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。

本实例用的是STM32F103VET6平台，它有3个SPI接口（这里使用SPI1），各信号线连接到FLASH（型号：W25X16）的CS，CLK，DO，DIO线，以实现SPI通讯，对FLASH进行读写。

（这里采用主模式，全双工通讯，通过查询发送数据寄存器和接收数据寄存器状态确保通讯正常）

mian函数：

1#define sFLASH_ID 0xEF3015（前面加个1，免得变大）

u32 DeviceID;

u32 FlashID;

int main（void）

{

/115200 8-N-1/

USART1_Config（）;

SPI_FLASH_Init（）;

DeviceID = SPI_FLASH_ReadDeviceID（）;

Delay（200）;

FlashID = SPI_FLASH_ReadID（）;

printf（“rn FlashID is 0x%X， Manufacturer Device ID is 0x%Xrn”，FlashID，DeviceID）;

if（FlashID == sFLASH_ID）

{

printf（“rn 检测到 flash W25X16 ！rn”）;

SPI_FLASH_SectorErase（FLASH_SectorToErase）;

SPI_FLASH_BufferWrite（Tx_Buffer， FLASH_WriteAddress， BufferSize）;

printf（“rn 写入的数据为：%s rt”， Tx_Buffer）;

SPI_FLASH_BufferRead（Rx_Buffer， FLASH_ReadAddress， BufferSize）;

printf（“rn 读出的数据为：%s rn”， Tx_Buffer）;

TransferStatus1 = Buffercmp（Tx_Buffer， Rx_Buffer， BufferSize）;

if（ PASSED == TransferStatus1）

{

printf（“rn 2M 串行 flash（W25X16）测试成功！nr”）;

}

else

{

printf（“rn 2M 串行 flash（W25X16）测试失败！nr”）;

}

}

else

{

printf（“rn 获取不到 W25X16 ID！nr”）;

}

SPI_Flash_PowerDown（）;

while（1）;

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738

}

mian函数的流程：

1，调用 USART1_Config（） 初始化串口;

2，调用 SPI_FLASH_Init（） 初始化SPI模块;

3，调用 SPI_FLASH_ReadDeviceID 读取FLASH器件生产厂商的ID信息;

4，调用 SPI_FLASH_ReadID 读取FLASH器件的设备ID信息;

5，如果读取ID正确，则调用 SPI_FLASH_SectorErase（）把FLASH内容擦除，擦除后调用 SPI_FLASH_BufferWrite（）向FLASH写入数据，然后再调用 SPI_FLASH_BufferRead（）从刚刚写入的地址中读出数据，最后调用 Buffercmp（）对写入和读取的数据进行匹配，匹配成功则把标志变量 TransferStatus1赋值为 PASSED（自定义的枚举变量）;

6，根据标志量 TransferStatus1判断FLASH数据的：擦除，写入，读取是否正常，分情况输出到终端;

7，如果读取FLASH的ID信息错误，则直接向终端输出检测不到FLASH信息;

8，最后调用 SPI_Flash_PowerDown（）函数关闭 FLASH设备的电源（因为数据写入到FLASH后并不会因断电而丢失，所以需要使用的时候再开启FLASH电源）;

PS：

读取器件ID信息可以知道设备与主机是否能够正常工作，也便于区分不同的器件，可以在使用的FLASH用户数据手册找到ID表

SPI的初始化：

void SPI_FLASH_Init（void）

{

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA ， ENABLE）;

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_SPI1， ENABLE）;

/这里是GPIO初始化部分，将4个引脚都设定好/

/！《 Configure SPI_FLASH_SPI pins： SCK /

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

/！《 Configure SPI_FLASH_SPI pins： MISO /

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

/！《 Configure SPI_FLASH_SPI pins： MOSI /

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;

GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

/！《 Configure SPI_FLASH_SPI_CS_PIN pin： SPI_FLASH Card CS pin /

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;

/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

SPI_FLASH_CS_HIGH（）; //不用的时候就拉高

/这里是SPI设置部分/

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 3;

SPI_Init（SPI1， &SPI_InitStructure）;

/* Enable SPI1 */

SPI_Cmd（SPI1， ENABLE）;

}

GPIO初始化：

根据《STM32数据手册》以及《STM32参考手册》，把PA5（SCK），PA6（MISO），PA7（MOSI）设置成复用推挽输出，因为PA4（NSS）是使用软件模式，所以设置为通用退完输出。

SPI模式初始化：

对于初始化，是需要根据通讯的设备FLASH的SPI特性来决定的，下面成员分析：

SPI_InitStructure.SPI_Direction= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

这里设置通讯模式，这里设置成全双工模式（可以在keil环境下查找其他模式）

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

这里是设置工作模式，STM32的SPI设备可以gon工作在主机模式（SPI_Mode_Master）或从机模式（SPI_Mode_Slave），这两个模式最大的区别就是SPI的SCK信号线时序，SCK的时序是由通讯中的主机产生的，如果配置成从机模式，STM32的SPI模块将接收外来的SCK信号。（这里STM32作为SPI通讯主机，所以设置成 SPI_Mode_Master）。

