概述
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器。 W25Q128 是一款SPI接口的Flash芯片,其存储空间为 128Mbit,相当于16M字节。W25Q128可以支持 SPI 的模式 0 和模式 3,也就是 CPOL=0/CPHA=0 和CPOL=1/CPHA=1 这两种模式。
硬件准备
首先需要准备一个开发板,这里我准备的是NUCLEO-F030R8的开发板:
Flash就是淘宝上SPI接口的W25Q128模块。
视频教学
选择芯片型号
使用STM32CUBEMX选择芯片stm32f030r8,如下所示:
配置时钟源
HSE与LSE分别为外部高速时钟和低速时钟,在本文中使用内置的时钟源,故都选择Disable选项,如下所示:
配置时钟树
STM32F0的最高主频到48M,所以配置48即可:
串口配置
本次实验使用的串口1进行串口通信,波特率配置为115200。
开启DMA。
中断。
SPI配置
本次实验使用的SPI与Flash通信,配置如下。
SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是MISO(主设备数据输入)、MOSI(主设备数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
(1)MISO– Master Input Slave Output,主设备数据输入,从设备数据输出;
(2)MOSI– Master Output Slave Input,主设备数据输出,从设备数据输入;
(3)SCLK – Serial Clock,时钟信号,由主设备产生;
(4)CS – Chip Select,从设备使能信号,由主设备控制。
接线方式
负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因,由SCLK提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。因此,至少需要8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),才能完成8位数据的传输。
时钟信号线SCLK只能由主设备控制,从设备不能控制。同样,在一个基于SPI的设备中,至少有一个主设备。这样的传输方式有一个优点,在数据位的传输过程中可以暂停,也就是时钟的周期可以为不等宽,因为时钟线由主设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。芯片集成的SPI串行同步时钟极性和相位可以通过寄存器配置,IO模拟的SPI串行同步时钟需要根据从设备支持的时钟极性和相位来通讯。
最后,SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
其中,CS是从芯片是否被主芯片选中的控制信号,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),主芯片对此从芯片的操作才有效。这就使在同一条总线上连接多个SPI设备成为可能。
随便配置一个端口为CS片选,并且命名为CS。
生成工程设置
注意在生产工程设置中不能出现中文,不然会报错。
生成代码
配置keil
W25Q128的原理及应用
W25Q128将16M的容量分为256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。 W25Q128的最小擦除单位为一个扇区,也就是每次必须擦除4K个字节 。
芯片ID如下所示。
- 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
驱动代码
W25Qx.c
#include "W25Qx.h"
uint8_t BSP_W25Qx_Init(void)
{
BSP_W25Qx_Reset();
return BSP_W25Qx_GetStatus();
}
static void BSP_W25Qx_Reset(void)
{
uint8_t cmd[2] = {RESET_ENABLE_CMD,RESET_MEMORY_CMD};
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 2, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
}
static uint8_t BSP_W25Qx_GetStatus(void)
{
uint8_t cmd[] = {READ_STATUS_REG1_CMD};
uint8_t status;
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 1, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
HAL_SPI_Receive(&hspi1,&status, 1, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
if((status & W25Q128FV_FSR_BUSY) != 0)
{
return W25Qx_BUSY;
}
else
{
return W25Qx_OK;
}
}
uint8_t BSP_W25Qx_WriteEnable(void)
{
uint8_t cmd[] = {WRITE_ENABLE_CMD};
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 1, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
while(BSP_W25Qx_GetStatus() == W25Qx_BUSY);
{
if((HAL_GetTick() - tickstart) > W25Qx_TIMEOUT_VALUE)
{
return W25Qx_TIMEOUT;
}
}
return W25Qx_OK;
}
void BSP_W25Qx_Read_ID(uint8_t *ID)
{
uint8_t cmd[4] = {READ_ID_CMD,0x00,0x00,0x00};
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
HAL_SPI_Receive(&hspi1,ID, 2, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
}
uint8_t BSP_W25Qx_Read(uint8_t* pData, uint32_t ReadAddr, uint32_t Size)
{
uint8_t cmd[4];
cmd[0] = READ_CMD;
cmd[1] = (uint8_t)(ReadAddr >> 16);
cmd[2] = (uint8_t)(ReadAddr >> 8);
