spi概述

SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，比如 EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器。 W25Q64 是一款SPI接口的Flash芯片，其存儲空間為 64Mbit，相當(dāng)于8M字節(jié)。W25Q64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 這兩種模式。 

視頻教程

https://www.bilibili.com/video/BV16W4y147R1/

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csdn課程

課程更加詳細。
https://download.csdn.net/course/detail/37144

生成例程

這里準備了自己繪制的開發(fā)板進行驗證。

SPI配置

在開發(fā)板中有arduino接口，配置這幾個接口為spi。

本次實驗使用的SPI與Flash通信，配置如下。 SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少4根線，事實上3根也可以（單向傳輸時）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是MISO（主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入）、MOSI（主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（時鐘）、CS（片選）。 （1）MISO– Master Input Slave Output,主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出； （2）MOSI– Master Output Slave Input，主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入； （3）SCLK – Serial Clock，時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生； （4）CS – Chip Select，從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。

負責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹＿@就是SCLK時鐘線存在的原因，由SCLK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。因此，至少需要8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），才能完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。 時鐘信號線SCLK只能由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制。同樣，在一個基于SPI的設(shè)備中，至少有一個主設(shè)備。這樣的傳輸方式有一個優(yōu)點，在數(shù)據(jù)位的傳輸過程中可以暫停，也就是時鐘的周期可以為不等寬，因為時鐘線由主設(shè)備控制，當(dāng)沒有時鐘跳變時，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。SPI還是一個數(shù)據(jù)交換協(xié)議：因為SPI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨立，所以允許同時完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。芯片集成的SPI串行同步時鐘極性和相位可以通過寄存器配置，IO模擬的SPI串行同步時鐘需要根據(jù)從設(shè)備支持的時鐘極性和相位來通訊。 最后，SPI接口的一個缺點：沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機制確認是否接收到數(shù)據(jù)。

NOR Flash

NOR Flash是一種非易失閃存技術(shù)，是Intel在1988年創(chuàng)建。是市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。 以GD25Q64E為例，該 Flash為64M-bit大小，即8192K-Byte。

W25Q64將8M的容量分為127個塊（Block),每個塊大小為64K字節(jié)，每個塊又分為16個扇區(qū)（Sector),每個扇區(qū)4K個字節(jié)。W25Q64的最小擦除單位為一個扇區(qū)，也就是每次必須擦除4K個字節(jié)。 即4K16128=8192K=8M

W25Q64的原理及應(yīng)用

復(fù)位初始化

對于復(fù)位，需要發(fā)送0x66和0x99

代碼中的初始化。

/* Reset Operations */

#define RESET_ENABLE_CMD                     0x66

#define RESET_MEMORY_CMD                     0x99

/**

  * @brief  Initializes the W25Q128FV interface.

  * @retval None

  */

uint8_t BSP_W25Qx_Init(void)

{ 

    /* Reset W25Qxxx */

    BSP_W25Qx_Reset();

    return BSP_W25Qx_GetStatus();

}

/**

  * @brief  This function reset the W25Qx.

  * @retval None

  */

static void    BSP_W25Qx_Reset(void)

{

    uint8_t cmd[2] = {RESET_ENABLE_CMD,RESET_MEMORY_CMD};    

    W25Qx_Enable();

    /* Send the reset command */    

    for(int i=0;i< 2;i++){

    spi_SendRcvByte(SPI0,cmd[i]);

}        

//    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 2, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);    

    W25Qx_Disable();

}

ID

對于兆易創(chuàng)新W25Q64，主要有三種查詢ID方式。

可以使用90H查詢設(shè)備ID，以判斷是否是W25Q64設(shè)備。

/* Identification Operations */

#define READ_ID_CMD                          0x9F

/**

  * @brief  Read Manufacture/Device ID.

    * @param  return value address

  * @retval None

  */

void BSP_W25Qx_Read_ID(uint8_t *ID)

{

    uint8_t cmd[4] = {READ_ID_CMD,0x00,0x00,0x00};

    W25Qx_Enable();

    /* Send the read ID command */    

//    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);    

    /* Reception of the data */

//    HAL_SPI_Receive(&hspi1,ID, 2, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);

    for(int i=0;i< 4;i++)

        spi_SendRcvByte(SPI0,cmd[i]);

    for(int i=0;i< 2;i++)

    {

        ID[i]=spi_SendRcvByte(SPI0,0x00);

}

    W25Qx_Disable();        

}

讀取數(shù)據(jù)

對于兆易創(chuàng)新W25Q64，讀取數(shù)據(jù)使用0x03指令，后面添加需要讀取的數(shù)據(jù)地址。 數(shù)據(jù)可以一直進行讀取，當(dāng)不需要讀取數(shù)據(jù)時候?qū)⑵xCS拉高，關(guān)閉時鐘SCLK即可。

#define READ_CMD                             0x03

/**

  * @brief  Reads an amount of data from the QSPI memory.

