浅析FLASH读写----SPI原理及应用

杨桂花 2018-10-07 22422

电子说

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描述

　　SPI Flash

　　首先它是个Flash，Flash是什么东西就不多说了（非易失性存储介质），分为NOR和NAND两种（NOR和NAND的区别本篇不做介绍）。SPI一种通信接口。那么严格的来说SPI Flash是一种使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但现在大部分情况默认下人们说的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把数据线和地址线并排与IC的管脚连接。但是后来发现不同容量的Norflash不能硬件上兼容（数据线和地址线的数量不一样），并且封装比较大，占用了较大的PCB板位置，所以后来逐渐被SPI（串行接口）Norflash所取代。同时不同容量的SPI Norflash管脚也兼容封装也更小。，至于现在很多人说起NOR flash直接都以SPI flash来代称。

　　NorFlash根据数据传输的位数可以分为并行（Parallel，即地址线和数据线直接和处理器相连）NorFlash和串行（SPI，即通过SPI接口和处理器相连）NorFlash；区别主要就是：1、SPI NorFlash每次传输一bit位的数据，parallel连接的NorFlash每次传输多个bit位的数据（有x8和x16bit两种）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口简单点，但速度慢。

　　NandFlash是地址数据线复用的方式，接口标准统一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本没什么问题。但是目前对产品的需求越来越小型化以及成本要求也越来越高，所以SPI NandFlash渐渐成为主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要传统NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作访问，从而降低成本。另外SPI NandFlash封装比传统的封装也小很多，故节省了PCB板的空间。

　　怎么用说白了对于Flash就是读写擦，也就是实现flash的驱动。先简单了解下spi flash的物理连接。

　　之前介绍SPI的时候说过，SPI接口目前的使用是多种方式（具体指的是物理连线有几种方式），Dual SPI、Qual SPI和标准的SPI接口（这种方式肯定不会出现在连接外设是SPI Flash上，这玩意没必要全双工），对于SPI Flash来说，主要就是Dual和Qual这两种方式。具体项目具体看了，理论上在CLK一定的情况下，线数越多访问速度也越快。我们项目采用的Dual SPI方式，即两线。

　　应用环境如下：控制器 STM32F103

　　FLASH M25P64

　　读写方式 SPI

　　编程环境 MDK

　　以SPI方式读写FLASH的基本流程如下：

　　（1）设置SPI的工作模式。

　　（2）flash初始化。

　　（3）SPI写一个字节、写使能函数、写数据函数，读数据函数等编写。

　　（4）主函数编写。

　　一设置SPI工作模式。

　　宏定义

　　#define SPI_FLASH_CS_LOW（） GPIO_ResetBits（GPIOA，GPIO_Pin_4）

　　#define SPI_FLASH_CS_HIGH（） GPIO_SetBits（GPIOA，GPIO_Pin_4）

　　/* M25P64 SPI Flash supported commands */

　　#define WRSR 0x01 /* Write Status Register instruction */

　　#define WREN 0x06 /* Write enable instruction */

　　#define WRDI 0x04 /* Write disable instruction */

　　#define READ 0x03 /* Read from Memory instruction */

　　#define RDSR 0x05 /* Read Status Register instruction */

　　#define RDID 0x9F /* Read identification */

　　#define FAST_READ 0x0B /* Fast read Status Register instruction */

　　#define SE 0xD8 /* Sector Erase instruction */

　　#define BE 0xC7 /* Bulk Erase instruction */

　　#define PP 0x02 /* Page prigrame instruction */

　　#define RES 0xAB /* Sector Erase instruction */

　　#define WIP_FLAG 0x01 /* Write In Progress （WIP） flag */

　　#define DUMMY_BYTE 0xA5

　　#define SIZE sizeof（TEXT_Buffer）

　　#define SPI_FLASH_PAGESIZE 0x100

　　#define FLASH_WriteAddress 0x000000

　　#define FLASH_ReadAddress FLASH_WriteAddress

　　#define FLASH_SectorToErase FLASH_WriteAddress

　　#define M25P64_FLASH_ID 0x202017

　　#define countof（a）（sizeof（a） / sizeof（*（a）））

　　#define BufferSize （countof（Tx_Buffer）-1）

　　SPI初始化

　　void Init_SPI1（void）

　　{

　　SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　/* Enable SPI and GPIO clocks */

　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA ， ENABLE）;

　　/* Configure SPI pins： SCK， MISO and MOSI */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

　　/* Configure I/O for Flash Chip select */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　/* SPI configuration */

　　SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //双工模式

　　SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //SPI主模式

　　SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //8bit数据

　　SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //CLK空闲时为高电平

　　SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //CLK上升沿采样，因为上升沿是第二个边沿动作，所以也可以理解为第二个边沿采样

　　SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //片选用软件控制

　　SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; //SPI频率：72M/4 = 18M

　　SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //高位在前

　　SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //crc7，stm32spi带硬件ecc

　　SPI_Init（SPI1， &SPI_InitStructure）;