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

这个是设置SPI每次通讯的数据大小（称为数据帧）为8位还是16位（从FLASH的数据手册可以查到，这里的FLASH的数据帧大小为8为，所以要把STM32的SPI模块设置相同的）

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;&SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;

这两个成员是配置SPI的时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA），这两个配置影响到SPI的通讯模式，要设置成符合将要互相通讯的设备的要求。

CPOL：可以取 SPI_CPOL_High（SPI 通讯空闲时 SCK 为高电平）或者SPI_CPOL_Low（SPI 通讯空闲时 SCK 为低电平）;

CPHA：可以取 SPI_CPHA_1Edge（在 SCK 的奇数边沿采集数据）或者SPI_CPHA_2Edge （在 SCK 的偶数边沿采集数据）;

查询这个FLASH的使用手册，可以了解到这个FLASH支持以SPI的模式0和模式3通讯。

模式0：在SPI空闲时，SCK为低电平，奇数边沿采样;

模式3：在SPI空闲时，SCK为高电平，偶数变异采样;

所以这里配置成模式3，把CPOL赋值为SPI_CPOL_High（SPI空闲时SCK为高电平），把CPHA赋值为SPI_CPHA_2Edge（在SCK的偶数边沿超级数据）

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

这里是配置NSS引脚的使用模式，可以选择为硬件模式（SPI_NSS_Hard）与软件模式（SPI_NSS_Soft），在硬件模式中的SPI片选由硬件自动产生，而软件模式则需要手动把相应的FPIO端口拉高或拉低产生非片选和片选信号（如果外界条件允许，硬件模式还会自动将STM32的SPI设置为主机）

这里是由软件产生模式，所以赋值为SPI_NSS_Soft.

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;

这里是设置波特率分频值，分频后的时钟为SPI的SCK信号线的时钟频率，这个成员可以设置为fpclk的2，4，6，8，32，64，128，256分频。这里设置为4分频

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

所有串行的通讯协议都会有MSB先行（高位数据在前）还是LSB先行（地位数据在前）的问题，STM32的SPI模块可以通过对这个结构体成员，对这个特性编程控制。

根据FLASH的通讯时序，这里设置为MSB先行（SPI_FirstBit_MSB）

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 3;

这里是设置SPI的CEC校验的多项式，如果使用到CRC校验时，就是用这个成员的参数（多项式），来计算CRC的值。（这里的FLASH不支持CRC校验，所以赋值为3其实没意义）

配置完这些结构体成员后，调用 SPI_Init（）把这些参数写入到寄存器中，然后调用SPI_Cmd（）使能SPI1外设。

PS：

SPI_FLASH_CS_HIGH（）这个实际是上一个自定义的宏：

#define SPI_FLASH_CS_HIGH（） GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_4）

实际上这个宏就是用来把 PA4（NSS）引脚拉高，从而禁止SPI通讯

#define SPI_FLASH_CS_LOW（） GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_4）

如果要需要使用的时候，就直接拉低就行了这样就可以开始通讯了

控制FLASH的命令：

因为不同的设备，都会相应的有不同的指令，如 EEPROM 中会把第一个数据解释为存储矩阵的地址（实质就是指令）。而 FLASH 则定义了更多的指令，有写指令，读指令，读 ID 指令等等。

这些指令，对主机来说，只是它遵守最基本的通讯协议发送出的数据。但设备把这些数据解释成不同的意义（指令编码），所以才成为指令。在我们配置好 STM32 的协议模块后，想要控制设备，就要遵守相应设备所定义的命令规则。

指 令 表 中 的 A0~A23 指 地 址 ； M0~M7 为 器 件 的 制 造 商 ID（MANUFACTURER ID）；D0~D7 为数据。

读取FLASH ID：

在命令列表可以了解到读取设备 ID 的命令（Device ID）编码为 ABh、dummy、dummy、dummy。表示此命令由这四个字节组成，其中dummy意为任意编码，即这几个字节必须发送数据，但这些数据是任意的，命令列表中带括号的字节数据表示由FLASH返回给主机的响应，可以看到Device ID命令的第5个字节为从机返回的响应，（ID7~ID0），即返回设备的ID号。

使用DeviceID命令时的时序图

可以看到主机首先通过MOSI线（即FLASH的DIO线）发送第一个字节为ABh编码，紧接着三个字节的dummy编码，然后FLASH就忽略DIO线上的信号，通过MISO线（即FLASH的DO线）把它的FLASH设备ID发送给主机。

u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID（void）

{

u32 Temp = 0;

/使用的时候就拉低/

SPI_FLASH_CS_LOW（）;

/* Send “RDID ” instruction */

SPI_FLASH_SendByte（W25X_DeviceID）;

SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

/* Read a byte from the FLASH */

Temp = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

/* Deselect the FLASH： Chip Select high */

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

return Temp;

}

SPI_FLASH_CS_LOW（）;

把片选拉低，开始通讯

SPI_FLASH_SendByte（W25X_DeviceID）;

向FLASH发送一个命令字节编码：W25X_DeviceID （这里定义的宏为：0XAB）

SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

根据指令表，发送完指令后，后面要接着发送三个字节的dummy_Byte（这里宏定义为：0xff，设置为其他也无所谓）

Temp = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

在前面发送完三个字节的 Dummy_Byte后，在第五个字节，FLASH通过DIO端口输出它的器件ID，所以这里再调用一次SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）接收返回值，赋值给Temp.

