一文讲透SPI总线和IIC总线通信4

下面将对W25Q128的常用操作方式进行介绍。

1、只发送指令——写使能、写失能

写使能是指状态寄存器中的WEL位置1（发送写使能指令后硬件自动设置），失能就是清零操作。在发送页写，扇区擦除，块擦除，片擦除，写状态寄存器，擦写安全寄存器指令之前，必须先等待WEL 位置1 ，这些操作完成后，WEL会自动硬件清零。写失能是将状态寄存器中的WEL软件清零，写失能这个操作很少用到，大多数情况都是硬件自动完成。

根据SPI的操作时序，将指令（06h或04h）通过DI（MOSI）发送给W25Q128，期间DO（MISO）处于高阻状态，时序图如图6-11和图6-12所示。

图6-13 写使能时序

图6-14 写失能时序

2、发送指令，返回数据——读状态寄存器

读状态寄存器指令允许读8位状态寄存器位。读状态寄存指令在任何时间都可使用，可以用05H/35H/15H分别读取W25Q128的三个状态寄存器。实际上用的最多的只有05H读取状态寄存器1的第0位（BUSY位），用来查看相应指令周期是否结束，芯片是否可以接收新的指令。

根据SPI的操作时序，将指令05H通过DI发送，而后通过DO读回状态寄存器的值，时序图如图6-15所示。注意通常我们只读一个字节，时序图后续字节为芯片备用扩展的。

图6-15 读状态寄存器时序图

3、发送指令+数据——写状态寄存器

写状态寄存器的作用主要实现对Flash某些区域的数据或者状态保护，一旦写入保护状态，在状态解除之前，这块区域是禁止写入和擦除的。这部分在本教程中没有应用，有兴趣的读者可以根据时序图和手册资料了解一下，时序图如图6-16所示。

图6-16 写状态寄存器时序图

4、读数据

读数据指令允许从存储器读一个字节和连续多个字节。

首先要确认BUSY位为0，然后根据SPI的操作时序，首先写入指令代码03H，而后紧跟3个字节的地址。当W25Q128收到地址后，会将相应地址处的数据根据SPI时序输出来；如果连续读多个字节，那每经过8个时钟周期地址自动加1，并且输出相应数据，一直到CS拉高，时序图如图6-17所示。

图6-17 读数据时序图

5、写入数据（页编程）

W25Q128一次写入的数据只能小于等于256字节，并且不能一次性跨页写入。当遇到跨页时，应先写满一页，等待BUSY位为0，再次往下一页写。（如果写满一页继续往下写则会跳到缓存区的页首位置开始写，之前数据会被覆盖）

在写入数据之前，该页必须被擦除过，然后根据写入地址和写入的字节数计算是否跨页以及页数。根据SPI的操作时序，首先通过写使能将WEL置1，然后写入指令代码02H，而后紧跟着3个字节的地址，而后接着发送要存储的数据，时序图如图6-18所示。

图6-18 页编程时序图

写入数据完毕后，W25Q128将数据从缓存搬移到非易失区所消耗的时间要了解一下，在手册的84页有介绍，大概是(30+(x-1)*2.5)us ~ (50+(x-1)*12) us之间(x为写入的字节)，搬移完成后，WEL位会自动清零，BUSY自动清零。

6、扇区擦除、块擦除

可以使用20H、52H和D8H分别对扇区擦除、32K块擦除和64K块擦除。根据SPI的操作时序，在写入擦除指令之前首先通过写使能将WEL置1，然后写入指令代码20H/52H/D8H中的一个，而后紧跟着3个字节的擦除首地址。

地址发送完毕后，必须将CS拉高，擦除指令才开始执行，并且需要一定的擦除时间，在这个时间内，只能读状态寄存器，其他操作均不能进行。扇区、32K块和64K的擦除典型时间分别是100ms、120ms和150ms，最大时间分别是400ms、1.6s、2s。当擦除完成，WEL和BUSY位自动清零，就可以再次接收新的操作指令，时序图如图6-19所示。

图6-19 扇区和块擦除时序图

7、全片擦除

可以使用C7H/60H指令对整片进行擦除操作。根据SPI的操作时序，在写入擦除指令之前首先通过写使能将WEL置1，然后写入指令代码C7H或者60H，发送完毕拉高CS后，擦除指令开始执行。

整片擦除过程中，只能读状态寄存器，其他操作均不能进行。整片擦除的典型时间是40秒，最大时间是200秒。当擦除完成后，WEL和BUSY位自动清零，就可以再次接收新的操作指令，时序图如图6-20所示。

图6-20 全片擦除时序图

接下来根据W25Q128的时序编写驱动程序，该驱动文件可以驱动W25Qxx系列的Flash存储芯片，不同型号的ID不同，W25Qxx初始化时会通过判断芯片ID来识别是否通信成功。

6.9.3 串口控制Flash读写实验

由于Flash与EEPROM实现的功能类似，本节通过改写串口发送指令控制EEPROM读写数据的例程，设计了串口发送指令控制Flash读写。帮助大家更好的体会串口实用例程以及Flash读写流程。

Flash读数据指令格式：“f-read 地址 字节长度”，其中地址范围为0~1610241024，e2read、地址、字节长度之间由空格隔开，比如从地址1开始读取5字节数据：f-read 1 5。单片机收到指令后执行多字节读操作，通过串口助手返回读出的数据。

Flash写数据指令格式：“f-write 地址 数据”，地址范围为0~1610241024，f-write、地址、数据之间同样由空格隔开，比如从地址1开始写入hello：f-write 1 hello。单片机收到指令后执行多字节写操作，写入成功后通过串口助手返回“f-write done.”

如果发送指令格式错误，返回“bad parameter.”，如果发送指令错误，将返回发送的数据。由于程序中设定的串口接收和发送缓冲区最大为256字节，因此该实验单次读取或者写入的字节数应小于256字节。

106.10 逻辑分析仪测试SPI信号

当进行SPI通信出现异常时，可以通过逻辑分析仪进行通信时序上的问题查找，如图6-18所示。从图上可以看出SCK空闲时是高电平，即CPOL=1；从CLK的跳沿箭头上可以看出，是后沿读取数据，即CPHA=1。数据分析可以通过MISO和MOSI解析后的数据判断出。通过分析仪的数据解析功能，可以直观看到STM32与Flash之间的通信数据，从而进一步确定问题所在。

图6-21 Kingst LA5016逻辑分析仪解析SPI数据