　　/* Enable the SPI */

　　SPI_Cmd（SPI1， ENABLE）;

　　SPI_FLASH_SendByte（0xFF）; // 启动传输

　　}

　　二 FLASH初始化

　　void Init_FLASH（void）

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　/* Enable GPIO clocks */

　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA ， ENABLE）;

　　/* PA0--SPI_FLASH_HOLD */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

　　/* PC4-- SPI_FLASH_WP */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（GPIOC， &GPIO_InitStructure）;

　　GPIO_SetBits（GPIOA，GPIO_Pin_0）;

　　GPIO_ResetBits（GPIOC，GPIO_Pin_4）;

　　Init_SPI1（）;

　　}

　　三函数编写

　　/* 通过SPIx发送一个数据，同时接收一个数据*/

　　u8 SPI_FLASH_SendByte（u8 byte）

　　{

　　/* Loop while DR register in not emplty */

　　while （SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI1， SPI_I2S_FLAG_TXE） == RESET）;//如果发送寄存器数据没有发送完，循环等待

　　/* Send byte through the SPI1 peripheral */

　　SPI_I2S_SendData（SPI1， byte）; //往发送寄存器写入要发送的数据

　　/* Wait to receive a byte */

　　while （SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI1， SPI_I2S_FLAG_RXNE） == RESET）;//如果接收寄存器没有收到数据，循环

　　/* Return the byte read from the SPI bus */

　　return SPI_I2S_ReceiveData（SPI1）;

　　}

　　/* brief Enables the write access to the FLASH. */

　　void SPI_FLASH_WriteEnable（void）

　　{

　　/* Select the FLASH： Chip Select low */

　　SPI_FLASH_CS_LOW（）;

　　/* Send “Write Enable” instruction */

　　SPI_FLASH_SendByte（WREN）;

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　}

　　/*brief Erases the specified FLASH sector. */

　　void SPI_FLASH_SectorErase（u32 SectorAddr）

　　{

　　/* Send write enable instruction */

　　SPI_FLASH_WriteEnable（）;

　　/* Sector Erase */

　　/* Select the FLASH： Chip Select low */

　　SPI_FLASH_CS_LOW（）;

　　/* Send Sector Erase instruction */

　　SPI_FLASH_SendByte（SE）;

　　/* Send SectorAddr high nibble address byte */

　　SPI_FLASH_SendByte（（SectorAddr & 0xFF0000）》》 16）;

　　/* Send SectorAddr medium nibble address byte */

　　SPI_FLASH_SendByte（（SectorAddr & 0xFF00）》》 8）;

　　/* Send SectorAddr low nibble address byte */

　　SPI_FLASH_SendByte（SectorAddr & 0xFF）;

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　}

　　/*brief Writes more than one byte to the FLASH with a single WRITE cycle */

　　void SPI_FLASH_PageWrite（u8* pBuffer， u32 WriteAddr， u16 NumByteToWrite）

　　{

　　/* Enable the write access to the FLASH */

　　SPI_FLASH_WriteEnable（）;

　　/* Select the FLASH： Chip Select low */

　　SPI_FLASH_CS_LOW（）;

　　/* Send “Write to Memory ” instruction */

　　SPI_FLASH_SendByte（PP）;

　　/* Send WriteAddr high nibble address byte to write to */

　　SPI_FLASH_SendByte（（WriteAddr & 0xFF0000）》》 16）;

　　/* Send WriteAddr medium nibble address byte to write to */

　　SPI_FLASH_SendByte（（WriteAddr & 0xFF00）》》 8）;

　　/* Send WriteAddr low nibble address byte to write to */

　　SPI_FLASH_SendByte（WriteAddr & 0xFF）;

　　while（NumByteToWrite--）

　　{

　　SPI_FLASH_SendByte（*pBuffer）;

　　pBuffer++;

　　}

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　}

　　/*brief Writes block of data to the FLASH. In this function， the number of */

　　void SPI_FLASH_BufferWrite（u8* pBuffer， u32 WriteAddr， u16 NumByteToWrite）

　　{

　　u8 NumOfPage = 0， NumOfSingle = 0， Addr = 0， count = 0， temp = 0;

　　Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　count = SPI_FLASH_PAGESIZE - Addr;

　　NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　if （Addr == 0） /* WriteAddr is SPI_FLASH_PAGESIZE aligned */

　　{

　　if （NumOfPage == 0） /* NumByteToWrite 《 SPI_FLASH_PAGESIZE */

　　{

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， NumByteToWrite）;

　　}

　　else /* NumByteToWrite 》 SPI_FLASH_PAGESIZE */

　　{

　　while （NumOfPage--）

　　{

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， SPI_FLASH_PAGESIZE）;

　　WriteAddr += SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　pBuffer += SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　}

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， NumOfSingle）;