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

把片选拉高，结束通讯

这样就完成了读取FLASH ID，这里有一个相对底层的函数SPI_FLASH_SendByte（），它实现了利用SPI发送和接收数据的功能

u8 SPI_FLASH_SendByte（u8 byte）

{

/等待发送数据寄存器清空/

while （SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI1， SPI_I2S_FLAG_TXE） == RESET）;

/发送数据/

SPI_I2S_SendData（SPI1， byte）;

/等待接收数据寄存器为非空/

while （SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI1， SPI_I2S_FLAG_RXNE） == RESET）;

/返回接收到的数值/

return SPI_I2S_ReceiveData（SPI1）;

}

流程：

1，调用库函数 SPI_I2S_GetFlagStatus（）等待发送数据寄存器清空;

2，发送数据寄存器准备好后，调用库函数SPI_I2S_SendData（）向从机发送数据;

3，调用库函数SPI_I2S_GetFlagStatus（）等待接收数据寄存器非空;

4，接收寄存器非空时，调用SPI_I2S_ReceiveData（）获取接收寄存器中的数据并作为函数的返回值，这个数据即由从机发送给主机的数据;

这是最底层的发送数据和接收数据的函数，利用了库函数的标志检测确保通讯正常。

读取厂商ID：

u8 SPI_FLASH_ReadID（void）

{

u32 Temp = 0， Temp0 = 0， Temp1 = 0， Temp2 = 0;

SPI_FLASH_CS_LOW（）;//拉低开始通讯

SPI_FLASH_SendByte（W25x_JedecDeviceID）;

Temp0 = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

Temp1 = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

Temp2 = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

Temp = （Temp0 《《 16） | （Temp1 《《 8） | （Temp2）;

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

return Temp;

123456789101112131415

}

这个函数和之前的读取设备ID流程也是类型的，差别在于发送一个字节的命令编码JEDEC ID（9Fh）之后，从机就通过D0线返回厂商ID以及0~16位的设备ID。

读厂商ID时序图

擦除FLASH内容：

扇区擦除（根据FLASH的储存原理，在写入数据前，要先对存储区域进行擦除，也叫预写）

void SPI_FLASH_SectorErase（u32 SectorAddr）

{

/写使能并且判断FLASH状态/

SPI_FLASH_WriteEnable（）;

SPI_FLASH_WaitForWriteEnd（）;

/*这里开始是FLASH擦除操作*/

SPI_FLASH_CS_LOW（）;

SPI_FLASH_SendByte（W25X_SectorErase）;

/*这里是擦除一个扇区，也就是4KB*/

SPI_FLASH_SendByte（（SectorAddr & 0xFF0000） 》》 16）;

SPI_FLASH_SendByte（（SectorAddr & 0xFF00） 》》 8）;

SPI_FLASH_SendByte（SectorAddr & 0xFF）;

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

/*再次判断FLASH状态确保可以执行下一次操作*/

SPI_FLASH_WaitForWriteEnd（）;

1234567891011121314

}

这是扇区擦除时序，其中的第一个字节为扇区擦除命令编码（20h），紧跟其后的为要进行擦除的，根据FLASH的说明，整个存储矩阵分为块区和扇区，每块（Block）的大小为64KB，每个扇区（Sector）的大小为4KB，对存储矩阵进行擦除时，最小的单位为扇区。

写使能：

void SPI_FLASH_WriteEnable（void）

{

SPI_FLASH_CS_LOW（）;

SPI_FLASH_SendByte（W25X_WriteEnable）;

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

123

}

这里根据写使能命令时序，只要发送命令WriteEnable（06h）就行了。

读FLASH状态：

在擦除操作之前，需要调用SPI_FLASH_WaitForWriteEnd（）来确保FLASH不忙碌的时候，才发送命令或者数据，通过读取FLASH的状态寄存器来获知他的工作状态。

void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd（void）

{

u8 FLASH_Status = 0;

SPI_FLASH_CS_LOW（）;

SPI_FLASH_SendByte（W25X_ReadStatusReg）;

/*一直检测FLASH状态寄存器状态，直到Bit0位（BUSY位）为0）*/

do

{

FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte（Dummy_Byte）;

}while（（FLASH_Status & WIP_Flag） == SET）;

SPI_FLASH_CS_HIGH（）;

12345678910

}

整个函数实质是不断的循环检测FLASH状态寄存器的Busy位，知道FLASH的内部写时序完成，从而确保下一通讯操作正常。主机通过发送读状态寄存器命令Read Status Register（05h 编码），返回的为他的8为状态寄存的值。

检测FLASH的状态寄存器的Bit0（BUSY位），当FLASH在执行内部写时序的时候，除了读状态寄存器命令，其他的一切命令他都会忽略，并且BUSY位保持为1，所以我们需要等待BUSY位为0的时候，再向FLASH发送其他命令。