SPI实验W25Qxx讲解 (2015-12-19 10:27:36)
- SPI实验W25Qxx讲解 (2015-12-19 10:27:36)
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知识点：
（1）SPI每发送一个数据的同时会接收到一个字节的数据
（2）SPI有4条线，MISO，MOSI，SCLK三条数据线，还有片选线CS，片选线对于SPI接口的从设备是低电平有效，主机输出一个低电平从机就被选中。这样就方便一个主机可以连接多个从设备，只需要使用不同的片选线。
W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品，W25Q64 的容量为 64Mb，W25Q128的容量为128Mb。
W25Q64 的擦写周期多达 10W 次，具有 20 年的数据保存期限，支持电压为 2.7~3.6V。
电路图
战舰版用的是SPI2，W25Q64 是直接连在 STM32 的 SPI2 上的。
SO-----SPI2_MISO（PB14）
SI------SPI2_MOSI（PB15）
CLK----SPI2_SCK（PB13）
CS----PB12 通过软件片选
SPI引脚设置模式
一。 程序配置过程
SPI2时钟在APB1总线上。
二。 硬件连接
W25Q64BV 阵列是由每 256 字节可编程 32,768 页。最多 256 个字节可以在一个时间被编程。
也就是说一次最多写256个字节的数据。
三。SPI底层函数讲解
（一）初始化函数
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25Q64/NRF24L01
//SPI口初始化
//这里针是对SPI2的初始化
//MISO根据手册要设置成上拉输入或浮空输入，根据经验设置成推挽复用也可以，所以这里全部设置成推挽复用功能。
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2时钟使能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15复用推挽输出，按照表格上SPI_MISO应设置成浮空输入或上拉输入，但根据经验设置成复用推挽输出也可以正常工作。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15); //PB13/14/15上拉
//初始化SPI参数，这里的相位和极性要跟W25Q64芯片相匹配。
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256，这里速率设置为最小值。
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设
SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
//SPI是由主机发起，主机向它的SPI寄存器写入一个字节来发起一次传输。所以这里 写入一个字节用来启动传输。
}
（二）SPI2的时钟由APB2经过预分频产生，这里分频系数设置成256。速率为最低。
分频系数的有效范围 从2一直到256
//SPI 速度设置函数，这个函数在很多地方会用到，但固件库中没有提供
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2 2分频
//SPI_BaudRatePrescaler_8 8分频
//SPI_BaudRatePrescaler_16 16分频
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频
void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
SPI2->CR1&=0XFFC7;
SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI2速度
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);
}
（三）SPIx 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)
{
u8 retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓 存空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受 缓存非空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据
}
数据都存放在DR寄存器中，发送出去一个字节后就可以直接读取一个数据。
四。SPI flash W25Qxx的操作
W25Q64 将 8M 的容量分为 128 个块（Block），每个块大小为 64K 字节，每个块又分为 16
个扇区（Sector），每个扇区 4K 个字节。W25Q64 的最少擦除单位为一个扇区，也就是每次必
须擦除 4K 个字节。
在往某个地址写之前必须确保这个地址上的值是0xFF，否则说明这个地址以前被写过数据，还没有被擦除。W25Q64擦除的最小单位是Sector也就是4k个字节，也就是说如果要想往某个地址写一个值，如果这个地址上的值不是0xFF，那么就要把整个扇区都擦除，然后在写。
给W25Q64开辟一个4k的缓存，比如定义一个4k的数组，然后在写数据之前先判断如果这个地址上的数据不是0xFF，就先把这个地址所在的Sector里的数据全部保存在4k缓存中，再擦除这个扇区，再把缓存中对应的地址上的数据更新，再把这个4k缓存区的所有数据一次性的写入到这个Sector中。
（一）W25Q64芯片的操作
里面有很多指令。
flash.h头文件中定义了一些指令，对应芯片手册中的指令。
//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
对于不同容量的芯片读出的ID定义
//W25X系列/Q系列芯片列表
//W25Q80 ID 0XEF13
//W25Q16 ID 0XEF14
//W25Q32 ID 0XEF15
//W25Q32 ID 0XEF16
#define W25Q80 0XEF13
#define W25Q16 0XEF14
#define W25Q32 0XEF15
#define W25Q64 0XEF16
//片选线定义
#define SPI_FLASH_CS PBout(12) //选中FLASH，电路上片选线接PB12。
（二）底层驱动函数
- //初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; // PB12 推挽 ，设置片选线PB12的工作模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
W25QXX_CS=1; //SPI FLASH不选中，默认这个Flash不被选中，需要让它工作的时候再拉低。
SPI2_Init(); //初始化SPI
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);//设置为18M时钟,高速模式，因为读写Flash数据要求速度比高。
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取FLASH ID.
