1、SPI總線

????????SPI分為主從工作模式，通常有一個主設備和一個或多個從設備，本文中MCU為主機，W25Q16為從機。

SPI通信有以下四根線：

MISO：主設備數(shù)據(jù)輸入，從設備數(shù)據(jù)輸出。
MOSI：主設備數(shù)據(jù)輸出，從設備數(shù)據(jù)輸入。
SCLK：時鐘信號，由主設備產(chǎn)生。
CS：從設備片選信號，由主設備控制，低電平為選中。

????????SPI可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)，主機發(fā)送一個數(shù)據(jù)的同時從機也將自己數(shù)據(jù)返回給主機。這樣，雙方的數(shù)據(jù)就被交換了。主機控制外設時，寫操作和讀操作是同步完成的。如果只進行寫操作，主機只需忽略接收到的字節(jié)；反之，若主機要讀取從機的一個字節(jié)，就必須發(fā)送一個空字節(jié)來引發(fā)從機的傳輸。

SPI的特點：高位先發(fā)送，共有四種工作模式。

CPOL(時鐘極性)：規(guī)定了SCK時鐘信號空閑狀態(tài)的電平(0-低電平,1-高電平)
CPHA(時鐘相位)：規(guī)定了數(shù)據(jù)是在SCK時鐘的上升沿還是下降沿被采樣(0-第一個時鐘邊沿開始采樣,1-第二個時鐘邊沿開始采樣)

模式0：CPOL=0，CPHA =0 ?SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
模式1：CPOL=0，CPHA =1 ?SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
模式2：CPOL=1，CPHA =0 ?SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
模式3：CPOL=1，CPHA =1 ?SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))

2、使用STM32CubeMX配置相關引腳

?

3、實現(xiàn)軟件模擬SPI的四種模式

spi.h

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H

#include "main.h"

#define MOSI_H  HAL_GPIO_WritePin(MOSI_GPIO_Port, MOSI_Pin, GPIO_PIN_SET)  
#define MOSI_L  HAL_GPIO_WritePin(MOSI_GPIO_Port, MOSI_Pin, GPIO_PIN_RESET)  
#define SCK_H   HAL_GPIO_WritePin(SCLK_GPIO_Port, SCLK_Pin, GPIO_PIN_SET)  
#define SCK_L   HAL_GPIO_WritePin(SCLK_GPIO_Port, SCLK_Pin, GPIO_PIN_RESET)  
#define MISO    HAL_GPIO_ReadPin(MISO_GPIO_Port, MISO_Pin) 
#define F_CS_H   HAL_GPIO_WritePin(F_CS_GPIO_Port, F_CS_Pin, GPIO_PIN_SET)  
#define F_CS_L   HAL_GPIO_WritePin(F_CS_GPIO_Port, F_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET) 

uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat);
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat);

uint8_t SPI2_ReadWriteByte(uint8_t TxData);

#endif

?spi.c

#include "spi.h"

/*spi延時函數(shù)，微秒*/
static void spi_delay(uint16_t time)
{    
   uint16_t i=0;  
   while(time--)
   {
      i=10;  
      while(i--) ;    
   }
}

//CPOL：規(guī)定了SCK時鐘信號空閑狀態(tài)的電平(0-低電平,1-高電平)
//CPHA：規(guī)定了數(shù)據(jù)是在SCK時鐘的上升沿還是下降沿被采樣(0-第一個時鐘邊沿開始采樣,1-第二個時鐘邊沿開始采樣)

//模式0：CPOL=0，CPHA =0  SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
//模式1：CPOL=0，CPHA =1  SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
//模式2：CPOL=1，CPHA =0  SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
//模式3：CPOL=1，CPHA =1  SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))

/* CPOL = 0, CPHA = 0 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat)
{
  uint8_t i,read_dat = 0;
  SCK_L; 
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    if(write_dat&0x80)
      MOSI_H;  
    else                    
      MOSI_L;  
    write_dat <<= 1;
    spi_delay(1);	
    SCK_H; 
    read_dat <<= 1;  
    
    if(MISO) 
      read_dat++; 
    spi_delay(1);
    SCK_L; 
    __nop();
  }	
  return read_dat;
}
 
