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研发客服1. 简介
1.1 SPI总线介绍
SPI全称Serial Peripheral Interface，即串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的、全双工、同步通讯总线，在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局节省空间提供了方便，正是这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通讯协议。下图是SPI内部结构简易图
从上图可以看出，主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输，寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从设备，从设备也将自已的移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主设备。这样两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作时同步完成的，如果只进行写操作，主设备只需要忽略接收到的字节，如果主设备要进行读操作，就必须发送一个空字节来引发从设备的传输。
SPI接口一般使用4条线通讯，单向传输时也可以使用3条线，其中3条线为SPI总线（MISO/MOSI/SCLK），1条为SPI片选信号线（CS），它们的作用如下：
MISO:主设备数据输入，从设备数据输出
MOSI:主设备数据输出，从设备数据输入
SCLK:时钟信号，由主设备产生
CS:从设备片选信号，由主设备控制
SPI使用MOSI/MISO信号线来传输数据，使用SCLK信号线进行数据同步。MOSI/MISO数据线在SCLK的每个时钟周期传输1位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB先行或LSB先行没有硬性规定，但是两个SPI通讯设备之间必须使用同样的协定，一般都会采用MSB先行模式。 当有多个SPI从设备与SPI主设备相连时，设备的MOSI/MISO/SCLK信号线并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同使用者3条总线；而每个从设备都有独立的1条CS信号线，该信号线独占主设备的一个引脚，即有多少个从设备就有多少条片选信号线。当主设备要选择从设备时，把该从设备的CS信号线设置为低电平，该从设备即被选中（片选有效），接着主设备开始与从设备进行SPI通讯。 SPI总线根据时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的配置不同，可以有四种工作方式：
CPOL=0:串行同步时钟的空闲状态为低电平
CPOL=1:串行同步时钟的空闲状态为高电平
CPHA=0:在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样
CPHA=1:在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
1.2 W25QXX芯片介绍
W25QXX芯片是华邦公司推出的大容量SPI FLASH产品，该系列有W25Q16/32/62/128等。本例程使用W25Q64，W25Q64容量为64Mbits（8M字节）：8MB的容量分为128个块(Block)（块大小为64KB），每个块又分为16个扇区(Sector)（扇区大小为4KB）；W25Q64的最小擦除单位为一个扇区即4KB，因此在选择芯片的时候必须要有4K以上的SRAM（可以开辟4K的缓冲区）。W25Q64的擦写周期多达10万次，具有20年的数据保存期限。 下表是W25QXX的常用命令表
2. 硬件设计
D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP按键用来控制W25Q64数据写入，K_DOWN按键用来控制W25Q64数据读取，串口1用来打印写入和读取的数据信息
D1指示灯
K_UP和K_DOWN按键
USART1
SPI
W25Q64
3. 软件设计
3.1 STM32CubeMX设置
RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE3设置为GPIO输入模式、上拉模式
PG13设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速（片选引脚）
激活SPI2，不开启NSS，数据长度8位，MSB先输出，分频因子256，CPOL为HIGH，CPHA为第二个边沿，不开启CRC检验，NSS为软件控制
输入工程名，选择工程路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码
3.2 MDK-ARM编程
在spi.c文件下可以看到SPI2的初始化函数，片选管脚的初始化在gpio.c中
void MX_SPI2_Init(void){
hspi2.Instance = SPI2;
hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; //设置为主模式
hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; //双线模式
hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; // 8位数据长度
hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH; //串行同步时钟空闲状态为高电平
hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE; //第二个跳变沿采样
hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; //NSS软件控制
hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; //分配因子256
hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; //MSB先行
hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; //关闭TI模式
hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; //关闭硬件CRC校验
hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK){
Error_Handler();
}
}
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle){
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(spiHandle->Instance==SPI2){
__HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/**SPI2 GPIO Configuration
PB13 ------> SPI2_SCK
