浅谈STM32F10X SPI操作flash MX25L64读写数据

杨桂花 2018-10-07 10897

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。

　　前一段时间在弄SPI，之前没接触过嵌入式外围应用，就是单片机也只接触过串口通信，且也是在学校的时候了。从离开手机硬件测试岗位后，自己一直想在嵌入式方面发展，在1月4号开始自己的第二份工作后，首先接触到的是为STM32F103写SPI控制flash读写操作，现记下曾经的脚印，希望以后能少走弯路！心得：细心活！

　　简单的一种应用，ARM芯片作为master，flash为slaver，实现单对单通信。ARM主控芯片STM32F103，flash芯片为MACRONIX INTERNATIONAL的MX25L6465E，64Mbit。

　　SPI应该是嵌入式外围中最简单的一种应用了吧！一般SPI应用有两种方法：软件仿真，手动模拟产生时序和应用主控芯片的SPI控制器。

　　一般采用第二种方法比较好，比较稳定。应用主控芯片的SPI控制器，要点：正确的初始化SPI、操作SPI各寄存器和正确理解flash的时序。下面是过程，采用的是STM32F10X自带的库函数

　　1、初始化：void SpiFlashInitialzation（void）；

　　要知道硬件是怎么连接的，是SPI1还是SPI2连接到flash中去，通过连接图知道我们要操作的是SPI2。初始化大概3个部分，配置时钟；配置GPIO；配置SPI2。这里要注意的是，CS片选脚是作为普通的GPIO来使用，输出方式为“推挽式输出”，其他CLK，MISO，MOSI为“复用功能推挽式输出”；

　　代码：

　　［c-sharp］ view plain copyvoid SpiFlashInitialzation（void）

　　{

　　/*初始化的SPI，GPIO结构体*/

　　SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　RCC_APB1PeriphClockCmd（ RCC_APB1Periph_SPI2， ENABLE）; /*在RCC_APB1ENB中使能SPI2时钟（位14）*/

　　RCC_APB2PeriphClockCmd（ RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）;/*因为与SPI2相关的4个引脚和GPIOB相*/

　　/*关，GPIOB时钟（位3），这句现在还不 */

　　/*确定要不要，待调试时再确定 */

　　/*上面这一句是必须的，因为CS脚是当做GPIO来使用的，2011-01-30调试*/

　　/*配置SPI_FLASH_CLK（PB13），SPI_FLASH_MISO（PB14），SPI_FLASH_MOSI（PB15）*/

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; /*复用功能推挽式输出*/

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（ GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

　　/*配置输入SPI_FLASH_CS（PB12）*/

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /*推挽式输出*/

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（ GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

　　SPI_FLASH_CS_SET; /*不选flash*/

　　/* SPI2配置增加于2010-01-13*/

　　/* 注意：在SPI_NSS_Soft模式下，SSI位决定了NSS引脚上（PB12）的电平，

　　* 而SSM=1时释放了NSS引脚，NSS引脚可以用作GPIO口*/

　　SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; /*双线双向全双工BIDI MODE=0*/

　　SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; /*SSI位为1，MSTR位为1*/

　　SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; /*SPI发送接收8位帧结构*/

　　SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; /*CPOL=1，CPHA=1，模式3*/

　　SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;

　　SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; /*内部NSS信号由SSI位控制，SSM=1*/

　　SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; /*波特率预分频值为4*/

　　SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; /*数据传输从MSB位开始*/

　　SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; /*复位默认值*/

　　SPI_Init（SPI_SELECT， &SPI_InitStructure）;

　　SPI_Cmd（SPI_SELECT，ENABLE）; /*使能SPI2*/

　　}

　　2、正确的操作SPI控制器；

　　这里需要注意的是理解SPI状态寄存器，特别是SPI_SR位7忙标志位BSY要小心，每次操作SPI要先读SPI_SR，BSY不忙才可下一步，然后就是操作缓冲器了。这里还有一个问题曾经困扰了我好久，SPI的时序问题，就是CLK怎么输出时序，最后我的理解是SPI每发送一个字节，CLK就自动会产生时序，如果没发送，CLK也就停止，这样节省了功耗。于是，如果SPI要接收字节，就必须先要发一个字节，例如发一个SPI_DUMMY_BYTE，Dummy byte有些flash有定义有些没有，没有的话自己随便定义一个，只要不和命令字相同就可以了。

　　u8 SpiFlashSendByte（u8 send_data）;

　　u8 SpiFlashReceiveByte（void）;

