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【STM32开发之寄存器版】（十四）-SPI读写外部FLASH

时间：2024-10-31 15:19:52浏览次数：7  
标签：SPI2 void FLASH 扇区 W25QXX STM32 SPI 擦除

一、前言

STM32F103ZET6内置512KByte的FLASH，当内部FLASH存储器空间不足时，需要通过高速SPI总线外扩FLASH进行读写操作，本文旨在使用STM32F103ZET6自带的SPI实现对外部W25Q128的读写，并将结果显示在TFTLCD模块上。

二、SPI基础知识

2.1 SPI简介

SPI 是一种高速同步串行输入/输出端口，可以将2-16Bit的数据以指定速率移入或移出设备。SPI 通常用于MCU与外设之间的通信。典型应用包括移位寄存器、显示驱动器、SPI EPROMS 和模数转换器等设备。

2.2 SPI主要特性

SPI通信协议主要具备以下特征：

  • 在 SPI 协议中，主设备是通信的发起方和控制方，而从设备则是被动接收和响应主设备的命令和数据。主设备通过时钟信号来同步数据传输，同时使用多个双向数据线来实现数据的传输和接收。
  • SPI 协议是一种全双工通信方式，意味着主设备和从设备可以同时发送和接收数据。它还使用一种选择信号（通常称为片选或使能信号），用于选择与主设备进行通信的特定从设备。
  • 主设备通过 MOSI 线向从设备发送数据。在每个时钟周期中，主设备将一个位发送到 MOSI 线上，从设备在下一个时钟周期中读取该位。
  • 从设备通过 MISO 线向主设备发送数据。在每个时钟周期中，从设备将一个位发送到 MISO 线上，主设备在下一个时钟周期中读取该位。
  • 数据传输可以是全双工的，即主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
  • 数据传输的长度可以是可变的，通常以字节为单位。
  • 数据传输可以是单向的，即主设备只发送数据或只接收数据。
  • 数据传输可以是多主设备的，即多个主设备可以与多个从设备进行通信。

2.3 SPI硬件接口

SPI硬件接口主要由4根线组成：时钟线（SCLK），主输出从输入线（MOSI），主输入从输出线（MISO）和片选线（CS）。如下表所示：

线束功能
SCK时钟线，由主设备产生时钟信号
MOSI主设备输出从设备输入线，数据方向从主设备到从设备
MISO主设备输入从设备输出线，数据方向从从设备到主设备
CS片选信号，用于使能从机

当主设备下挂载多个从设备时，主设备通过控制片选信号CS，从而使能相应的从机。主设备通过控制时钟线的电平来同步数据传输，时钟线的上升沿和下降沿用于控制数据的传输和采样。具体硬件接线方式如下图所示：

2.4 SPI模式选择

SPI协议定义了4种传输模式，用于控制数据在时钟信号下的传输顺序和数据采样方式。具体主要通过两个参数决定：时钟极性（CKPL）和时钟相位（CKPH）。

  • 时钟极性（CKPL）：定义了时钟信号在空闲状态时的电平。
  • 时钟相位（CKPH）：定义了数据采样和更新发生在时钟信号的哪个边沿上。

四种不同的SPI模式具体如下表所示：

时钟极性(CKPL = 0)时钟极性(CKPL = 1)

时钟相位

（CKPH = 0）

模式0

时钟空闲状态为低电平。

数据在时钟信号的第一个边沿（时钟上升沿）进行采样和稳定。

模式2

时钟空闲状态为高电平。

数据在时钟信号的第一个边沿（时钟下降沿）进行采样和稳定。

时钟相位

（CKPH = 1）

模式1

时钟空闲状态为低电平。

数据在时钟信号的第二个边沿（时钟下降沿）进行采样和稳定。

模式3

时钟空闲状态为高电平。

数据在时钟信号的第二个边沿（时钟上升沿）进行采样和稳定。

 四种不同的SPI模式通信时序示例如下图所示：

三、W25Q128原理

3.1 W25Q128介绍

W25Q128是一种常见的串行存储器件，采用SPI接口协议，具有高速读写和擦除功能，可用于存储和读取数据。W25Q128芯片容量为128Mbit（16MB）。通常被用于嵌入式设备、存储设备、路由器等高性能电子设备中。