PB14 ------> SPI2_MISO
PB15 ------> SPI2_MOSI */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
}
创建按键驱动文件key.c 和相关头文件key.h（驱动代码参考按键输入案例）
创建包含W25Q64芯片的相关操作函数及驱动函数的文件w25qxx.c和w25qxx.h，这里仅介绍几个重要的函数，源文件可在文末公众号中下载
//这里仅介绍几个重要的函数
void W25QXX_Init(void){
W25Qx_Disable();
W25QXX_TYPE = W25QXX_ReadID(); //读取芯片ID
printf("FLASH ID:%Xrn",W25QXX_TYPE);
if(W25QXX_TYPE == 0xc816)
printf("FLASH TYPE:W25Q64rn");
}
uint16_t W25QXX_ReadID(void){
uint16_t ID;
uint8_t id[2]={0};
uint8_t cmd[4] = {W25X_ManufactDeviceID,0x00,0x00,0x00}; //读取ID命令
W25Qx_Enable(); //使能器件
HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
HAL_SPI_Receive(&hspi2,id,2,1000);
W25Qx_Disable(); //取消片选
ID = (((uint16_t)id[0])<<8)|id[1];
return ID;
}
void W25QXX_Read(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead){
uint8_t cmd[4] = {0};
cmd[0] = W25X_ReadData; //读取命令
cmd[1] = ((uint8_t)(ReadAddr>>16));
cmd[2] = ((uint8_t)(ReadAddr>>8));
cmd[3] = ((uint8_t)ReadAddr);
W25Qx_Enable(); //使能器件
HAL_SPI_Transmit(&hspi2,cmd,4,1000);
HAL_SPI_Receive(&hspi2,pBuffer,NumByteToRead,1000);
W25Qx_Disable(); //取消片选
}
void W25QXX_Write(uint8_t* pBuffer,uint32_t WriteAddr,uint16_t NumByteToWrite){
uint32_t secpos;
uint16_t secoff;
uint16_t secremain;
uint16_t i;
uint8_t *W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF = W25QXX_BUFFER;
secpos = WriteAddr/4096; //扇区地址
secpos = WriteAddr%4096; //在扇区里的偏移
secremain = 4096-secoff; //扇区剩余空间大小
printf("WriteAddr:0x%X,NumByteToWrite:%drn",WriteAddr,NumByteToWrite);
if(NumByteToWrite <= secremain) //不大于4K字节
secremain = NumByteToWrite;
while(1){
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //读取整个扇区内容
for(i=0;i break; } if(i < secremain){ //需要擦除 W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除扇区 for(i=0;i } W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //写入整个扇区 } else{ W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain); //写入扇区剩余空间 } if(NumByteToWrite == secremain){ //写入结束了 break; } else{ //写入未结束 secpos++; //扇区地址增1 secoff = 0; //偏移位置为0 pBuffer += secremain; //指针偏移 WriteAddr += secremain; //写地址偏移 NumByteToWrite -= secremain; //字节数递减 if(NumByteToWrite > 4096) secremain = 4096; //下个扇区还没是写不完 else secremain = NumByteToWrite; //下个扇区可以写完了 } } } 在main.c文件下编写SPI测试代码 /* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t wData[0x100]; uint8_t rData[0x100]; uint32_t i; /* USER CODE END PV */ void SystemClock_Config(void); int main(void){ /* USER CODE BEGIN 1 */ uint8_t key; /* USER CODE END 1 */ HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_SPI2_Init(); MX_USART1_UART_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ W25QXX_Init(); for(i=0;i<0x100;i++){ wData[i] = i; rData[i] = 0; } /* USER CODE END 2 */ while (1){ key = KEY_Scan(0); if(key == KEY_UP_PRES){ printf("KEY_UP_PRES write data...rn"); W25QXX_Erase_Sector(0); W25QXX_Write(wData,0,256); } if(key == KEY_DOWN_PRES){ printf("KEY_DOWN_PRES read data...rn"); W25QXX_Read(rData,0,256); for(i=0;i<256;i++){ printf("0x%02X ",rData[i]); } } HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0); HAL_Delay(200); } } 编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，当按下K_UP按键后数据写入到W25Q64芯片内，当按下K_DOWN按键后读取W25Q64芯片的值，同时串口打印出相应信息4. 下载验证