　　}

　　else /* WriteAddr is not SPI_FLASH_PAGESIZE aligned */

　　{

　　if （NumOfPage == 0） /* NumByteToWrite 《 SPI_FLASH_PAGESIZE */

　　{

　　if （NumOfSingle 》 count） /* （NumByteToWrite + WriteAddr）》 SPI_FLASH_PAGESIZE */

　　{

　　temp = NumOfSingle - count;

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， count）;

　　WriteAddr += count;

　　pBuffer += count;

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， temp）;

　　}

　　else

　　{

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， NumByteToWrite）;

　　}

　　else /* NumByteToWrite 》 SPI_FLASH_PAGESIZE */

　　{

　　NumByteToWrite -= count;

　　NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， count）;

　　WriteAddr += count;

　　pBuffer += count;

　　while （NumOfPage--）

　　{

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， SPI_FLASH_PAGESIZE）;

　　WriteAddr += SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　pBuffer += SPI_FLASH_PAGESIZE;

　　}

　　if （NumOfSingle ！= 0）

　　{

　　SPI_FLASH_PageWrite（pBuffer， WriteAddr， NumOfSingle）;

　　}

　　/*brief Reads a block of data from the FLASH. */

　　void SPI_FLASH_BufferRead（u8* pBuffer， u32 ReadAddr， u16 NumByteToRead）

　　{

　　/* Select the FLASH： Chip Select low */

　　SPI_FLASH_CS_LOW（）;

　　/* Send “Read from Memory ” instruction */

　　SPI_FLASH_SendByte（READ）;

　　/* Send ReadAddr high nibble address byte to read from */

　　SPI_FLASH_SendByte（（ReadAddr & 0xFF0000）》》 16）;

　　/* Send ReadAddr medium nibble address byte to read from */

　　SPI_FLASH_SendByte（（ReadAddr& 0xFF00）》》 8）;

　　/* Send ReadAddr low nibble address byte to read from */

　　SPI_FLASH_SendByte（ReadAddr & 0xFF）;

　　while （NumByteToRead--） /* while there is data to be read */

　　{

　　/* Read a byte from the FLASH */

　　*pBuffer = SPI_FLASH_SendByte（DUMMY_BYTE）;

　　/* Point to the next location where the byte read will be saved */

　　pBuffer++;

　　}

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　}

　　/*brief Reads FLASH identification. */

　　u32 SPI_FLASH_ReadID（void）

　　{

　　u32 Temp = 0， Temp0 = 0， Temp1 = 0， Temp2 = 0;

　　/* Select the FLASH： Chip Select low */

　　SPI_FLASH_CS_LOW（）;

　　/* Send “RDID ” instruction */

　　SPI_FLASH_SendByte（0x9F）;

　　/* Read a byte from the FLASH */

　　Temp0 = SPI_FLASH_SendByte（DUMMY_BYTE）;

　　/* Read a byte from the FLASH */

　　Temp1 = SPI_FLASH_SendByte（DUMMY_BYTE）;

　　/* Read a byte from the FLASH */

　　Temp2 = SPI_FLASH_SendByte（DUMMY_BYTE）;

　　/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

　　SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

　　Temp = （Temp0 《《 16） | （Temp1 《《 8） | Temp2;

　　return Temp;

　　}

　　四主函数

　　void SPI1_Test（void）

　　{

　　/* Get SPI Flash ID */

　　FLASH_ID = SPI_FLASH_ReadID（）;

　　if （FLASH_ID == M25P64_FLASH_ID）

　　{

　　/* Write Tx_Buffer data to SPI FLASH memory */

　　SPI_FLASH_BufferWrite（Tx_Buffer， FLASH_WriteAddress， BufferSize）;

　　delay_ms（20）;

　　DbgOutputstr（“Write message is ok！\r\n”）;

　　/* Read data from SPI FLASH memory */

　　memset（Rx_Buffer，0，sizeof（Rx_Buffer））;

　　SPI_FLASH_BufferRead（Rx_Buffer， FLASH_ReadAddress， BufferSize）;

　　DbgOutputstr（“the message you write is：\r\n”）;

　　DbgOutputstr（（char *）Rx_Buffer）;

　　DbgOutputstr（“\r\n”）;//插入换行

　　/* Erase SPI FLASH Sector to write on */

　　SPI_FLASH_SectorErase（FLASH_SectorToErase）;

　　delay_ms（10）;

　　/* Read data from SPI FLASH memory No data -----Erase is ok */

　　memset（Rx_Buffer，0，sizeof（Rx_Buffer））;

　　SPI_FLASH_BufferRead（Rx_Buffer， FLASH_ReadAddress， BufferSize）;

　　DbgOutputstr（“the message you write is：\r\n”）;

　　DbgOutputstr（（char *）Rx_Buffer）;

　　DbgOutputstr（“\r\n”）;//插入换行

　　delay_ms（1000）;

　　}

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