本篇詳細(xì)的記錄了如何使用STM32CubeMX配置 STM32G070RBT6 的硬件SPI外設(shè)與 SPI Flash 通信（W25Q64）。

【STM32Cube_09】重定向printf函數(shù)到串口輸出的多種方法。

4. 封裝 SPI Flash（W25Q64）的命令和底層函數(shù)

MCU 通過向 SPI Flash 發(fā)送各種命令 來讀寫 SPI Flash內(nèi)部的寄存器，所以這種裸機驅(qū)動，首先要先宏定義出需要使用的命令，然后利用 HAL 庫提供的庫函數(shù)，封裝出三個底層函數(shù)，便于移植：

• 向 SPI Flash 發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)

• 從 SPI Flash 接收數(shù)據(jù)的函數(shù)

• 發(fā)送數(shù)據(jù)的同時讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)

接下來開始編寫代碼~

宏定義操作命令

#define ManufactDeviceID_CMD 0x90

#define READ_STATU_REGISTER_1   0x05

#define READ_STATU_REGISTER_2   0x35

#define READ_DATA_CMD         0x03

#define WRITE_ENABLE_CMD     0x06

#define WRITE_DISABLE_CMD     0x04

#define SECTOR_ERASE_CMD     0x20

#define CHIP_ERASE_CMD         0xc7

#define PAGE_PROGRAM_CMD        0x02

封裝發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)

/**

 * @brief    SPI發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)

 * @param    buf  —— 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

 * @param    size —— 要發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

 * @retval   成功返回HAL_OK

 */

static HAL_StatusTypeDef SPI_Transmit(uint8_t* send_buf, uint16_t size)

{

    return HAL_SPI_Transmit(&hspi1, send_buf, size, 100);

}

封裝接收數(shù)據(jù)的函數(shù)

/**

 * @brief   SPI接收指定長度的數(shù)據(jù)

 * @param   buf  —— 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

 * @param   size —— 要接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

 * @retval  成功返回HAL_OK

 */

static HAL_StatusTypeDef SPI_Receive(uint8_t* recv_buf, uint16_t size)

{

   return HAL_SPI_Receive(&hspi1, recv_buf, size, 100);

}

封裝發(fā)送數(shù)據(jù)同時讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)

/**

 * @brief   SPI在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時接收指定長度的數(shù)據(jù)

 * @param   send_buf  —— 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

 * @param   recv_buf  —— 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

 * @param   size —— 要發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

 * @retval  成功返回HAL_OK

 */

static HAL_StatusTypeDef SPI_TransmitReceive(uint8_t* send_buf, uint8_t* recv_buf, uint16_t size)

{

   return HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, send_buf, recv_buf, size, 100);

}

5. 編寫W25Q64的驅(qū)動程序

接下來開始利用上一節(jié)封裝的宏定義和底層函數(shù)，編寫W25Q64的驅(qū)動程序：

讀取Manufacture ID和Device ID

讀取 Flash 內(nèi)部這兩個ID有兩個作用：

檢測SPI Flash是否存在

可以根據(jù)ID判斷Flash具體型號

數(shù)據(jù)手冊上給出的操作時序如圖：

根據(jù)該時序，編寫代碼如下：

/**

 * @brief   讀取Flash內(nèi)部的ID

 * @param   none

 * @retval  成功返回device_id

 */

uint16_t W25QXX_ReadID(void)

{

    uint8_t recv_buf[2] = {0};    //recv_buf[0]存放Manufacture ID, recv_buf[1]存放Device ID

    uint16_t device_id = 0;

    uint8_t send_data[4] = {ManufactDeviceID_CMD,0x00,0x00,0x00};   //待發(fā)送數(shù)據(jù)，命令+地址

    /* 使能片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    /* 發(fā)送并讀取數(shù)據(jù) */

    if (HAL_OK == SPI_Transmit(send_data, 4)) {

        if (HAL_OK == SPI_Receive(recv_buf, 2)) {

            device_id = (recv_buf[0] << 8) | recv_buf[1];

        }

    }

    /* 取消片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    return device_id;

}

讀取狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)并判斷Flash是否忙碌

上文中提到，SPI Flash的所有操作都是靠發(fā)送命令完成的，但是 Flash 接收到命令后，需要一段時間去執(zhí)行該操作，這段時間內(nèi) Flash 處于“忙”狀態(tài)，MCU 發(fā)送的命令無效，不能執(zhí)行，在 Flash 內(nèi)部有2-3個狀態(tài)寄存器，指示出 Flash 當(dāng)前的狀態(tài)，有趣的一點是：

當(dāng) Flash 內(nèi)部在執(zhí)行命令時，不能再執(zhí)行 MCU 發(fā)來的命令，但是 MCU 可以一直讀取狀態(tài)寄存器，這下就很好辦了，MCU可以一直讀取，然后判斷Flash是否忙完：

讀取協(xié)議如下：

根據(jù)此協(xié)議實現(xiàn)的讀取狀態(tài)寄存器的代碼如下：

/**

 * @brief     讀取W25QXX的狀態(tài)寄存器，W25Q64一共有2個狀態(tài)寄存器

 * @param     reg  —— 狀態(tài)寄存器編號(1~2)

 * @retval    狀態(tài)寄存器的值

 */

static uint8_t W25QXX_ReadSR(uint8_t reg)