cmd[3] = (uint8_t)(ReadAddr);
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
if (HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData,Size,W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
{
return W25Qx_ERROR;
}
W25Qx_Disable();
return W25Qx_OK;
}
uint8_t BSP_W25Qx_Write(uint8_t* pData, uint32_t WriteAddr, uint32_t Size)
{
uint8_t cmd[4];
uint32_t end_addr, current_size, current_addr;
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
current_addr = 0;
while (current_addr <= WriteAddr)
{
current_addr += W25Q128FV_PAGE_SIZE;
}
current_size = current_addr - WriteAddr;
if (current_size > Size)
{
current_size = Size;
}
current_addr = WriteAddr;
end_addr = WriteAddr + Size;
do
{
cmd[0] = PAGE_PROG_CMD;
cmd[1] = (uint8_t)(current_addr >> 16);
cmd[2] = (uint8_t)(current_addr >> 8);
cmd[3] = (uint8_t)(current_addr);
BSP_W25Qx_WriteEnable();
W25Qx_Enable();
if (HAL_SPI_Transmit(&hspi1,cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
{
return W25Qx_ERROR;
}
if (HAL_SPI_Transmit(&hspi1, pData,current_size, W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
{
return W25Qx_ERROR;
}
W25Qx_Disable();
while(BSP_W25Qx_GetStatus() == W25Qx_BUSY);
{
if((HAL_GetTick() - tickstart) > W25Qx_TIMEOUT_VALUE)
{
return W25Qx_TIMEOUT;
}
}
current_addr += current_size;
pData += current_size;
current_size = ((current_addr + W25Q128FV_PAGE_SIZE) > end_addr) ? (end_addr - current_addr) : W25Q128FV_PAGE_SIZE;
} while (current_addr < end_addr);
return W25Qx_OK;
}
uint8_t BSP_W25Qx_Erase_Block(uint32_t Address)
{
uint8_t cmd[4];
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
cmd[0] = SECTOR_ERASE_CMD;
cmd[1] = (uint8_t)(Address >> 16);
cmd[2] = (uint8_t)(Address >> 8);
cmd[3] = (uint8_t)(Address);
BSP_W25Qx_WriteEnable();
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
while(BSP_W25Qx_GetStatus() == W25Qx_BUSY);
{
if((HAL_GetTick() - tickstart) > W25Q128FV_SECTOR_ERASE_MAX_TIME)
{
return W25Qx_TIMEOUT;
}
}
return W25Qx_OK;
}
uint8_t BSP_W25Qx_Erase_Chip(void)
{
uint8_t cmd[4];
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
cmd[0] = SECTOR_ERASE_CMD;
BSP_W25Qx_WriteEnable();
W25Qx_Enable();
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 1, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);
W25Qx_Disable();
while(BSP_W25Qx_GetStatus() != W25Qx_BUSY);
{
if((HAL_GetTick() - tickstart) > W25Q128FV_BULK_ERASE_MAX_TIME)
{
return W25Qx_TIMEOUT;
}
}
return W25Qx_OK;
}
W25Qx.h
#ifndef __W25Qx_H
#define __W25Qx_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include "stm32f0xx.h"
#include "spi.h"
#define W25Q128FV_FLASH_SIZE 0x1000000
#define W25Q128FV_SECTOR_SIZE 0x10000
#define W25Q128FV_SUBSECTOR_SIZE 0x1000
#define W25Q128FV_PAGE_SIZE 0x100
#define W25Q128FV_DUMMY_CYCLES_READ 4
#define W25Q128FV_DUMMY_CYCLES_READ_QUAD 10
#define W25Q128FV_BULK_ERASE_MAX_TIME 250000
#define W25Q128FV_SECTOR_ERASE_MAX_TIME 3000
#define W25Q128FV_SUBSECTOR_ERASE_MAX_TIME 800
#define W25Qx_TIMEOUT_VALUE 1000
#define RESET_ENABLE_CMD 0x66
#define RESET_MEMORY_CMD 0x99
#define ENTER_QPI_MODE_CMD 0x38
#define EXIT_QPI_MODE_CMD 0xFF