W25Q128闪存芯片的内存分配是按照扇区（Sector）和块（Block）进行的，每个扇区的大小为 4KB，每个块包含 16个扇区，即一个块的大小为 64KB。 W25Q128共包含256个块，合计16MB。

3.2 硬件连接

W25Q128主要具备以下引脚：

引脚功能
CLK从外部获取时间，为输入输出功能提供时钟
DI标准 SPI 使用单向的 DI，来串行的写入指令，地址，或者数据到 FLASH 中，在时钟的上升沿。
DO标准 SPI 使用单向的 DO，来从处于下降边沿时钟的设备，读取数据或者状态。
WP防止状态寄存器被写入
HOLD当它有效时允许设备暂停，低电平：DO 引脚高阻态，DI CLK 引脚的信号被忽略。高电平：设备重新开始，当多个设备共享相同的 SPI 信 号的时候该功能可能会被用到
CSCS 高电平的时候其他引脚成高阻态，处于低电平的时候，可以读写数据

W25Q128与STM32F103ZET6的连接引脚如下所示：

W25Q128STM32F103ZET6
CSPB12
DOPB14
DIPB15
CLKPB13

如下图所示： 

3.3 读取设备ID

《W25Q128 Datasheet》对制造商设备的ID定义如下：

读取 ID 的指令有很多个，ABH/90H/92H/94H/8FH 等。而 90H 的命令，在数据手册中给出了其读取的时序图。

读取步骤：

  1. 将 CS 端拉低为低电平；
  2. 发送指令 90H（1001_0000）；
  3. 发送地址 000000H（0000_0000_0000_0000_0000_0000）；
  4. 读取制造商 ID，根据数据手册可以知道制造商 ID 为 EFh；
  5. 读取设备 ID，根据数据手册可以知道设备 ID 为 17h；
  6. 恢复 CS 端为高电平；

3.4 写入数据流程

写入数据步骤如下图。在 FLASH 存储器中，每次写入数据都要确保其中的数据为 0xFF，是因为 FLASH 存储器的写入操作是一种擦除-写入操作。擦除操作是将存储单元中的数据全部置为 1，也就是 0xFF。然后，只有将要写入的数据位为 0 的位置才能进行写入操作，将其改变为 0。这个过程是不可逆的，所以在写入数据之前，需要先确保要写入的位置为 0xFF，然后再写入数据。

这种擦除-写入的操作是由于 FLASH 存储器的特殊结构决定的。FLASH 存储器中的存储单元是通过电子门的状态进行控制的，每个门可以存储一个二进制位。擦除操作需要将门的状态恢复为初始状态，即全部为 1。然后通过改变门的状态，将需要存储的数据位改变为 0。所以在写入数据之前，需要确保存储单元的状态为 1，以便进行正确的写入操作。

另外，FLASH 存储器的擦除操作是以块为单位进行的，而不是单个存储单元。所以如果要写入数据的位置上已经有数据存在，需要进行擦除操作，将整个块的数据都置为 1，然后再写入新的数据。这也是为什么在 FLASH 写入数据之前需要确保其中的数据为 0xFF 的原因。

3.4.1 写使能

在进行写入操作之前，需要使用到写使能（Write Enable）命令。写使能的作用是启用对闪存芯片的写入操作。在默认情况下，闪存芯片处于保护状态，禁止对其进行写入操作，主要是为了防止误操作对数据的损坏。写使能命令可以解除这种保护状态，将闪存芯片设置为可以进行写入操作。

通过发送写使能命令，闪存芯片将进入一个特定的状态，使得后续的写入命令可以被接受和执行。在写入数据之前，需要发送写使能命令来确保闪存芯片处于可写状态。然后，才能发送写入命令将数据写入指定的存储位置。使用写使能命令可以有效地保护数据的完整性和安全性，防止误操作对数据进行写入或者修改。同时，也能够确保数据的一致性，避免写入过程中出现错误或者干扰。因此，在使用 W25Q128进行写入操作时，需要先发送写使能命令，以确保闪存芯片处于可写状态，再进行数据的写入操作。

