 4 BG A 1 0 0 WLLQ CF S P P 6 6 4 4 H7 E5 2 0 2 1 2 2 名称 型 O 能 LL电Q Q F F 平 P P 1 1 0 4 0 4 2 9 3 0 3 1 4 0 4 1 4 2 PA4 I／O PA4 默认复用功能 重映射功能 J3 G3 K3 L3 H3 PA5 I／O PA5 SPI1NSS／USART2C K DACOUT1／ADC12IN4 SPI1SCK DACOUT2／ADC12IN5 SPI1MISO ／TIM8BKIN ADC12IN6／TIM3C H1 J3 G5 PA6 I／O PA6 TIM1BKIN M3 K3 G4 2 3 3 2 4 3 I／O PA7 PA7 SPI1MOSI ／TIM8CH1N ADC12IN7／TIM3C H2 TIM1CH1N 表15-3SPI的GPIO引脚复用设置

SPI引脚 配置 主模式 从模式 全双工模式／主模式 全双工模式／从模式 简单的双向数据线／主模式 简单的双向数据线／从模式 全双工模式／主模式 全双工模式／从模式 简单的双向数据线／主模式 简单的双向数据线／从模式 GPIO配置 推挽复用输出 浮空输入 推挽复用输出 浮空输入或带上拉输入 SPIxMOSI 推挽复用输出 未用，可作为通用I／O 浮空输入或带上拉输入 推挽复用输出 SPIxMISO 未用，可作为通用I／O 推挽复用输出 浮空输入或带上拉输入 硬件主／从模式 或带下拉输入 SPIxNSS 推挽复用输出 硬件主模式／NSS输出使能 软件模式 未用，可作为通用I／O 在本函数中第36行的SPIFLASHCSHIGH(）实际上是一个自定义的宏，如下： 01 #definemacSPI_FLASH_CS_LOW() macSPI_CS_PIN )

SPIxSCK GPIO_ResetBits(macSPI_CS_PORT,

实际上这个宏是用来把SPI的NSS（PA4）引脚拉高，从而禁止SPI的通信，在我们需要进行SPI通信时，我们会使用下面的宏把NSS（PA4）引脚置低：

01 #definemacSPI_FLASH_CS_HIGH() macSPI_CS_PIN )

GPIO_SetBits(macSPI_CS_PORT,

这样控制片选信号的方式，就是前面提到的软件控制方式，如果我们连接了多个SPI 设备，这个片选信号可以由其他GPIO引脚产生。

2.

SPI模式初始化

从代码的第41行至第53行，为SPI模式的初始化。对STM32的SPI初始化配置，是根据将要与之通信的Flash 设备的SPI特性来制定的。初始化时，有如下相关的结构体成员。

1）SPIMode：STM32的SPI设备可以工作于主机模式（SPIMode Master）或从机模式（SPIModeSlave），这两个模式的最大区别为SPI的SCK信号线的时序，SCK的时序是由通信中的主机产生的。若被配置为从机模式，STM32的SPI模块将接受外来的SCK信号。本实验中STM32作为SPI通信中的主机，我们向这个成员赋值为主机模式（SPI ModeMaster）。

2）SPIDataSize：这个成员可以选择SPI每次通信的数据大小（称为数据帧）为8位还是16位。从Flash的数据手册我们可以查到，本Flash通信的数据帧大小为8位，STM32的SPI模块设置要与之相同。

3）SPICPOL和SPICPHA：这两个成员即配置SPI的时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA），这两个配置影响到SPI的通信模式，该设置要符合将要互相通信的设备的要求。CPOL分别可以取SPICPOLHigh（SPI通信空闲时SCK为高电平）和SPI CPOL Low（ SPI 通信空闲时 SCK 为低电平）。 CPHA 则可以取 SPI CPHA1Edge