/* CPOL=0，CPHA=1 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat) 
{
  uint8_t i,read_dat = 0;
  SCK_L;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SCK_H;     
		if(write_dat&0x80)
			MOSI_H; 
		else      
			MOSI_L;
		write_dat <<= 1;
		spi_delay(1);
		SCK_L; 
		read_dat <<= 1;  
 
		if(MISO)
			read_dat++;  
		spi_delay(1);
	}
	return read_dat;   
}
 
/* CPOL=1，CPHA=0 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat) 
{
  uint8_t i,read_dat = 0; 
  SCK_H; 
	for(i=0;i<8;i++)  
	{
		if(write_dat&0x80)
			MOSI_H; 
		else      
			MOSI_L;   
		write_dat <<= 1;   
		spi_delay(1);
		SCK_L;    
		read_dat <<= 1;  
 
		if(MISO)
			read_dat++;   
		spi_delay(1);
		SCK_H; 
	}
	return read_dat;
}
 
/* CPOL = 1, CPHA = 1 */
uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat)
{
  uint8_t i,read_dat = 0;
  SCK_H; 
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    SCK_L; 
    if(write_dat&0x80)
      MOSI_H;  
    else                    
      MOSI_L;  
    write_dat <<= 1;
    spi_delay(1);	
    SCK_H; 
    read_dat <<= 1;  
    
    if(MISO) 
      read_dat++; 
    spi_delay(1);
    __nop();
  }
  return read_dat;
}

//SPI2 讀寫一個字節(jié)
//TxData:要寫入的字節(jié)
//返回值:讀取到的字節(jié)
uint8_t SPI2_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{
  uint8_t Rxdata;
  Rxdata = SOFT_SPI_RW_MODE3(TxData);//使用模式3
  return Rxdata;		
}

4、實現(xiàn)W25Q16的讀寫函數(shù)

參考正點原子例程

w25q16.h

#ifndef __W25Q16_H
#define __W25Q16_H	

#include "main.h" 

extern uint8_t W25QXX_BUFFER[4096];

//W25X16讀寫指令表
#define W25X_WriteEnable		0x06 
#define W25X_WriteDisable		0x04 
#define W25X_ReadStatusReg		0x05 
#define W25X_WriteStatusReg		0x01 
#define W25X_ReadData			0x03 
#define W25X_FastReadData		0x0B 
#define W25X_FastReadDual		0x3B 
#define W25X_PageProgram		0x02 
#define W25X_BlockErase			0xD8 
#define W25X_SectorErase		0x20 
#define W25X_ChipErase			0xC7 
#define W25X_PowerDown			0xB9 
#define W25X_ReleasePowerDown	0xAB 
#define W25X_DeviceID			0xAB 
#define W25X_ManufactDeviceID	0x90 
#define W25X_JedecDeviceID		0x9F 

uint16_t  W25QXX_ReadID(void);//讀取FLASH ID

void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead);//讀取flash
void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite);//寫入flash

void W25QXX_Erase_Chip(void);  //整片擦除
void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t Dst_Addr);//扇區(qū)擦除

void W25QXX_PowerDown(void);//進入掉電模式
void W25QXX_WAKEUP(void);//喚醒

#endif

w25q16.c

#include "w25q16.h"
#include "spi.h"

//容量為16M bit,2M byte,共有32個塊,512個扇區(qū) 
//4Kbytes為一個扇區(qū),16個扇區(qū)為1個塊												   

//讀取SPI_FLASH的狀態(tài)寄存器
//BIT7  6   5   4   3   2   1   0
//SPR   RV  TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默認0,狀態(tài)寄存器保護位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH區(qū)域?qū)懕Ｗo設置
//WEL:寫使能鎖定
//BUSY:忙標記位(1,忙;0,空閑)
//默認:0x00
uint8_t W25QXX_ReadSR(void)   
{  
	uint8_t byte=0;   
	F_CS_L;//使能器件   
	SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg);    //發(fā)送讀取狀態(tài)寄存器命令    
	byte=SPI2_ReadWriteByte(0Xff);   //讀取一個字節(jié)  
	F_CS_H;//取消片選     
	return byte;   
} 

//寫SPI_FLASH狀態(tài)寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以寫!!!
void W25QXX_Write_SR(uint8_t sr)   
{   
	F_CS_L; //使能器件   
	SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);   //發(fā)送寫取狀態(tài)寄存器命令    
	SPI2_ReadWriteByte(sr);  //寫入一個字節(jié)  
	F_CS_H;//取消片選     
}   