#define READ_ID_CMD 0x90
#define DUAL_READ_ID_CMD 0x92
#define QUAD_READ_ID_CMD 0x94
#define READ_JEDEC_ID_CMD 0x9F
#define READ_CMD 0x03
#define FAST_READ_CMD 0x0B
#define DUAL_OUT_FAST_READ_CMD 0x3B
#define DUAL_INOUT_FAST_READ_CMD 0xBB
#define QUAD_OUT_FAST_READ_CMD 0x6B
#define QUAD_INOUT_FAST_READ_CMD 0xEB
#define WRITE_ENABLE_CMD 0x06
#define WRITE_DISABLE_CMD 0x04
#define READ_STATUS_REG1_CMD 0x05
#define READ_STATUS_REG2_CMD 0x35
#define READ_STATUS_REG3_CMD 0x15
#define WRITE_STATUS_REG1_CMD 0x01
#define WRITE_STATUS_REG2_CMD 0x31
#define WRITE_STATUS_REG3_CMD 0x11
#define PAGE_PROG_CMD 0x02
#define QUAD_INPUT_PAGE_PROG_CMD 0x32
#define SECTOR_ERASE_CMD 0x20
#define CHIP_ERASE_CMD 0xC7
#define PROG_ERASE_RESUME_CMD 0x7A
#define PROG_ERASE_SUSPEND_CMD 0x75
#define W25Q128FV_FSR_BUSY ((uint8_t)0x01)
#define W25Q128FV_FSR_WREN ((uint8_t)0x02)
#define W25Q128FV_FSR_QE ((uint8_t)0x02)
#define W25Qx_Enable() HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define W25Qx_Disable() HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define W25Qx_OK ((uint8_t)0x00)
#define W25Qx_ERROR ((uint8_t)0x01)
#define W25Qx_BUSY ((uint8_t)0x02)
#define W25Qx_TIMEOUT ((uint8_t)0x03)
uint8_t BSP_W25Qx_Init(void);
static void BSP_W25Qx_Reset(void);
static uint8_t BSP_W25Qx_GetStatus(void);
uint8_t BSP_W25Qx_WriteEnable(void);
void BSP_W25Qx_Read_ID(uint8_t *ID);
uint8_t BSP_W25Qx_Read(uint8_t* pData, uint32_t ReadAddr, uint32_t Size);
uint8_t BSP_W25Qx_Write(uint8_t* pData, uint32_t WriteAddr, uint32_t Size);
uint8_t BSP_W25Qx_Erase_Block(uint32_t Address);
uint8_t BSP_W25Qx_Erase_Chip(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
写好的W25Qx.c放入Src文件夹内,W25Qx.h放入Inc文件夹内,之后需要在keil中加入这2个文件。
代码
本例程向1,2,3扇区中写入数据,并且读取出来,例程代码如下。 头文件定义。
#include "stdio.h"
#include <string.h>
#include "W25Qx.h"
串口接收和flash数组定义。
#define BUFFERSIZE 255
uint8_t ReceiveBuff[BUFFERSIZE];
uint8_t recv_end_flag = 0,Rx_len;
uint8_t wData1[0x200];
uint8_t wData2[0x200];
uint8_t wData3[0x200];
uint8_t rData1[0x200];
uint8_t rData2[0x200];
uint8_t rData3[0x200];
uint8_t ID[4];
uint32_t i;
uint8_t flag[1] ;
int i_flag = 0;
串口重定向。
void uart1_data(void);
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
return ch;
}
#include "stm32f0xx_it.c"文件中断外部变量引用:
#define BUFFERSIZE 255
extern uint8_t recv_end_flag,Rx_len,bootfirst;
串口1中断函数:
void USART1_IRQHandler(void)
{
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
uint32_t temp;
if(USART1 == huart1.Instance)
{
if(RESET != __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE))
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
Rx_len = BUFFERSIZE - temp;
recv_end_flag = 1;
}
}
}
在main.c函数中,初始化串口和W25Q128。
printf("串口1DMA例程\n");
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
printf("\r\n SPI-W25Q128读写\n");
BSP_W25Qx_Init();
BSP_W25Qx_Read_ID(ID);
if((ID[0] != 0xEF) | (ID[1] != 0x17))
{
Error_Handler();
}
else
{
printf("W25Q128 ID : ");
for(i=0;i<2;i++)
{
printf("0x%02X ",ID[i]);
}
printf("\r\n\r\n");
}
if(BSP_W25Qx_Read(rData1,0x0,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取原始的前1个扇区数据成功!\n");