（在SCK的奇数边沿采集数据）和SPICPHA2Edge（在SCK的偶数边沿采集数据）。 查阅本Flash 的使用手册，见图15-6。可以了解到这个Flash支持以SPI的模式0和模式3通信。即在SPI空闲时，SCK 为低电平，奇数边沿采样（模式0）；也可以在SPI空闲时，SCK为高电平，偶数边沿采样（模式3）。即无论CPOL的状态是什么，Flash的数据采样时刻为SCK的上升沿。我们在本实验配置使用它的模式3，即把CPOL赋值为 SPI CPOL High ；CPHA 赋值为 SPI CPHA2Edge。

图16-6 Flash时序说明图

4）SPINSS：本成员配置NSS引脚的使用模式，可以选择为硬件模式

（SPI NSS Hard ）与软件模式（SPI NSS Soft），在硬件模式中的 SPI片选信号由硬件自动产生，而软件模式则需要我们亲自把相应的GPIO端口拉高或置低产生非片选和片选信号。如果外界条件允许，硬件模式还会自动将STM32的SPI设置为主机。本实验使用软件模式，向这个成员赋值为 SPI NSS Soft。

5）SPI BaudRatePrescaler ：本成员设置波特率分频值，分频后的时钟即为 SPI 的SCK信号线的时钟频率。这个成员参数可设置为 f PCLK 的2、4、6、8、16、32、64、128、256分频。本实验向这个成员赋值为SPIBaudRatePrescaler4，即fPCLK 的4分频。

6）SPI FirstBit ：所有串行的通信协议都会有 MSB 先行（高位数据在前）还是LSB先行（低位数据在前）的问题，而STM32的SPI 模块可以通过这个结构体成员，对这个特性编程控制。据Flash 的通信时序，我们向这个成员赋值为MSB 先行 （SPI FirstBitMSB）。

7）SPICRCPolynomial：这是SPI的CRC校验中的多项式，若我们使用CRC校验时，就使用这个成员的参数（多项式）来计算CRC的值。由于本实验的Flash不支持CRC校验，所以我们向这个结构体成员赋值为7实际上是没有意义的。

配置完这些结构体成员后，我们要调用SPIInit(）函数把这些参数写入寄存器中，实现 SPI的初始化，然后调用SPICmd(）来使能SPI1外设。

15.3.5 控制Flash的命令

实际上，编写设备的驱动都有一定的规律可循。首先我们要确定设备使用的是什么通信协议。如第14章的EEPROM使用的是I2C，

本章的Flash使用的是SPI。那么我们就先根据它的通信协议，选择好STM32的硬件模块，并进行相应的I2C或SPI模块初始化。

因为不同的设备都会相应的有不同的指令，如EEPROM中会把第一个数据解释为存储矩阵的地址（实质就是指令）。而Flash则定义了更多的指令，有写指令、读指令、读ID指令等。

对主机来说，这些指令只是它遵守最基本的通信协议发送出的数据。但设备把这些数据解释成不同的意义（指令编码），所以才成为指令。在我们配置好STM32的协议模块后，想要控制设备，就要遵守相应设备所定义的命令规则。

所以写驱动并不难：就是确定通信协议模块，通过协议收发命令、数据，进而驱动设备。我们把这个称为驱动编写原理。这也是设备厂商的设计准则。

我们先来查看Flash的各种指令和命令解释时序，见表15-4。

表15-4Flash命令

INSTRUCTIONNAME WriteEnable WriteDisable BYTE1 CODE 06h 04h BYTE2 BYTE3 BYTEBYT4 E5 BYTE6 N- BYTES ReadStatusRegister WriteStatusRegister ReadData FastRead 05h 01h 03h 0Bh (S7-S0）(1） S7-S0 A23-A16 A23-A16 A15-A8 A15-A8 A7-A0 (D7- D0） A7-A0 dummy (Nextbyte） (D7-D0） (2） continuous (Next Byte） continuous (onebyteper 4clocks,continuous ） Up to256bytes FastReadDualOutput A23-A16 A23-A16 A23-A16 A23-A16 A15-A8 A15-A8 A15-A8 A15-A8 A7-A0 dummy 3Bh PageProgram BlockErase (64KB） SectorErase (4KB） ChipErase Power-down ReleasePower-down ／ DeviceID Manufacturer／ DeviceID(3） 02h D8h 20h C7h B9h ABh 90h A7-A0 (D7- D0） A7-A0 A7-A0 I／O二 (D6,D4,D2, D0）O二 (D7,D5,D3, D1） (Nextbyte） (ID7- ID0）(4） (M7- M0） (ID7-ID0） dummy dummy (M7-M0） Manufacturer dummy dummy dummy 00h JEDECID 9Fh 指令表中的(ID15- (ID7- ID8） ID0） MemorCapaciyType ty A0～A23指地址，M0～M7为器件的制造商ID（MANUFACTURERID），D0～D7为数据。