W25Q128 的数据手册中，关于写使能的时序如下：

操作步骤：

  1. 将 CS 端拉低为低电平；
  2. 发送指令 06H（0000_0110）；
  3. 恢复 CS 端为高电平；

3.4.2 器件忙判断

在 W25Q128 的数据手册中，有 3 个状态寄存器，可以判断当前 W25Q128 是否正在传输、写入、读取数据等，我们每一次要对 W25Q128 进行操作时，需要先判断 W25Q128 是否在忙。如果在忙的状态，我们去操作 W25Q128 ，很可能会导致数据丢失，并且操作失败。而判断是否忙，是通过状态寄存器 1 的 S0 为进行判断，状态寄存器 1 的地址为 0X05。

读取状态寄存器的时序图如下：

  1. 拉低 CS 端为低电平；
  2. 发送指令 05h（0000_0101）；
  3. 接收状态寄存器值；
  4. 恢复 CS 端为高电平；

3.4.3 扇区擦除

W25Q128 闪存芯片的内存分配是按照扇区（Sector）和块（Block）进行的，每个扇区的大小为 4KB，每个块包含 16 个扇区，即一个块的大小为 64KB。

W25Q128 闪存芯片的扇区擦除是指将某个特定扇区中的数据全部擦除的操作。擦除操作会将扇区中的所有数据都置为 1（即 0xFF），恢复到初始状态。下面是 W25Q128 扇区擦除的一般流程：

  1. 写使能（Write Enable）：首先，要确保闪存芯片处于可写状态。发送写使能命令，将闪存芯片设置为可写模式，解除写保护。
  2. 扇区擦除设置（Sector Erase Setup）：向 W25Q128 发送扇区擦除设置命令，并指定要擦除的扇区地址。W25Q128 支持多种扇区擦除命令，可以根据需要选择擦除一个或多个扇区。
  3. 扇区擦除确认（Sector Erase Confirm）：等待扇区擦除确认。W25Q128 芯片进行擦除操作需要一定的时间，具体时间可参考该芯片的规格书。在擦除操作进行期间，通常会读取状态寄存器忙位的方法来确定擦除是否完成。过早地读取擦除操作中的数据可能会导致不正确的结果。
  4. 扇区擦除完成：当扇区擦除成功后，状态寄存器将指示擦除操作完成。此时，该扇区中的数据已经全部被擦除为 1。

扇区擦除操作是一种高级操作，需要小心谨慎地使用。在实际应用中，通常会结合编程逻辑和相应的控制器来管理闪存芯片的擦除和写入操作，以确保数据的安全性和完整性。

在使用扇区擦除操作时，有几个注意事项需要特别关注：

  1. 擦除范围：要确保擦除的范围是正确的，仅擦除目标扇区，避免误擦除其他扇区中的数据。在执行擦除操作之前，请务必仔细检查要擦除的扇区地址，并确保没有错误。
  2. 数据备份：由于扇区擦除操作将数据全部擦除为 1（0xFF），在执行擦除之前，应该确保重要数据已经备份。擦除后，数据将无法恢复，因此在执行重要数据的扇区擦除操作之前，请务必做好数据备份的工作。

扇区擦除的时序图如下：

具体流程如下：

  1. 拉低 CS 端为低电平；
  2. 发送指令 20h（0010_0000）；
  3. 发送 24 位的扇区首地址；
  4. 恢复 CS 端为高电平；

3.4.4 写入数据

现在写入数据的前置步骤：擦除数据-> 写使能-> 判断忙 我们都完成了，只剩下将数据写入到对应地址中保存即可。

3.4.5 读取数据

读取数据的时序如下所示：

  1. 拉低 CS 端为低电平；
  2. 发送指令 03h（0000_0011）；
  3. 发送 24 位读取数据地址；
  4. 接收读取到的数据；
  5. 恢复 CS 端为高电平；

四、时钟树解析

本文使用到的SPI2是APB1总线时钟下的设备，APB1总线时钟最高频率为36MHz，本文设定SPI2时钟频率为APB1总线时钟的一半，即二分频18MHz，如下图所示：

五、寄存器详解

驱动SPI2实现对外部FLASH的读写，主要涉及以下寄存器：

寄存器功能
GPIOx_CRH端口配置高寄存器
GPIOx_ODR端口输出数据寄存器
SPI_CR1SPI控制寄存器1
SPI_SRSPI状态寄存器
SPI_DRSPI数据寄存器