//等待空閑
void W25QXX_Wait_Busy(void)   
{   
	while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01);   //等待BUSY位清空
} 

//SPI_FLASH寫使能	
//將WEL置位   
void W25QXX_Write_Enable(void)   
{
	F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable);   //發(fā)送寫使能  
  F_CS_H;//取消片選     
} 

//SPI_FLASH寫禁止	
//將WEL清零  
void W25QXX_Write_Disable(void)   
{  
	F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable);   //發(fā)送寫禁止指令    
  F_CS_H;//取消片選     
} 			   

//讀取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
uint16_t W25QXX_ReadID(void)
{
	uint16_t Temp = 0;	  
	F_CS_L;   //使能器件   
	SPI2_ReadWriteByte(0x90);//發(fā)送讀取ID命令	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI2_ReadWriteByte(0x00); 	 			   
	Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF)<<8;  
	Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF);	 
  F_CS_H;//取消片選     
	return Temp;
} 

//讀取SPI FLASH  
//在指定地址開始讀取指定長度的數(shù)據(jù)
//pBuffer:數(shù)據(jù)存儲區(qū)
//ReadAddr:開始讀取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要讀取的字節(jié)數(shù)(最大65535)
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)   
{ 
 	uint16_t i;    												    
	F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadData);//發(fā)送讀取命令   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>16));  //發(fā)送24bit地址    
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((ReadAddr)>>8));   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)ReadAddr);   
  for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
	{ 
    pBuffer[i]=SPI2_ReadWriteByte(0XFF);   //循環(huán)讀數(shù)  
  }
  F_CS_H;//取消片選     
}  

//SPI在一頁(0~65535)內(nèi)寫入少于256個字節(jié)的數(shù)據(jù)
//在指定地址開始寫入最大256字節(jié)的數(shù)據(jù)
//pBuffer:數(shù)據(jù)存儲區(qū)
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節(jié)數(shù)(最大256),該數(shù)不應該超過該頁的剩余字節(jié)數(shù)!!!	 
void W25QXX_Write_Page(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)
{
 	uint16_t i;  
  W25QXX_Write_Enable();  //SET WEL 
	F_CS_L;   //使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);    //發(fā)送寫頁命令   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>16));//發(fā)送24bit地址    
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((WriteAddr)>>8));   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)WriteAddr);   
  for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI2_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循環(huán)寫數(shù)  
  F_CS_H;//取消片選     
	W25QXX_Wait_Busy();//等待寫入結束
} 

//無檢驗寫SPI FLASH 
//必須確保所寫的地址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)全部為0XFF,否則在非0XFF處寫入的數(shù)據(jù)將失敗!
//具有自動換頁功能 
//在指定地址開始寫入指定長度的數(shù)據(jù),但是要確保地址不越界!
//pBuffer:數(shù)據(jù)存儲區(qū)
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節(jié)數(shù)(最大65535)
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)   
{ 			 		 
	uint16_t pageremain;	   
	pageremain=256-WriteAddr%256; //單頁剩余的字節(jié)數(shù)		 	    
	if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256個字節(jié)
	while(1)
	{	   
		W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
		if(NumByteToWrite==pageremain)break;//寫入結束了
	 	else //NumByteToWrite>pageremain
		{
			pBuffer+=pageremain;
			WriteAddr+=pageremain;	

			NumByteToWrite-=pageremain;			  //減去已經(jīng)寫入了的字節(jié)數(shù)
			if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以寫入256個字節(jié)
			else pageremain=NumByteToWrite; 	  //不夠256個字節(jié)了
		}
	};	    
} 

//寫SPI FLASH  
//在指定地址開始寫入指定長度的數(shù)據(jù)
//該函數(shù)帶擦除操作!
//pBuffer:數(shù)據(jù)存儲區(qū)
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節(jié)數(shù)(最大65535)  		   
uint8_t W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite)   
{ 
	uint32_t secpos;
	uint16_t secoff;
	uint16_t secremain;	   
 	uint16_t i;    

	secpos=WriteAddr/4096;//扇區(qū)地址 0~511 for w25x16
	secoff=WriteAddr%4096;//在扇區(qū)內(nèi)的偏移
	secremain=4096-secoff;//扇區(qū)剩余空間大小   

	if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096個字節(jié)
	while(1) 
	{	
		W25QXX_Read(W25QXX_BUFFER,secpos*4096,4096);//讀出整個扇區(qū)的內(nèi)容
		for(i=0;i<secremain;i++)//校驗數(shù)據(jù)
		{
			if(W25QXX_BUFFER[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除這個扇區(qū)
			for(i=0;i<secremain;i++)//復制
			{
				W25QXX_BUFFER[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUFFER,secpos*4096,4096);//寫入整個扇區(qū)  

