STM32Cube SPI协议 读写flash（W25Q32）

一、开发板实例:STM32L431RCT6

（1）开发板采用意法半导体(ST)公司的低功耗 Arm® Cortex®-M4 处理器STM32L431RCT6，其工作主频高达80MHz，并提供256KB Flash, 64KB SRAM存储空间。

（2）其高性能、超低功耗的特性，更加适用于各种物联网产品电池供电的低功耗要求。

二、SPI Flash介绍

1、SPI协议

（1）SPI总线特点

SPI协议是一种高速全双工同步串行通信协议，

由一个主设备(Master)和一个或多个从设备(Slave)组成。

四线协议：MISO(Master Input Slave Output)/SDI(Serial Data Input)、

MOSI(Master Output Slave Input)/SDO(Serial Data Output)、SCLK(Synchronous Clock)、CS(Chip Select)

1、MISO，主设备数据输入，从设备数据输出；

2、MOSI，主设备数据输出，从设备数据输入；

3、SCLK，同步时钟信号，由主设备产生;

4、CS，从设备使能(片选)信号，由主设备控制，低电平为选中。当总线上有多个从设备的时候，主设备如果需要和某个从设备通信，就将该设备对应的片选引脚拉低使能；

SPI 采用两根数据线实现全双工的数据通信，数据线 MOSI 和 MISO

（2）SPI总线传输模式：

CPOL(Clock Polarity，时钟的极性): 规约 SPI 总线在空闲时, SCK时钟信号是高电平1还是低电平0；

CPHA(Clock Phase，时钟的相位): 规约 SPI 设备是在SCK时钟信号上升沿还是下降沿触发数据采样；

SPI 总线传输一共有 4 种模式：

模式 0：CPOL= 0，CPHA=0。SCK 串行时钟线空闲是为低电平，数据在 SCK 时钟的上升沿被采样， 数据在 SCK 时钟的下降沿切换；

模式 1：CPOL= 0，CPHA=1。SCK 串行时钟线空闲是为低电平，数据在 SCK 时钟的下降沿被采样， 数据在 SCK 时钟的上升沿切换；

模式 2：CPOL= 1，CPHA=0。SCK 串行时钟线空闲是为高电平，数据在 SCK 时钟的下降沿被采样， 数据在 SCK 时钟的上升沿切换；

模式 3：CPOL= 1，CPHA=1。SCK 串行时钟线空闲是为高电平，数据在 SCK 时钟的上升沿被采样， 数据在 SCK 时钟的下降沿切换；

 （3）SPI总线数据交换：

一个 Slave 设备要想能够接收到 Master 发过来的控制信号, 必须在此之前能够被 Master 设备进行访 问 (Access). 所以, Master 设备必须首先通过拉低 SS/CS 管脚对 Slave 设备进行片选, 把想要访问的Slave 设备选上. SPI 设备间的数据传输之所以又被称为数据交换, 是因为 SPI 协议规定一个 SPI 设备不能在数据通信 过程中仅仅只充当一个 "发送者(Transmitter)" 或者 "接收者(Receiver)"

2、Flash存储特性

1.在写入数据时必须先擦除、擦除时会把数据位全重置为1、写入数据时只能把为1的数据改成0、擦除时必须按最小单位来擦除（一般为扇区）

norflash 可以一个字节写入、nandflash 必须以块或扇区为单位进行读写

 三、开始

使⽤STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的SPI1外设与SPIFlash通信（W25Q32）。

1、配置串⼝1

使能USART1,使PC的串⼝与USART1之间连接。如图：

 

2、配置SPI1外设引脚

PA4:Output、PA5:SPI1_SCK、PA6:SPI1_MISO、PA7:SPI1_MOSI

其引脚连接情况如下：

 

然后使能SPI1，如图：

3、封装 SPI Flash（W25QXX）的底层函数

MCU 通过向 SPI Flash 发送各种命令 来读写 SPI Flash内部的寄存器，首先要定义需要使⽤的命令，然后利⽤HAL 库提供的库函数，封装出三个底层函数。（如果后续要做littlefs的移植，这一步一定要写好，本人就踩过坑......）
定义向SPI Flash发送的命令、向SPI Flash发送数据的函数、从SPI Flash接收数据的函数
接下来开始编写代码

（1）在工程Inc目录下新建一个w25qxx.h文件：

#ifndef __W25QXX_H
#define __W25QXX_H

#include 

//片选信号，拉低选中，拉高释放
#define SPI_FLASH_CS_LOW()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET)
#define SPI_FLASH_CS_HIGH()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET)