下面对这些寄存器进行一一介绍。 

5.1  端口配置高寄存器/端口输出数据寄存器

本文需要将B13(SCK)/B14(MISO)/B15(MOSI)设置为复用功能推挽输出，B12(CS)设置为推挽输出。对于端口配置高寄存器/端口数据输出寄存器的介绍，详见 【STM32开发之寄存器版】（一）-GPIO 

5.2 SPI控制寄存器1

《STM32中文参考手册》对SPI控制寄存器1的描述如下所示：

该寄存器具备较多的功能，我们需要关注以下寄存器位：

[0]CPHA：时钟相位，本文设置为1，数据采样从第二个时钟边沿开始。

[1]CPOL：时钟极性，本文设置为1，空闲状态时，SCK保持高电平。

[2]MSTR：主设备选择，本文设置为1，将MCU设置为主设备。

[5:3]BR：波特率控制，本文设置为000，将APB1总线频率二分频后供给SPI2。

[6]SPE：SPI使能，本文设置为1，即使能SPI2。

[7]LSBFIRST：帧格式，本文设置为0，即先发送MSB。

[8]SSI：内部从设备选择，本文设置为1，NSS上电平为1。

[9]SSM：软件从设备管理，本文设置为1，即启用软件从设备管理。

[10]RXONLY：只接收，本文设置为0，即全双工模式。

[11]DFF：数据帧格式，本文设置为0，即使用8位数据帧格式进行发送/接收。

5.3 SPI状态寄存器

《STM32中文参考手册》对SPI状态寄存器的描述如下所示：

我们仅需关注该寄存器的以下两位：

[1]TXE：用于判断发送缓冲是否为空，即发送过程是否完成。

[0]RXNE：用于判断接收缓冲是否为空，即接收过程是否完成。

5.4 SPI数据寄存器

《STM32中文参考手册》对SPI数据寄存器的描述如下所示：

该寄存器为SPI的数据寄存器，主要存储待发送或者已接收到的数据。数据寄存器对应两个缓冲区，一个用于写，一个用于读。写操作将数据发送到缓冲区，读操作将返回接收缓冲区中的数据。

六、程序设计

本DMEO的程序设计主要包含SPI驱动（spi.c/spi.h），W25Q128驱动（w25qxxx.c/w25qxxx.h）以及轮询主函数（test.c），下面进行一一介绍

6.1 spi.h

spi.h文件主要定义SPI总线速度的宏，并声明相关函数，如下所示：

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "sys.h"
				    
// SPI总线速度设置 
#define SPI_SPEED_2   		0
#define SPI_SPEED_4   		1
#define SPI_SPEED_8   		2
#define SPI_SPEED_16  		3
#define SPI_SPEED_32 		4
#define SPI_SPEED_64 		5
#define SPI_SPEED_128 		6
#define SPI_SPEED_256 		7
						  	    													  
void SPI2_Init(void);			 //初始化SPI2口
void SPI2_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI2速度   
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI2总线读写一个字节
		 
#endif

6.2 spi.c

spi.c文件主要包含SPI2初始化函数、SPI速度设置函数以及SPI读写字节函数。如下所示：

#include "spi.h"

//SPI口初始化
//这里针是对SPI2的初始化
void SPI2_Init(void)
{	 
	RCC->APB2ENR|=1<<3;  	//PORTB时钟使能 	 
	RCC->APB1ENR|=1<<14;   	//SPI2时钟使能 
	//这里只针对SPI口初始化
	GPIOB->CRH&=0X000FFFFF; 
	GPIOB->CRH|=0XBBB00000;	//PB13/14/15复用 	    
	GPIOB->ODR|=0X7<<13;   	//PB13/14/15上拉
	SPI2->CR1|=0<<10;		//全双工模式	
	SPI2->CR1|=1<<9; 		//软件nss管理
	SPI2->CR1|=1<<8;  