  * @param  pData: Pointer to data to be read

  * @param  ReadAddr: Read start address

  * @param  Size: Size of data to read    

  * @retval QSPI memory status

  */

uint8_t BSP_W25Qx_Read(uint8_t* pData, uint32_t ReadAddr, uint32_t Size)

{

    uint8_t cmd[4];

    uint8_t status;

    /* Configure the command */

    cmd[0] = READ_CMD;

    cmd[1] = (uint8_t)(ReadAddr > > 16);

    cmd[2] = (uint8_t)(ReadAddr > > 8);

    cmd[3] = (uint8_t)(ReadAddr);

    W25Qx_Enable();

    /* Send the read ID command */

//    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);    

    for(int i= 0;i< 4;i++)

        spi_SendRcvByte(SPI0,cmd[i]);

    /* Reception of the data */

//    if (HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData,Size,W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)

//  {

//    return W25Qx_ERROR;

//  }

    for(int i= 0;i< Size;i++)

        pData[i]=spi_SendRcvByte(SPI0,0x00);

    if (status != 0x00)

  {

    return W25Qx_ERROR;

  }

    W25Qx_Disable();

    return W25Qx_OK;

}

以讀取10個數(shù)據(jù)為例子，波形如下所示。

BSP_W25Qx_Read(rData2,0x1000,0x00a);

擦除扇區(qū)

最小的擦除單位是扇區(qū)，擦除指令為0x20和3字節(jié)的地址。

#define SECTOR_ERASE_CMD                     0x20

/**

  * @brief  Erases the specified block of the QSPI memory. 

  * @param  BlockAddress: Block address to erase  

  * @retval QSPI memory status

  */

uint8_t BSP_W25Qx_Erase_Block(uint32_t Address)

{

    uint8_t cmd[4];

    uint32_t tickstart=0 ;

    cmd[0] = SECTOR_ERASE_CMD;

    cmd[1] = (uint8_t)(Address > > 16);

    cmd[2] = (uint8_t)(Address > > 8);

    cmd[3] = (uint8_t)(Address);

    /* Enable write operations */

    BSP_W25Qx_WriteEnable();

    /*Select the FLASH: Chip Select low */

    W25Qx_Enable();

    /* Send the read ID command */

//    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);    

    for(int i =0;i< 4;i++)

        spi_SendRcvByte(SPI0,cmd[i]);

    /*Deselect the FLASH: Chip Select high */

    W25Qx_Disable();

delay_1ms(1);

    /* Wait the end of Flash writing */

    while(BSP_W25Qx_GetStatus() == W25Qx_BUSY)

    {

    tickstart++;

        /* Check for the Timeout */

    if(tickstart > W25Q128FV_SECTOR_ERASE_MAX_TIME)

    {        

            return W25Qx_TIMEOUT;

    }

    }

    return W25Qx_OK;

}

寫數(shù)據(jù)

對于寫數(shù)據(jù)到flash中，使用0x02指令進行寫數(shù)據(jù)，后面還需要指定24位地址，才能進行寫數(shù)據(jù)。

#define PAGE_PROG_CMD                        0x02

/**

  * @brief  Writes an amount of data to the QSPI memory.

  * @param  pData: Pointer to data to be written

  * @param  WriteAddr: Write start address

  * @param  Size: Size of data to write,No more than 256byte.    

  * @retval QSPI memory status

  */

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 =0;

    /* Calculation of the size between the write address and the end of the page */

  current_addr = 0;

  while (current_addr <= WriteAddr)//判斷地址屬于哪一扇區(qū)開始

  {

    current_addr += W25Q128FV_PAGE_SIZE;//0x100- > 256 bytes

  }

  current_size = current_addr - WriteAddr;

  /* Check if the size of the data is less than the remaining place in the page */

  if (current_size > Size)

  {

    current_size = Size;

  }

  /* Initialize the adress variables *///寫入地址大小范圍

  current_addr = WriteAddr;

  end_addr = WriteAddr + Size;

  /* Perform the write page by page */

  do

  {

        /* Configure the command */

        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);

        /* Enable write operations */

        BSP_W25Qx_WriteEnable();

        W25Qx_Enable();

    /* Send the command */

//    if (HAL_SPI_Transmit(&hspi1,cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)

//    {

//      return W25Qx_ERROR;

//    }

        for(int i=0;i< 4;i++)

            spi_SendRcvByte(SPI0,cmd[i]);

    /* Transmission of the data */

//    if (HAL_SPI_Transmit(&hspi1, pData,current_size, W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)

//    {

//      return W25Qx_ERROR;

//    }

        for(int i=0;i< current_size;i++)

            spi_SendRcvByte(SPI0,pData[i]);

            W25Qx_Disable();

        /* Wait the end of Flash writing */

        while(BSP_W25Qx_GetStatus() == W25Qx_BUSY)

        {

            tickstart++;

            /* Check for the Timeout */

            if(tickstart > W25Qx_TIMEOUT_VALUE)

            {        

                return W25Qx_TIMEOUT;

            }

        }

    /* Update the address and size variables for next page programming */

    current_addr += current_size;