//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


#endif

（2）在工程Src目录下新建一个w25qxx.c文件：

#include "w25qxx.h"
#include "spi.h"

/*SPI读写一个字节
  TxData:要写入的字节
  RxData返回值：读取到的字节
  &hspi1使用的SPI外设,此处我们用的是spi1*/
static uint8_t W25QXX_SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{
	uint8_t RxData = 0X00;
	if(HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &TxData, &RxData, 1, 0xFFFFFF) != HAL_OK)
	{
		RxData = 0XFF;
	}
	return RxData;
}

//读取W25QXX的状态寄存器
uint8_t W25QXX_ReadSR(void)
{
    uint8_t byte = 0;
    SPI_FLASH_CS_LOW();    //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg);
    byte = W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0Xff);
    SPI_FLASH_CS_HIGH();    //取消片选
    return byte;
}

//写W25QXX状态寄存器
void W25QXX_Write_SR(uint8_t sr)
{
	SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);  //发送写取状态寄存器命令
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(sr);               	//写入一个字节
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //取消片选
}

//W25QXX写使能
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
	SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); 	//发送写使能
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //取消片选
}
//W25QXX写禁止
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
	SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable);  //发送写禁止指令
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //取消片选
}

读取FLASH ID
uint16_t W25QXX_ReadID(void)
{
    uint32_t temp, temp0, temp1, temp2;
    SPI_FLASH_CS_LOW();    //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_JedecDeviceID);         //发送读取ID命令
    temp0=W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    temp1=W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    temp2=W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    SPI_FLASH_CS_HIGH();    //取消片选
    temp = (temp0 << 16) | (temp1 << 8) | temp2;
    return temp;
}

//读取 W25QXX SPI Flash的容量
//每个字节存储在 arr 数组中
uint32_t W25QXX_ReadCapacity(void)
{
	int i = 0;
	uint8_t arr[4] = {0,0,0,0};
	SPI_FLASH_CS_LOW();    //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x5A);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x84);
	W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
	for(i = 0; i < sizeof(arr); i++)
	{
		arr[i] = W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
	}
	SPI_FLASH_CS_HIGH();    //取消片选
    return ((((*(uint32_t *)arr)) + 1) >> 3);
}

//读取 W25QXX SPI Flash 的唯一标识符
//每个字节存储在 UID 数组中
void W25QXX_ReadUniqueID(uint8_t UID[8])
{
	int i = 0;
	SPI_FLASH_CS_LOW();    //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x4B);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
	W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0x00);
    for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		UID[i] = W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
	}
    SPI_FLASH_CS_HIGH();    //取消片选
}

//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(uint8_t *pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead)
{
    uint16_t i;
    SPI_FLASH_CS_LOW();    //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_ReadData);
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr) >> 16));
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr) >> 8));
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)ReadAddr);
    for (i = 0; i < NumByteToRead; i++)
    {
        pBuffer[i] = W25QXX_SPI_ReadWriteByte(0XFF);
    }
    SPI_FLASH_CS_HIGH();    //取消片选
}
/*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(uint8_t *pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    uint16_t i;
    W25QXX_Write_Enable();                  	
    SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);      	//发送写页命令
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr) >> 16)); 	//发送24bit地址
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr) >> 8));
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);
    for (i = 0; i < NumByteToWrite; i++)
        W25QXX_SPI_ReadWriteByte(pBuffer[i]); //循环写数
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //取消片选
    W25QXX_Wait_Busy();					   		//等待写入结束
}
/*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)*/
void W25QXX_Write_NoCheck(uint8_t *pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    uint16_t 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)*/
void W25QXX_Write(uint8_t *pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    uint32_t secpos;
    uint16_t secoff;
    uint16_t secremain;
    uint16_t i;
    uint8_t *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
    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; //偏移地址为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();                 	 	
    W25QXX_Wait_Busy();
    SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);   //发送片擦除命令
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //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
//擦除一个扇区最少时间:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t Dst_Addr)
{
    Dst_Addr *= 4096;
    W25QXX_Write_Enable();                  	
    W25QXX_Wait_Busy();
    SPI_FLASH_CS_LOW(); //使能器件
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);      	//发送扇区擦除命令
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr) >> 16));  	//发送24bit地址
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr) >> 8));
    W25QXX_SPI_ReadWriteByte((uint8_t)Dst_Addr);
    SPI_FLASH_CS_HIGH();  //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
}

（3）在main.c函数中测试：

在该位置添加头文件：

在int main（void）：

（此处我写入的是字符串，但是读出来的是其写入的对应的地址）

 ​​​​​​​

（4）串口调试助手查看测试结果：