	SPI2->CR1|=1<<2; 		//SPI主机
	SPI2->CR1|=0<<11;		//8bit数据格式	
	SPI2->CR1|=1<<1; 		//空闲模式下SCK为1 CPOL=1
	SPI2->CR1|=1<<0; 		//数据采样从第二个时间边沿开始,CPHA=1  
	//对SPI2属于APB1的外设.时钟频率最大为36M.
	SPI2->CR1|=3<<3; 		//Fsck=Fpclk1/256
	SPI2->CR1|=0<<7; 		//MSBfirst   
	SPI2->CR1|=1<<6; 		//SPI设备使能
	SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输		 
}   
//SPI2速度设置函数
//SpeedSet:0~7
//SPI速度=fAPB1/2^(SpeedSet+1)
//APB1时钟一般为36Mhz
void SPI2_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SpeedSet&=0X07;			//限制范围
	SPI2->CR1&=0XFFC7; 
	SPI2->CR1|=SpeedSet<<3;	//设置SPI2速度  
	SPI2->CR1|=1<<6; 		//SPI设备使能	  
} 
//SPI2 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u16 retry=0;				 
	while((SPI2->SR&1<<1)==0)		//等待发送区空	
	{
		retry++;
		if(retry>=0XFFFE)return 0; 	//超时退出
	}			  
	SPI2->DR=TxData;	 	  		//发送一个byte 
	retry=0;
	while((SPI2->SR&1<<0)==0) 		//等待接收完一个byte  
	{
		retry++;
		if(retry>=0XFFFE)return 0;	//超时退出
	}	  						    
	return SPI2->DR;          		//返回收到的数据				    
}

6.3 w25qxxx.h

w25qxxx.h主要定义了控制指令、芯片型号并进行了相关函数的声明。如下所示：

#ifndef __W25QXX_H
#define __W25QXX_H			    
#include "sys.h"  
 
//W25X系列/Q系列芯片列表	   
//W25Q80  ID  0XEF13
//W25Q16  ID  0XEF14
//W25Q32  ID  0XEF15
//W25Q64  ID  0XEF16	
//W25Q128 ID  0XEF17	
#define W25Q80 	0XEF13 	
#define W25Q16 	0XEF14
#define W25Q32 	0XEF15
#define W25Q64 	0XEF16
#define W25Q128	0XEF17

#define NM25Q80 	0X5213 	
#define NM25Q16 	0X5214
#define NM25Q32 	0X5215
#define NM25Q64 	0X5216
#define NM25Q128	0X5217
#define NM25Q256 	0X5218

extern u16 W25QXX_TYPE;					//定义W25QXX芯片型号		   

#define	W25QXX_CS 		PBout(12)  		//W25QXX的片选信号

// 
//指令表
#define W25X_WriteEnable		0x06 
#define W25X_WriteDisable		0x04 
#define W25X_ReadStatusReg		0x05 
#define W25X_WriteStatusReg		0x01 
#define W25X_ReadData			0x03 
#define W25X_FastReadData		0x0B 
#define W25X_FastReadDual		0x3B 
#define W25X_PageProgram		0x02 
#define W25X_BlockErase			0xD8 
#define W25X_SectorErase		0x20 
#define W25X_ChipErase			0xC7 
#define W25X_PowerDown			0xB9 
#define W25X_ReleasePowerDown	0xAB 
#define W25X_DeviceID			0xAB 
#define W25X_ManufactDeviceID	0x90 
#define W25X_JedecDeviceID		0x9F 

void W25QXX_Init(void);
u16  W25QXX_ReadID(void);  	    		//读取FLASH ID
u8	 W25QXX_ReadSR(void);        		//读取状态寄存器 
void W25QXX_Write_SR(u8 sr);  			//写状态寄存器
void W25QXX_Write_Enable(void);  		//写使能 
void W25QXX_Write_Disable(void);		//写保护
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead);   //读取flash
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash
void W25QXX_Erase_Chip(void);    	  	//整片擦除
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr);	//扇区擦除
void W25QXX_Wait_Busy(void);           	//等待空闲
void W25QXX_PowerDown(void);        	//进入掉电模式
void W25QXX_WAKEUP(void);				//唤醒
#endif

6.4 w25qxxx.c

w25qxxx.c主要定义了W25Q128初始化函数、读写寄存器函数、写使能/失能函数、读取芯片ID函数、擦除芯片函数等。具体代码如下所示：

#include "w25qxx.h" 
#include "spi.h"
#include "delay.h"	   
#include "usart.h"	
 
u16 W25QXX_TYPE=W25Q128;	//默认是W25Q128

//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25Q128
//容量为16M字节,共有128个Block,4096个Sector 
													 