在命令列表中可以了解到读取设备ID的命令（DeviceID）编码为ABh、dummy、 dummy、dummy。表示此命令由这四个字节组成，其中dummy意为任意编码，表示这些 编码可以发送任意数据。命令列表中带括号的字节数据表示由Flash返回给主机的响应， 可以看到ReleasePower-down／DeviceID命令的第5个字节为从机返回的响应，（ID7～ ID0）即返回设备的ID号。

使用DeviceID命令时的时序图见图15-7，可以看到主机首先通过MOSI线（即Flash的DIO线）发送第一个字节为ABh编码，紧接着三个字节的dummy编码，然后Flash就忽略DIO线上的信号，通过MISO线（即Flash的DO 线）把它的Flash设备ID发送给主机。

图16-7 Flash读ID命令解释时序

了解了DeviceID命令及其时序，我们分析SPIFLASHReadDeviceID(）函数来说明驱 动编写原理。这个函数实现了读取Flash的ID的功能，见代码清单15-4。

代码清单15-4SPI_FLASH_ReadDeviceID()函数

01 u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void) 02 { 03 u32 Temp = 0; 04 5 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 6 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 07 8 /* Send \ 9 SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID); 10 SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 11 SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 12 SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 13 14 /* Read a byte from the FLASH */ 15 Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 16 17 /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ 18 macSPI_FLASH_CS_HIGH(); 19 20 return Temp; 21 }

这个函数的代码流程严格遵从DeviceID命令的时序：

1）第6行，调用宏SPIFLASHCSLOW(），这是一个自定义的宏，使Flash的片选 有效，以使能Flash设备。

2）第9行，利用用户函数SPIFLASHSendByte(）来向Flash发送第一个命令字节编 码“W25XDeviceID”（自定义的宏：0xAB）。

3）根据指令表，发送完这个指令后，后面紧跟着三个字节的“dummybyte”，我们把Dummy Byte宏定义为“0xff”，实际上改成其他宏编码也无影响。

4）第15行，完整的命令在前面已经发送完毕，根据时序，在第5个字节Flash通过 DO端口输出它的器件ID，我们调用函数SPIFLASHSendByte(）接收返回的数据，并赋 值给Temp变量。SPIFLASHReadDeviceID(）函数的返回值即为读取得的器件ID。

5）把片选信号拉高，结束通信。

这就完成了读Flash的ID。在这个读FlashID 函数中多次调用了一个相对底层的用户函数，它实现了利用SPI发送和接收数据的功能，见代码清单15-5。

代码清单15-5SPI_FLASH_SendByte()函数

01 u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte) 02 { 3 /* Loop while DR register in not emplty */ 4 while (SPI_I2S_GetFlagStatus(macSPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET); 05 6 /* Send byte through the SPI1 peripheral */ 7 SPI_I2S_SendData(macSPIx , byte); 08 9 /* Wait to receive a byte */ 10 while (SPI_I2S_GetFlagStatus(macSPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET); 11 12 /* Return the byte read from the SPI bus */ 13 return SPI_I2S_ReceiveData(macSPIx ); 14 }

1）调用库函数SPII2SGetFlagStatus(）等待发送数据寄存器清空。

2）发送数据寄存器准备好后，调用库函数SPII2SSendData(）向从机发送数据。 3）调用库函数SPII2SGetFlagStatus(）等待接收数据寄存器非空。