}
- 读取状态寄存器
//读取SPI_FLASH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 SPI_Flash_ReadSR(void)
{
u8 byte=0;
SPI_FLASH_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); //发0xff就读取出来数据，读取一个字节
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
return byte;
}
- 读ID函数
先写入指令05，然后读出状态。
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
u16 SPI_Flash_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
SPI_FLASH_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);
SPI_FLASH_CS=1;
return Temp;
}
- 写状态寄存器
先发指令01H，接着写要写入的字节。
//写SPI_FLASH状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr)
{
SPI_FLASH_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
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
- SPI_Flash写使能
指令是06H。
//SPI_FLASH写使能
//将WEL置位
void SPI_FLASH_Write_Enable(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
- SPI_Flash写禁止
指令04H。
//SPI_FLASH写禁止
//将WEL清零
void SPI_FLASH_Write_Disable(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
- 读取ID
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
u16 SPI_Flash_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
SPI_FLASH_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);
SPI_FLASH_CS=1;
return Temp;
}
- 擦除一个扇区
指令 0x20H
时序：
先写指令20H，然后要擦除哪个Sector就要写这个地址（24位），
//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 ，写使能
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件 ，片选
SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址 ，先写高8位
SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8)); //地址中间8位
SPI2_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr); //地址低8位
W25QXX_CS=1; //取消片选
W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
- 从一个地址读取SPI FLASH指定长度的数据
读数据指令是03H
首先发送指令，然后发送读的24位起始地址，然后就是等待数据读出。
//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，只需要不停的发送0xff，就可以读出数据
}
W25QXX_CS=1;
}
- SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
W25Q64 将 8M 的容量分为 128 个块（Block），每个块大小为 64K 字节，每个块又分为 16个扇区（Sector），每个扇区 4K 个字节。在写操作指令后一次最多写256个字节的数据，也就是一页。
页的写操作命令02H
先写指令02H，再写24位地址，再写数据。
//在指定地址开始写入最大256字节的数据（W25Q64一次最多256个数据，也就是一页）
//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!!!
//不能跨页写！
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 ，从某个地址写数据，不管地址跨不跨页。
//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 ，因为一个写指令后面最多能写256个字节的数据，也就是一页。
//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)，也就是64K字节
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 pageremain;
pageremain=256-WriteAddr%6; //单页剩余的字节数
if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//如果要写入的字节数小或等于单页剩余的字节数。不大于256个字节
while(1)
{
W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);//要写入的字节数小或等于单页剩余的字节数直接写
if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
else //NumByteToWrite>pageremain，如果要写入的数据大于单页剩余的字节数。
{
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 ，重点
先找出要操作的这个Sector的起始地址和结束地址，然后对这段地址里的数据进行判断，如果有不等于0xFF的，那么就把这个Sector的数据读出来保存在4k缓存中，然后再把这个扇区擦除，再更新这个Buffer中的数据，最后再把Buffer中的数据写入Sector。
//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]; //先定义一个Buffer用来存储读出来的一个扇区里的数据。
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite) //入口参数：Buffer的地址指针， 要写的地址和数据。
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
u8 * W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//算出来扇区地址
secoff=WriteAddr@96;//取余数，算出在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//如果要写的数据不大于4096个字节，没 有跨扇区
while(1)
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容，保存在Buffer中。
for(i=0;i 《 secremain;i++) //校验数据
{
if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//如果有不等于0xFF的数据，就需要擦除
}
if(i 《 secremain)//需要擦除
{
W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除这个扇区
for(i=0;i 《 secremain;i++) //更新缓存中的数据
{
W25QXX_BUF[ secoff + i ]=pBuffer[i]; //这里的pBuffer中是我们要写的数据，把这些数据更新到缓存中对应的 位置
}
W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//重新写入整个扇区
}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
}
};
}
W25Q64：一共是8M字节=810241024=8388608(Byte)，分为128块(64K)，每一块有分为16个扇区(4K)，所以扇区的个数是：12816=2048(个)，那么上面函数的参数Dst_Addr的范围就是0-2047，假如要擦除第1000个的扇区，那么这个扇区的字节起始就是10004096=4096000，因此把4096000先发送最高8位，次高8位，再到最低8位，然后W25Q64就从4096000开始往下擦除4K大小的数据空间，计算地址的时候是使用字节来计算的。
（三）主函数
//要写入到W25Q64的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={“WarShipSTM32 SPI TEST”}; //定义字符串数组，算上结束符\0，总共22个字节
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
int main(void)
{
u8 key;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
u32 FLASH_SIZE;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_Configuration(); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(9600); //串口初始化为9600
LED_Init(); //LED端口初始化
LCD_Init();
KEY_Init();
SPI_Flash_Init(); //SPI FLASH 初始化
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(40,50,200,16,16,“WarShip STM32”);
LCD_ShowString(40,70,200,16,16,“SPI TEST”);
LCD_ShowString(40,90,200,16,16,“ATOM@ALIENTEK”);
LCD_ShowString(40,110,200,16,16,“2012/9/9”);
LCD_ShowString(40,130,200,16,16,“WKUP:Write KEY1:Read”); //显示提示信息
while(SPI_Flash_ReadID()!=W25Q64) //检测不到W25Q64
{
LCD_ShowString(40,150,200,16,16,“25Q64 Check Failed!”);
delay_ms(500);
LCD_ShowString(40,150,200,16,16,"Please Check! ");
delay_ms(500);
LED0=!LED0;//DS0闪烁
}
LCD_ShowString(40,150,200,16,16,“25Q64 Ready!”); //检测到25Q64，显示
FLASH_SIZE=810241024; //FLASH 大小为8M字节
POINT_COLOR=BLUE; //设置字体为蓝色
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(keyKEY_UP)//KEY_UP按下,写入W25Q64
{
LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏
LCD_ShowString(40,170,200,16,16,“Start Write W25Q64…”);
SPI_Flash_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(40,170,200,16,16,“W25Q64 Write Finished!”); //提示传送完成
}
if(keyKEY_DOWN)//KEY_DOWN按下,读取字符串并显示
{
LCD_ShowString(40,170,200,16,16,"Start Read W25Q64… "); //显示"Start Read W25Q64… "
SPI_Flash_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(40,170,200,16,16,"The Data Readed Is: "); //提示传送完成
LCD_ShowString(40,190,200,16,16,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;
}
}
}
Flash与EEPROM的区别
1、 FLASH按扇区操作，EEPROM则按字节操作
2、 FLASH写入时间长，EEPROM写入时间短
3、 FLASH擦写次数少（10000次），EEPROM次数多（1000000次）
4、 FLASH的电路结构简单，成本低，EEPROM工艺复杂，成本高