else
Error_Handler();
printf("读取原始的前1个扇区数据为: \r\n");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n1扇区第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData1[i]);
}
printf("\n");
if(BSP_W25Qx_Read(rData2,0x1000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取原始的前2个扇区数据成功!\n");
else
Error_Handler();
printf("读取原始的前2个扇区数据为:");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n2扇区第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData2[i]);
}
printf("\n");
if(BSP_W25Qx_Read(rData3,0x2000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取原始的前3个扇区数据成功!\n");
else
Error_Handler();
printf("读取原始的前3个扇区数据为: ");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n3扇区第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData3[i]);
}
printf("\n");
if(BSP_W25Qx_Erase_Block(0) == W25Qx_OK)
printf(" QSPI Erase Block ok\r\n");
else
Error_Handler();
printf(" 初始化数据,清零第1扇区前0x200的数据!\r\n");
for(i =0;i<0x200;i ++)
{
wData1[i] = 0;
rData1[i] = 0;
}
if(BSP_W25Qx_Write(wData1,0x00,0x200)== W25Qx_OK)
printf("清零第1扇区前0x200的数据成功!\r\n");
else
Error_Handler();
if(BSP_W25Qx_Read(rData1,0x00,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取第1扇区前0x200数据成功!\r\n\r\n");
else
Error_Handler();
printf("读取第1扇区前0x200数据为: \r\n");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData1[i]);
}
printf("\n");
if(BSP_W25Qx_Erase_Block(0x1000) == W25Qx_OK)
printf(" QSPI Erase Block ok\r\n");
else
Error_Handler();
printf(" 初始化数据,清零第2扇区前0x200的数据!\r\n");
for(i =0;i<0x200;i ++)
{
wData2[i] = 0;
rData2[i] = 0;
}
if(BSP_W25Qx_Write(wData2,0x1000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("清零第2扇区前0x200的数据成功!\r\n");
else
Error_Handler();
if(BSP_W25Qx_Read(rData2,0x1000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取第2扇区前0x200数据成功!\r\n\r\n");
else
Error_Handler();
printf("读取第2扇区前0x200数据为: \r\n");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData2[i]);
}
printf("\n");
if(BSP_W25Qx_Erase_Block(0x2000) == W25Qx_OK)
printf(" QSPI Erase Block ok\r\n");
else
Error_Handler();
printf(" 初始化数据,清零第3扇区前0x200的数据!\r\n");
for(i =0;i<0x200;i ++)
{
wData3[i] = 0;
rData3[i] = 0;
}
if(BSP_W25Qx_Write(wData3,0x2000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("清零第3扇区前0x200的数据成功!\r\n");
else
Error_Handler();
if(BSP_W25Qx_Read(rData3,0x2000,0x200)== W25Qx_OK)
printf("读取第3扇区前0x200数据成功!\r\n\r\n");
else
Error_Handler();
printf("读取第3扇区前0x200数据为: \r\n");
for(i =0;i<0x200;i++)
{
if(i%20==0)
printf("\n第%d到%d的数据为:\r\n",i,i+19);
printf("0x%02X ",rData3[i]);
}
printf("\n");
主程序。
while (1)
{
uart1_data();
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(100);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(100);
}
演示效果
W25Q128芯片型号的ID为0XEF17,下方读取为0XEF17,所以读取成功。
开机会打印出1,2,3扇区的前0x200个数据,即打印2页的数据。
打印完原始数据之后将数据全部清零,清零完成如下图所示。
串口定义了ReceiveBuff[0]的数据为写入什么扇区,ReceiveBuff[0]为1写入扇区1,ReceiveBuff[0]为2写入扇区2,ReceiveBuff[0]为3写入扇区3,若为其他数据,则打印输入错误;ReceiveBuff[1]则为写入的位置。
输入:01 05 01 02 03 04
向扇区1的的05号位置开始写入数据01 02 03 04。
输入:01 28 11 12 13 14 15 向扇区1的的40(28是十六进制)号位置开始写入数据11 12 13 14 15。
输入:03 10 aa bb 向扇区3的的16(10是十六进制)号位置开始写入数据aa bb。