//初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Init(void)
{ 
	RCC->APB2ENR|=1<<3;  		//PORTB时钟使能 	  
	GPIOB->CRH&=0XFFF0FFFF; 
	GPIOB->CRH|=0X00030000;		//PB12推挽输出	 
	W25QXX_CS=1;				//SPI FLASH不选中
	SPI2_Init();		   		//初始化SPI
	SPI2_SetSpeed(SPI_SPEED_2);	//设置为18M时钟,高速模式 
	W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取FLASH ID.
}  

//读取W25QXX的状态寄存器
//BIT7  6   5   4   3   2   1   0
//SPR   RV  TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 W25QXX_ReadSR(void)   
{  
	u8 byte=0;   
	W25QXX_CS=0;                            //使能器件   
	SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令    
	byte=SPI2_ReadWriteByte(0Xff);          //读取一个字节  
	W25QXX_CS=1;                            //取消片选     
	return byte;   
} 
//写W25QXX状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void W25QXX_Write_SR(u8 sr)   
{   
	W25QXX_CS=0;                            //使能器件   
	SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);//发送写取状态寄存器命令    
	SPI2_ReadWriteByte(sr);               	//写入一个字节  
	W25QXX_CS=1;                            //取消片选     	      
}   
//W25QXX写使能	
//将WEL置位   
void W25QXX_Write_Enable(void)   
{
	W25QXX_CS=0;                          	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); 	//发送写使能  
	W25QXX_CS=1;                           	//取消片选     	      
} 
//W25QXX写禁止	
//将WEL清零  
void W25QXX_Write_Disable(void)   
{  
	W25QXX_CS=0;                            //使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable);  //发送写禁止指令    
	W25QXX_CS=1;                            //取消片选     	      
} 		
//读取芯片ID
//返回值如下:				   
//0XEF13,表示芯片型号为W25Q80  
//0XEF14,表示芯片型号为W25Q16    
//0XEF15,表示芯片型号为W25Q32  
//0XEF16,表示芯片型号为W25Q64 
//0XEF17,表示芯片型号为W25Q128 	  
u16 W25QXX_ReadID(void)
{
	u16 Temp = 0;	  
	W25QXX_CS=0;				    
	SPI2_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	 			   
	Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF)<<8;  
	Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF);	 
	W25QXX_CS=1;				    
	return Temp;
}   		    
//读取SPI FLASH  
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)   
{ 
 	u16 i;   										    
	W25QXX_CS=0;                            	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadData);         	//发送读取命令   
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16));  	//发送24bit地址    
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));   
    SPI2_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);   
    for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
	{ 
        pBuffer[i]=SPI2_ReadWriteByte(0XFF);   	//循环读数  
    }
	W25QXX_CS=1;  				    	      
}  
//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!	 
void W25QXX_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
 	u16 i;  
    W25QXX_Write_Enable();                  	//SET WEL 
	W25QXX_CS=0;                            	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);      	//发送写页命令   
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); 	//发送24bit地址    
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));   
    SPI2_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);   
    for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI2_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数  
	W25QXX_CS=1;                            	//取消片选 
	W25QXX_Wait_Busy();					   		//等待写入结束
} 
//无检验写SPI FLASH 
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能 
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 			 		 
	u16 pageremain;	   
	pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数		 	    
	if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
	while(1)
	{	   
		W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
		if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
	 	else //NumByteToWrite>pageremain
		{
			pBuffer+=pageremain;
			WriteAddr+=pageremain;	

			NumByteToWrite-=pageremain;			  //减去已经写入了的字节数
			if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
			else pageremain=NumByteToWrite; 	  //不够256个字节了
		}
	};	    
} 
//写SPI FLASH  
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)						
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)   
u8 W25QXX_BUFFER[4096];		 
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 
	u32 secpos;
	u16 secoff;
	u16 secremain;	   
 	u16 i;    
	u8 * W25QXX_BUF;	  
   	W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;	     
 	secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址  
	secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
	secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小   
 	//printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用
 	if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
	while(1) 
	{	
		W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
		for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
		{
			if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			W25QXX_Erase_Sector(secpos);		//擦除这个扇区
			for(i=0;i<secremain;i++)	   		//复制
			{
				W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区  

