软件模拟SPI协议的理解和使用编写W25Q64

SPI软件模拟的时序

SPI协议中，NSS、SCK、MOSI由主机产生，MISO由从机产生，在SCK每个时钟周期MOSI、MISO传输一位数据，数据的输入输出是同时进行的，所以读写数据也可以视作交换数据。所以读写时对数据位的控制都是用同一个函数即可。

输出引脚为推挽输出，输入引脚为浮空或上拉输入

如上图所示：
初始状态下，

• CS需要拉高
• CLK模式0的时候拉低，模式3的时候拉高

然后读/写数据状态时

• CS拉低
• 如果需要写数据或读数据，先将数据写入DI线
• 拉高CLK电平
• 读DO线
• 拉低CLK电平
• 然后循环7次前面四步，则交换了一个字节数据

例程

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "hal_spi.h"

void hal_SPI_W_SS(uint8_t BitValue)		//写设备线
{
	GPIO_WriteBit(SPI_SS_PORT, SPI_SS_PIN, (BitAction)BitValue);
}

void hal_SPI_W_SCK(uint8_t BitValue)	//写时钟线
{
	GPIO_WriteBit(SPI_SCK_PORT, SPI_SCK_PIN, (BitAction)BitValue);
}

void hal_SPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)	//写主机发数据线
{
	GPIO_WriteBit(SPI_MOSI_PORT, SPI_MOSI_PIN, (BitAction)BitValue);
}

uint8_t hal_SPI_R_MISO(void)					//读从机发数据线
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(SPI_MISO_PORT, SPI_MISO_PIN);
}

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_SPI_Init
*@*功能 ： 初始化spi的各个引脚
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_SPI_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	hal_SPI_W_SS(1);
	hal_SPI_W_SCK(0);
}

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_SPI_Start
*@*功能 ： spi开始传输数据，设备线拉高
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_SPI_Start(void)
{
	hal_SPI_W_SS(0);
}


/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_SPI_Stop
*@*功能 ： spi停止传输数据，设备线拉低
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_SPI_Stop(void)
{
	hal_SPI_W_SS(1);
}

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_SPI_SwapByte
*@*功能 ： spi交换数据，交换一个八位数据
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
uint8_t hal_SPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)		//交换一个八位数据
{
	uint8_t i, ByteReceive = 0x00;
	
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		hal_SPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));
		hal_SPI_W_SCK(1);
		if (hal_SPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}
		hal_SPI_W_SCK(0);
	}
	
	return ByteReceive;
}

SPI在读取数据时，为什么我们必须发送虚拟字节Dummy_Bytes才能接收结果？
SPI必须生成时钟脉冲才能将数据移出。对于大多数(如果不是全部)SPI主机，产生时钟脉冲的唯一方式是发送字节。如果你仔细想想，这是有道理的。
总结：Dummy_Bytes无实际意义，只是为了产生时钟脉冲，这样才能读取数据。

W25Q64的通讯格式

FLASH操作注意事项

• 写入操作前，必须先进行写使能
• 每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1
• 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
• 擦除必须按最小擦除单元进行（扇区擦除：4096个字节4KB）
• 连续写入多字节时，最多写入一页数据，超过页尾位置的数据会到页首覆盖（一页256个字节）
• 写入操作后芯片进入忙碌状态，不响应新的读写操作（看Busy寄存器是否为1）

W25Q64的读写数据帧结构

如上：起始信号+命令+地址+交换数据+结束

整体代码实现

综合上述两点要求，得以下代码思路

写操作

在每次写操作开始前都进行写使能，结束前进行等待写操作完成
则整个流程为：写使能>>起始信号>>发送写指令>>写入地址>>写入数据>>结束信号>>等待写操作完成

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_W25Q64_WriteEnable
*@*功能 ： spi写使能打开
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_W25Q64_WriteEnable(void)										//spi写使能打开
{
	hal_SPI_Start();	
	hal_SPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);					//0x06指令码写使能打开
	hal_SPI_Stop();
}

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_W25Q64_WaitBusy
*@*功能 ： 忙碌位寄存器，如果写寄存器在工作就等待，没有就很快退出
*@*形参 ： 无
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_W25Q64_WaitBusy(void)											//忙碌位寄存器，如果写寄存器在工作就等待，没有就很快退出
{
	uint32_t Timeout;
	hal_SPI_Start();
	hal_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);	//W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1忙碌标志位地址
	Timeout = 100000;
	while ((hal_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)	//忙为1，不忙为0
	{
		Timeout --;
		if (Timeout == 0)
		{
			break;
		}
	}
	hal_SPI_Stop();
}

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_W25Q64_PageProgram
*@*功能 ： 页写入
*@*形参 ： Address：写入的地址	DataArray：写入数据存放地址		Count：写入字节数
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)		//页写入
{
	uint16_t i;
	
	hal_W25Q64_WriteEnable();
	
	hal_SPI_Start();
	hal_SPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);		//连续写指令
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 16);					//二十四位地址高八位
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 8);						//地址中间八位
	hal_SPI_SwapByte(Address);								//地址低八位
	for (i = 0; i < Count; i ++)
	{
		hal_SPI_SwapByte(DataArray[i]);					//连续写入数据
	}
	hal_SPI_Stop();
	
	hal_W25Q64_WaitBusy();											//等待写入成功
}

不过调用写函数时记得先擦除原先的数据

擦除操作

操作步骤：写使能>>起始信号>>擦除命令>>擦除地址>>结束信号>>等待写完成

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_W25Q64_SectorErase
*@*功能 ： 扇区擦除操作
*@*形参 ： Address：擦除扇区的地址
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)			//扇区擦除操作
{
	hal_W25Q64_WriteEnable();												//写使能
	
	hal_SPI_Start();															
	hal_SPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);		//扇区擦除指令码
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 16);							//擦除的地址高8位
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 8);								//擦除的地址中间8位
	hal_SPI_SwapByte(Address);
	hal_SPI_Stop();
	
	hal_W25Q64_WaitBusy();
}

读操作

读操作要注意开头说的她必须交换数据，既读取同时要发送一个无用数据
操作步骤：起始信号>>读指令>>读地址>>读数据（并写入0xff）>>结束信号

/****************************************************************************
*@*名称 ： hal_W25Q64_ReadData
*@*功能 ： 连续读数据
*@*形参 ： Address：读的首地址	DataArray：读出数据存放地址		Count：读的字节数
*@*返回值 ： 无
****************************************************************************/
void hal_W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)		//连续读数据
{
	uint32_t i;
	hal_SPI_Start();													
	hal_SPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);																						//读指令
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 16);																							//读开始地址
	hal_SPI_SwapByte(Address >> 8);																								
	hal_SPI_SwapByte(Address);
	for (i = 0; i < Count; i ++)
	{
		DataArray[i] = hal_SPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);													//连续读
	}
	hal_SPI_Stop();
}