		}
    else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//寫已經(jīng)擦除了的,直接寫入扇區(qū)剩余區(qū)間. 				   
		if(NumByteToWrite==secremain)break;//寫入結束了
		else//寫入未結束
		{
			secpos++;//扇區(qū)地址增1
			secoff=0;//偏移位置為0 	 

	   	pBuffer+=secremain;  //指針偏移
			WriteAddr+=secremain;//寫地址偏移	   
	   	NumByteToWrite-=secremain;//字節(jié)數(shù)遞減
			if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;//下一個扇區(qū)還是寫不完
			else secremain=NumByteToWrite;//下一個扇區(qū)可以寫完了
		}	 
	};	 	 
}

//擦除整個芯片
//整片擦除時間:
//W25X16:25s 
//W25X32:40s 
//W25X64:40s 
//等待時間超長...
void W25QXX_Erase_Chip(void)   
{                                             
  W25QXX_Write_Enable();  //SET WEL 
  W25QXX_Wait_Busy();   
  F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);   //發(fā)送片擦除命令  
  F_CS_H;//取消片選     
	W25QXX_Wait_Busy();//等待芯片擦除結束
}   

//擦除一個扇區(qū)
//Dst_Addr:扇區(qū)地址 0~511 for w25x16
//擦除一個扇區(qū)的最少時間:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t Dst_Addr)   
{   
	Dst_Addr*=4096;
  W25QXX_Write_Enable();  //SET WEL 	 
  W25QXX_Wait_Busy();   
  F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);   //發(fā)送扇區(qū)擦除指令 
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr)>>16));  //發(fā)送24bit地址    
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)((Dst_Addr)>>8));   
  SPI2_ReadWriteByte((uint8_t)Dst_Addr);  
  F_CS_H;//取消片選     
  W25QXX_Wait_Busy();//等待擦除完成
}   

//進入掉電模式
void W25QXX_PowerDown(void)   
{ 
  F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_PowerDown);   //發(fā)送掉電命令  
  F_CS_H;//取消片選     
  Delay_Us(3);//等待TPD  
}   

//喚醒
void W25QXX_WAKEUP(void)   
{  
  F_CS_L;//使能器件   
  SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown);   //send W25X_PowerDown command 0xAB    
  F_CS_H;//取消片選     
  Delay_Us(3); //等待TPD  
}   

5、驗證

添加必要的變量

const uint8_t TEXT_Buffer[]={"W25Q16 TEST"};//要寫入到W25Q16的字符串數(shù)組
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
uint16_t W25QXX_TYPE;//定義我們使用的flash芯片型號		
uint32_t FLASH_SIZE=2*1024*1024; //FLASH 大小為2M字節(jié)
uint8_t datatemp[SIZE];

在main函數(shù)里循環(huán)讀寫驗證

  W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID();  
  printf("W25QXX_TYPE == %04x\r\n",W25QXX_TYPE);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */   
    printf("\r\nStart Write W25Q16....\r\n");
    W25QXX_Write((uint8_t*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //從倒數(shù)第100個地址處開始,寫入SIZE長度的數(shù)據(jù)
    printf("W25Q16 Write Finished!\r\n");//提示傳送完成

    Delay_Ms(1000);
   
    printf("\r\nStart Read W25Q16....\r\n");
    W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE);  //從倒數(shù)第100個地址處開始,讀出SIZE個字節(jié)
    printf("The Data Readed Is:  ");//提示傳送完成
    printf("%s\r\n",datatemp);//顯示讀到的字符串

    Delay_Ms(1000); 
  }
  /* USER CODE END 3 */

編譯下載后在串口助手中查看

?可以看到，芯片的ID為0xef14,循環(huán)讀寫也成功了。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-436220.html

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