　　代码：

　　［cpp］ view plain copy/*******************************2011-01-13******************************/

　　/*功能： SPI发送一个字节

　　*参数： send_data：待发送的字节

　　*返回：无*/

　　u8 SpiFlashSendByte（u8 send_data）

　　{

　　/*检查Busy位，SPI的SR中的位7，SPI通信是否为忙，直到不忙跳出*/

　　//while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;

　　/*检查TXE位，SPI的SR中的位1，发送缓冲器是否为空，直到空跳出*/

　　while（ RESET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT，SPI_I2S_FLAG_TXE））;

　　SPI_I2S_SendData（SPI_SELECT， send_data）; /*发送一个字节*/

　　/*发送数据后再接收一个字节*/

　　while（ RESET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_RXNE））;

　　return（ SPI_I2S_ReceiveData（SPI_SELECT））;

　　}

　　［cpp］ view plain copy/*******************************2011-01-13******************************/

　　/*功能： SPI接收flash的一个字节

　　*参数：接收到的字节

　　*返回：无*/

　　u8 SpiFlashReceiveByte（void）

　　{

　　/*检查RXNE位，SPI的SR中位0，确定接收缓冲器是有数据的*/

　　return（SpiFlashSendByte（SPI_DUMMY_BYTE））;

　　}

　　3、理解flash的读写操作

　　首先，写数据之前必须要擦除，因为所有的flash只能从1变为0，擦除将flash全部置1，写的时候相应位置0。

　　读写操作这部分，flash芯片手册详细的说明了操作步骤，需要注意的是：flash MX25L64的状态寄存器。对flash操作之前，先读flash_SR，确保WIP=0（flash空闲），对flash擦除、编程等操作确保WEL=1（flash能够接受擦出编程等操作）。

　　在对flash进行写操作时，要理解一点：对flash写数据（也就是Page Program（PP），Command 02）是基于页（256bytes）为单位的，如果数据写到页的末尾，会从当前页的首地址继续开始写剩余的数据，这样就有可能造成成数据的丢失，注意就可以了！主要是理解手册中的这段话：The Page Program（PP） instruction is for programming the memory to be “0”。..。..If the eight least significant address bits（A7-A0） are not all 0，all transmitted data going beyond the end of the current page are grogrammed from the start address of the same page（from the address A7-A0 are all 0）.If more than 256 bytes are sent to the device，the data of the last 256-byte is programmed at the requtest page and previous data will be disregarded. If less than 256 bytes 。..。..。

　　代码：

　　［cpp］ view plain copy/*********************************2011-01-29*****************************/

　　/*功能：在指定地址处开始从flash读取数据

　　参数： pData_from_flash，读取到的数据存放指针

　　address_to_read，待读取的数据开始地址，地址格式有效位为：A23-A0

　　返回：指向读取到的数据指针pData_from_flash

　　void SpiFlashReadData（ u8 *pData_from_flash， u32 address_to_read ， u16 size_to_read）

　　{

　　/*先检查flash设备是否为忙，然后检查SPI控制器是否处于忙状态*/

　　while（ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP））;/*读flash_SR*/

　　while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;/*读SPI_SR*/

　　SPI_FLASH_CS_RESET; /*失能设备*/

　　SpiFlashSendByte（SPI_COMMAND_READ）; /*发送读命令*/

　　SpiFlashSendByte（（u8）（（address_to_read & 0xFF0000）》》 16））;/*发送A23~A16*/

　　SpiFlashSendByte（（u8）（（address_to_read & 0xFF00）》》 8））; /*发送A15~A8 */

　　SpiFlashSendByte（（u8）（address_to_read & 0xFF））; /*发送A7~A0 */

　　while（ size_to_read》0 ）

　　{

　　*pData_from_flash=SpiFlashReceiveByte（）; /*读取数据*/

　　pData_from_flash++;

　　size_to_read--;