{

    uint8_t result = 0; 

    uint8_t send_buf[4] = {0x00,0x00,0x00,0x00};

    switch(reg)

    {

        case 1:

            send_buf[0] = READ_STATU_REGISTER_1;

        case 2:

            send_buf[0] = READ_STATU_REGISTER_2;

        case 0:

        default:

            send_buf[0] = READ_STATU_REGISTER_1;

    }

     /* 使能片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    if (HAL_OK == SPI_Transmit(send_buf, 4)) {

        if (HAL_OK == SPI_Receive(&result, 1)) {

            HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

            return result;

        }

    }

    /* 取消片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    return 0;

}

然后編寫阻塞判斷Flash是否忙碌的函數(shù)：

/**

 * @brief 阻塞等待Flash處于空閑狀態(tài)

 * @param   none

 * @retval  none

 */

static void W25QXX_Wait_Busy(void)

{

    while((W25QXX_ReadSR(1) & 0x01) == 0x01); // 等待BUSY位清空

}

讀取數(shù)據(jù)

SPI Flash讀取數(shù)據(jù)可以任意地址（地址長度32bit）讀任意長度數(shù)據(jù)（最大 65535 Byte），沒有任何限制，數(shù)據(jù)手冊給出的時序如下：

根據(jù)該時序圖編寫代碼如下：

/**

 * @brief   讀取SPI FLASH數(shù)據(jù)

 * @param   buffer      —— 數(shù)據(jù)存儲區(qū)

 * @param   start_addr  —— 開始讀取的地址(最大32bit)

 * @param   nbytes      —— 要讀取的字節(jié)數(shù)(最大65535)

 * @retval  成功返回0，失敗返回-1

 */

int W25QXX_Read(uint8_t* buffer, uint32_t start_addr, uint16_t nbytes)

{

    uint8_t cmd = READ_DATA_CMD;

    start_addr = start_addr << 8;

W25QXX_Wait_Busy();

     /* 使能片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    SPI_Transmit(&cmd, 1);

    if (HAL_OK == SPI_Transmit((uint8_t*)&start_addr, 3)) {

        if (HAL_OK == SPI_Receive(buffer, nbytes)) {

            HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

            return 0;

        }

    }

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    return -1;

}

寫使能/禁止

Flash 芯片默認(rèn)禁止寫數(shù)據(jù)，所以在向 Flash 寫數(shù)據(jù)之前，必須發(fā)送命令開啟寫使能，數(shù)據(jù)手冊中給出的時序如下：

編寫函數(shù)如下：

/**

 * @brief    W25QXX寫使能,將S1寄存器的WEL置位

 * @param    none

 * @retval

 */

void W25QXX_Write_Enable(void)

{

    uint8_t cmd= WRITE_ENABLE_CMD;

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    SPI_Transmit(&cmd, 1);

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    W25QXX_Wait_Busy();

}

/**

 * @brief    W25QXX寫禁止,將WEL清零

 * @param    none

 * @retval    none

 */

void W25QXX_Write_Disable(void)

{

    uint8_t cmd = WRITE_DISABLE_CMD;

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    SPI_Transmit(&cmd, 1);

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    W25QXX_Wait_Busy();

}

擦除扇區(qū)

SPI Flash有個特性：

數(shù)據(jù)位可以由1變?yōu)?，但是不能由0變?yōu)?。

所以在向 Flash 寫數(shù)據(jù)之前，必須要先進行擦除操作，并且 Flash 最小只能擦除一個扇區(qū)，擦除之后該扇區(qū)所有的數(shù)據(jù)變?yōu)?0xFF（即全為1），數(shù)據(jù)手冊中給出的時序如下：

根據(jù)此時序編寫函數(shù)如下：

/**

 * @brief    W25QXX擦除一個扇區(qū)

 * @param   sector_addr    —— 扇區(qū)地址 根據(jù)實際容量設(shè)置

 * @retval  none

 * @note    阻塞操作

 */

void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t sector_addr)

{

    uint8_t cmd = SECTOR_ERASE_CMD;

    sector_addr *= 4096;    //每個塊有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)的大小是4KB，需要換算為實際地址

    sector_addr <<= 8;

    W25QXX_Write_Enable();  //擦除操作即寫入0xFF，需要開啟寫使能

    W25QXX_Wait_Busy();        //等待寫使能完成

     /* 使能片選 */

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    SPI_Transmit(&cmd, 1);

    SPI_Transmit((uint8_t*)§or_addr, 3);

    HAL_GPIO_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_PORT, W25Q64_CHIP_SELECT_PIN, GPIO_PIN_SET);

    W25QXX_Wait_Busy();       //等待扇區(qū)擦除完成

}

頁寫入操作

向 Flash 芯片寫數(shù)據(jù)的時候，因為 Flash 內(nèi)部的構(gòu)造，可以按頁寫入：

頁寫入的時序如圖：

編寫代碼如下：

/**

 * @brief    頁寫入操作

 * @param    dat —— 要寫入的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

 * @param    WriteAddr —— 要寫入的地址

 * @param   byte_to_write —— 要寫入的字節(jié)數(shù)（0-256）

 * @retval    none

 */

void W25QXX_Page_Program(uint8_t* dat, uint32_t WriteAddr, uint16_t nbytes)

{

    uint8_t cmd = PAGE_PROGRAM_CMD;

    WriteAddr <<= 8;

    W25QXX_Write_Enable();