		}else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. 				   
		if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
		else//写入未结束
		{
			secpos++;//扇区地址增1
			secoff=0;//偏移位置为0 	 

		   	pBuffer+=secremain;  				//指针偏移
			WriteAddr+=secremain;				//写地址偏移	   
		   	NumByteToWrite-=secremain;			//字节数递减
			if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;//下一个扇区还是写不完
			else secremain=NumByteToWrite;		//下一个扇区可以写完了
		}	 
	};	 
}
//擦除整个芯片		  
//等待时间超长...
void W25QXX_Erase_Chip(void)   
{                                   
    W25QXX_Write_Enable();                 	 	//SET WEL 
    W25QXX_Wait_Busy();   
  	W25QXX_CS=0;                            	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);        	//发送片擦除命令  
	W25QXX_CS=1;                            	//取消片选     	      
	W25QXX_Wait_Busy();   				   		//等待芯片擦除结束
}   
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 根据实际容量设置
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)   
{  
	//监视falsh擦除情况,测试用   
 	printf("fe:%x\r\n",Dst_Addr);	  
 	Dst_Addr*=4096;
    W25QXX_Write_Enable();                  	//SET WEL 	 
    W25QXX_Wait_Busy();   
  	W25QXX_CS=0;                            	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);      	//发送扇区擦除指令 
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16));  	//发送24bit地址    
    SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));   
    SPI2_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);  
	W25QXX_CS=1;                            	//取消片选     	      
    W25QXX_Wait_Busy();   				   		//等待擦除完成
}  
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)   
{   
	while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01);  		// 等待BUSY位清空
}  
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)   
{ 
  	W25QXX_CS=0;                           	 	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_PowerDown);        //发送掉电命令  
	W25QXX_CS=1;                            	//取消片选     	      
    delay_us(3);                               //等待TPD  
}   
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)   
{  
  	W25QXX_CS=0;                            	//使能器件   
    SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown);	//  send W25X_PowerDown command 0xAB    
	W25QXX_CS=1;                            	//取消片选     	      
    delay_us(3);                            	//等待TRES1
}

6.5 test.c

test.c中主要包含轮询主函数，实现KEY1按下写FLASH，KEY0按下读FLASH的功能。具体代码如下所示：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h" 
#include "led.h" 		 	 
#include "lcd.h" 
#include "key.h" 
#include "w25qxx.h" 
#include "usmart.h" 

//要写入到W25Q128的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"SPI-W25Q128-TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	 

int main(void)
{	
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];
	u32 FLASH_SIZE; 
    u16 id = 0;
 	Stm32_Clock_Init(9);	//系统时钟设置
	uart_init(72,115200);	//串口初始化为115200
	delay_init(72);	   	 	//延时初始化 
	usmart_dev.init(72);	//初始化USMART		
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	LCD_Init();			   	//初始化LCD 	
	KEY_Init();				//按键初始化		 	 	
	W25QXX_Init();			//W25QXX初始化

 	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"SPI TEST");	
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"2015/1/15");	
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"KEY1:Write  KEY0:Read");	//显示提示信息		
	while(1)
	{
		id = W25QXX_ReadID();
		if (id == W25Q128 || id == NM25Q128)
			break;
		LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"W25Q128 Check Failed!");
		delay_ms(500);
		LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check!        ");
		delay_ms(500);
		LED0=!LED0;//DS0闪烁
	}
	LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"W25Q128 Ready!");    
	FLASH_SIZE=128*1024*1024;	//FLASH 大小为16M字节
 	POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色	  
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY1_PRES)	//KEY1按下,写入W25QXX
		{
			LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏    
 			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write W25Q128...."); 
			W25QXX_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE);			//从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"W25Q128 Write Finished!");	//提示传送完成
		}
		if(key==KEY0_PRES)	//KEY0按下,读取字符串并显示
		{
 			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read W25Q128.... ");
			W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE);					//从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");	//提示传送完成
			LCD_ShowString(30,190,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串
		}
		i++;
		delay_ms(10);
		if(i==20)
		{
			LED0=!LED0;//提示系统正在运行	
			i=0;
		}		   
	}

}

七、上机实验

将程序下载进STM32F103ZET6，KEY1按下写FLASH，KEY0按下读FLASH。如下所示：

至此成功实现SPI-FLASH读写操作！ 

标签：SPI2,void,FLASH,扇区,W25QXX,STM32,SPI,擦除
From： https://blog.csdn.net/Jlinkneeder/article/details/143320092

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