4）接收寄存器非空时，调用SPII2SReceiveData(）获取接收寄存器中的数据并作为 函数的返回值，这个数据即由从机发送给主机的数据。

这是最底层的发送数据和接收数据的函数，利用了库函数的标志检测确保通信正常。

15.3.6 读取厂商ID

对于其他函数，编写的方法是类似的，如读取厂商ID的函数SPIFLASHReadID(）见 代码清单15-6。

代码清单15-6SPI_FLASH_ReadID()函数

01 u32 SPI_FLASH_ReadID(void) 02 { 03 u32 Temp = 0, Temp0 = 0, Temp1 = 0, Temp2 = 0; 04 5 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 6 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 07 8 /* Send \ 9 SPI_FLASH_SendByte(W25X_JedecDeviceID); 10 11 /* Read a byte from the FLASH */ 12 Temp0 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 13 14 /* Read a byte from the FLASH */ 15 Temp1 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 16 17 /* Read a byte from the FLASH */ 18 Temp2 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 19 20 /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ 21 macSPI_FLASH_CS_HIGH(); 22 23 Temp = (Temp0 << 16) | (Temp1 << 8) | Temp2; 24 25 return Temp;

26 }

这个函数根据命令流程，发送一个字节的命令编码“JEDEC ID（9Fh）”后，从机就通过DO线返回厂商ID及0～16位的设备ID。图15-8为读厂商ID的时序图。

1.

图16-8读厂商ID 时序图

15.3.7 擦除Flash内容

扇区擦除

根据Flash的存储原理，在写入数据前要先对存储区域进行擦除，所以执行 SPIFLASHSectorErase(）函数对要写入的扇区进行擦除，也称为预写。见代码清单 15-7。

代码清单15-7SPI_FLASH_SectorErase()函数

01 void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr) 02 { 3 /* Send write enable instruction */ 4 SPI_FLASH_WriteEnable(); 5 SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(); 6 /* Sector Erase */ 7 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 8 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 9 /* Send Sector Erase instruction */ 10 SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase); 11 /* Send SectorAddr high nibble address byte */ 12 SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16); 13 /* Send SectorAddr medium nibble address byte */

14 15 16 17 18 19 20 21 }

SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8); /* Send SectorAddr low nibble address byte */ SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);

/* Deselect the FLASH: Chip Select high */ macSPI_FLASH_CS_HIGH();

/* Wait the end of Flash writing */ SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();

先忽略其中的SPIFLASHWriteEnable(）和SPIFLASHWaitForWriteEnd(）函数，从 第8行至第18行是纯粹的关于Flash擦除操作，扇区擦除命令时序如图15-9所示。

图16-9扇区擦除时序

其中第一个字节为扇区擦除命令编码（20h），紧跟其后的为要进行擦除的24位起始地址。根据Flash的说明，它把整个存储矩阵分为块区和扇区，每块（Block）的大小为64KB，每个扇区（Sector）的大小为4KB，对存储矩阵进行擦除时，最小的单位为扇区。由于篇幅问题，就不显示它的地址分布图了。

2.

写使能

根据Flash的读写要求，在进行页写入、扇区擦除、块擦除、整片擦除及写状态寄存 器前，都需要先发送写使能命令。在SPIFLASHSectorErase(）函数的第4行就调用了用 户函数SPIFLASHWriteEnable(），它的具体实现见代码清单15-8。

代码清单15-8SPI_FLASH_WriteEnable()函数

01 void SPI_FLASH_WriteEnable(void) 02 { 3 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 4 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 05 6 /* Send \ 7 SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable); 08 9 /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ 10 macSPI_FLASH_CS_HIGH(); 11 }

本函数十分简单，就是根据写使能命令的时序，发送写使能命令writeenable （06h）。见图15-10。

图16-10写使能命令时序

3.