　　}

　　SPI_FLASH_CS_SET;

　　}

　　［c-sharp］ view plain copy/*******************************2011-01-29******************************/

　　/*功能：往指定地址处开始写数据

　　*参数： pBuff_to_write：指向待写入的数据指针

　　* address_to_write： flash何处开始写数据的地址

　　* size_to_write：写入的数据字节数

　　*返回： TRUE：写入成功

　　* FALSE：写入失败

　　*注意： size_to_write，必须小于FLASH_PAGE_SIZE的大小（256 bytes），如果数据写到页

　　* 的末尾，会从当前页的首地址0x00继续写剩余的数据，这样就造成数据的丢失，

　　* 所以调用此函数得确保这一情况不会发生

　　void SpiFlashWritePageData（u8 *pBuff_to_write，u32 address_to_write， u16 size_to_write）

　　{

　　/*先检查flash设备是否为忙，然后检查SPI是否处于忙状态*/

　　while（ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP））;/*flash_SR*/

　　while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;/*SPI_SR*/

　　/*获得对flash的写权限*/

　　while（ FLASH_SR_WEL ！= （SpiReadFlash_SR（） &FLASH_SR_WEL））

　　{

　　SpiFlashWriteEnable（）; /*如果WEL为复位，则置位*/

　　}

　　SPI_FLASH_CS_RESET;

　　SpiFlashSendByte（SPI_COMMAND_PP）; /*发送写PP命令*/

　　SpiFlashSendByte（（u8）（（address_to_write & 0xFF0000）》》 16））; /*发送A23~A16*/

　　SpiFlashSendByte（（u8）（（address_to_write & 0xFF00）》》 8））; /*发送A15~A8 */

　　SpiFlashSendByte（（u8）（address_to_write & 0xFF））; /*发送A7~A0 */

　　while（ size_to_write》0 ）

　　{

　　SpiFlashSendByte（*pBuff_to_write）;

　　pBuff_to_write++;

　　size_to_write--;

　　}

　　SPI_FLASH_CS_SET;

　　/*2011-01-14*/

　　/*检查设备已经写完才退出*/

　　while （ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP））;/**/

　　}

　　4、读写操作完成了，大概也就完成了，其它的参考flash手册就OK啦，不在描述。

　　另外，还有一种方法，是用软件模拟时序，这方法用在没有SPI控制器的单片机上很实用。

　　［c-sharp］ view plain copyvoid SpiSendOneByte（u8 send_byte）

　　{

　　_nop_（）;

　　//SPI_SCLK_RESET;

　　/*第一个上升沿*/

　　for（ __IO u8 i=8; i》0; i-- ）

　　{

　　SPI_SCLK_RESET;

　　if（ 0X00 ！= （send_byte & 0x80））

　　{

　　SPI_MOSI_SET;

　　}

　　else

　　{

　　SPI_MOSI_RESET;

　　}

　　send_byte《《=1;

　　SPI_SCLK_SET;

　　_nop_（）;

　　}

　　［cpp］ view plain copy/*******************************************************************/

　　/*Serial Modes Supported（for Normal Serial mode）*/

　　/* CPOL CPHA

　　Serial mode 0： 0 0

　　Serial mode 3： 1 1

　　/*功能：从高到低接收一个字节，高位先接收*/

　　/*输出：接收到的数据*/

　　/*下降沿时，数据出现在SO，低电平的时候把数据读到*/

　　u8 SpiGetOneByte（void）

　　{

　　__IO u8 get_byte=0;

　　for（ __IO u8 i=0; i《8; i++ ）

　　{

　　get_byte《《=1;

　　SPI_SCLK_RESET;

　　_nop_（）;

　　if（ 1==SPI_MISO ）

　　{

　　get_byte |= SPI_MISO;

　　}

　　SPI_SCLK_SET;

　　_nop_（）;

　　}

　　return（get_byte）;

　　}

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