读Flash状态

在擦除函数SPIFLASHSectorErase(）中，还调用用户函数SPIFLASHWaitFor WriteEnd(）来确保在Flash不忙碌的时候，才发送命令或数据。这个函数通过读取Flash的 状态寄存器来获知它的工作状态，实现见代码清单15-9。

代码清单15-9SPI_FLASH_WaitForWriteEnd()函数

01 void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void) 02 { 03 u8 FLASH_Status = 0; 04 5 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 6 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 07 8 /* Send \ 9 SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg); 10 11 /* Loop as long as the memory is busy with a write cycle */ 12 do { 13 /* Send a dummy byte to generate the clock needed by the FLASH 14 and put the value of the status register in FLASH_Status variable */ 15 FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); 16 } while ((FLASH_Status & WIP_Flag) == SET); /* Write in progress */ 17 18 /* Deselect the FLASH: Chip Select high */ 19 macSPI_FLASH_CS_HIGH(); 20 }

本函数实质是不断循环地检测Flash状态寄存器的Busy位，直到Flash的内部写时序完成，从而确保下一通信操作正常。主机通过发送读状态寄存器命令ReadStatusRegister （05h），返回它的8位状态寄存器的值，这个命令的时序及状态寄存器位的说明见图 15-11和图15-12。

图16-11读状态寄存器时序

图16-12 状态寄存器位说明

本函数检测的就是状态寄存器的Bit0，即BUSY位。Flash在执行内部写时序的时候，除了读状态寄存器命令，其他一切命令都会忽略，并且BUSY位保持为1，即我们需要等待BUSY位为0的时候，再向Flash发送其他命令。

15.3.8 向Flash写入数据

对Flash写入数据，最小单位是256字节，厂商把这个单位称为页。写入时，一般也只有页写入的方式。因而我们为了方便地把一个很长的数组写入Flash中，一般需要进行转换，把数组按页分好，再写入Flash中，如同I2C例子中对EEPROM的页写入一样，只是页的大小不同而已，这个函数见代码清单15-10。

代码清单15-10SPI_FLASH_BufferWrite()函数

01 void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite) 02 { 03 u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0; 04 5 Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize; 6 count = SPI_FLASH_PageSize - Addr; 7 NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize; 8 NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize; 09 10 if (Addr == 0) { /* WriteAddr is SPI_FLASH_PageSize aligned */ 11 if (NumOfPage == 0) { /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */ 12 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite); 13 } else { /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */ 14 while (NumOfPage--) {

15 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize); 16 WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize; 17 pBuffer += SPI_FLASH_PageSize; 18 } 19 20 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); 21 } 22 } else { /* WriteAddr is not SPI_FLASH_PageSize aligned */ 23 if (NumOfPage == 0) { /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */ 24 if (NumOfSingle > count) { /* (NumByteToWrite + WriteAddr) > SPI_FLASH_PageSize */ 25 temp = NumOfSingle - count; 26 27 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count); 28 WriteAddr += count; 29 pBuffer += count; 30 31 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp); 32 } else { 33 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite); 34 } 35 } else { /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */ 36 NumByteToWrite -= count; 37 NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize; 38 NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize; 39 40 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count); 41 WriteAddr += count; 42 pBuffer += count; 43 44 while (NumOfPage--) { 45 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize); 46 WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize; 47 pBuffer += SPI_FLASH_PageSize; 48 } 49 50 if (NumOfSingle != 0) { 51 SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); 52 } 53 } 54 } 55 }

在SPIFLASHBufferWrite(）中，对数组进行分页后，它调用了用户函数 SPIFLASHPageWrite(）来对数据进行按页写入，见代码清单15-11。

代码清单15-11SPI_FLASH_PageWrite()函数

01 void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite) 02 { 3 /* Enable the write access to the FLASH */ 4 SPI_FLASH_WriteEnable(); 05 6 /* Select the FLASH: Chip Select low */ 7 macSPI_FLASH_CS_LOW(); 8 /* Send \ 9 SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram); 10 /* Send WriteAddr high nibble address byte to write to */ 11 SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16); 12 /* Send WriteAddr medium nibble address byte to write to */ 13 SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8); 14 /* Send WriteAddr low nibble address byte to write to */ 15 SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF); 16

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