STM32驱动FLASH(W25Q64)
1. 硬件连接
W25Q64 将 8M 的容量分为 128 个块（Block） ，每个块大小为 64K 字节 ，每个块又分为 16个扇区（Sector） ，每个扇区 4K 个字节 。
W25Q64 的 最少擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除 4K 个字节。 操作需要给 W25Q64 开辟一个至少 4K 的缓存区，对 SRAM 要求比较高，要求芯片必须有 4K 以上 SRAM 才能很好的操作。
W25Q64 的擦写周期多达 10W 次，具有 20 年的数据保存期限，支持电压为 2.7~3.6V ，W25Q64 支持标准的 SPI，还支持双输出/四输出的 SPI，最大 SPI 时钟可以到 80Mhz（双输出时相当于 160Mhz，四输出时相当于 320M）。
1.1 硬件连接
与 STM32 的引脚连接如下：这里是使用SPI1配置。
STM32 的 SPI 功能很强大， SPI 时钟最多可以到 18Mhz，支持 DMA，可以配置为 SPI 协议或者 I2S 协议（仅大容量型号支持）。
1.2 SPI 通讯的通讯时序
SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。
我们以读取 FLASH 的状态寄存器的时序图分析一下，时序图也是书写软件模拟时序的依据。
如上图，我们知道书写 FLASH （来自华邦 W25X 手册）支持的是模式 0 （CPOL = 0 && CPHA == 0） 和 模式 3（CPOL = 1 && CPHA == 1）
CS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 CS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。
1.2.1. 通讯的起始和停止信号
在上图，CS 信号线由高变低，为 SPI 通讯的起始信号。CS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 CS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。当 CS 信号由低变高，为 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。
1.2.2. 数据有效性
SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。
MOSI 及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据。数据传输时，MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用图中的 MSB 先行模式。
观察上图，可知模式 0 和 3 都是在上升沿读取数据。
示例：FLASH 读取 JEDEC_ID （0x9F），SPI 模式 0,，频率 f = 1MHz。
读取 JEDEC_ID 时，FLASH 回复的一个字：0xC8。
1.2.3 STM32 SPI外设
STM32 的 SPI 外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的 SCK 时钟频率为 f pclk / 2 (STM32F103 型号的芯片默认 f pclk1 为 72MHz，f pclk2 为 36MHz)，完全支持 SPI 协议的 4 种模式，数据帧长度可设置为 8 位或 16 位，可设置数据 MSB 先行或 LSB 先行。它还支持双线全双工、双线单向以及单线模式。
SPI架构：
通讯引脚 :
SPI 的所有硬件架构都从上图中左 MOSI、MISO、SCK及 NSS 线展开的。
STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚。
2. 软件配置
这里使用 STM32 的 SPI1 的主模式，SPI 相关的库函数和定义分布在文件 stm32f10x_spi.c 以及头文件 stm32f10x_spi.h 中。
2.1 配置相关引脚的复用功能
第一步就要 使能 SPI1 的时钟 ， SPI1 的时钟通过 APB2ENR 的第 12 位来设置。其次要设置 SPI1 的相关引脚为 复用输出 ，这样才会连接到 SPI1 上否则这些 IO 口还是默认的状态，也就是标准输入输出口。这里我们使用的是 PA5、 PA6、 PA7 这 3 个（SCK、 MISO、 MOSI、CS 使用软件管理方式），所以设置这三个为 复用 IO 。
宏定义：
#define SPIM1_GPIO_PORT GPIOA
#define SPIM1_CLK_IO (GPIO_Pin_5)
#define SPIM1_MISO_IO (GPIO_Pin_6)
#define SPIM1_MOSI_IO (GPIO_Pin_7)
#define FLASH_CS_IO (GPIO_Pin_2)
#define FLASH_CS_0() (GPIO_ResetBits(SPIM1_GPIO_PORT, FLASH_CS_IO))
#define FLASH_CS_1() (GPIO_SetBits(SPIM1_GPIO_PORT, FLASH_CS_IO))
#define RCC_PCLK_SPIM1_GPIO RCC_APB2Periph_GPIOA
#define RCC_PCLK_SPIM1_HD RCC_APB2Periph_SPI1
IO 配置：
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 函 数 名: spi_gpio_init
// 功能说明: SPI 硬件IO初始化
// 形 参: spi_chl：SPIM 通道
// 返 回 值: 无
// 日 期: 2020-03-12
// 备 注:采用 Unix like 方式
// 作 者: by 霁风AI
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
void spi_gpio_init(uint8_t spi_chl)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_config_init;
if (spi_chl == 1)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_PCLK_SPIM1_GPIO, ENABLE); //开启SPIM1 GPIO时钟、
// gpio_config_init.GPIO_Pin = SPIM1_CLK_IO | SPIM1_MISO_IO | SPIM1_MOSI_IO; //SPIM1_CLK_IO IO初始化
gpio_config_init.GPIO_Pin = SPIM1_CLK_IO | SPIM1_MOSI_IO;
gpio_config_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
gpio_config_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(SPIM1_GPIO_PORT, &gpio_config_init);
gpio_config_init.GPIO_Pin = SPIM1_MISO_IO; //SPIM1_MISO_IO IO初始化
gpio_config_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //MISO浮空输入
gpio_config_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(SPIM1_GPIO_PORT, &gpio_config_init);
GPIO_SetBits(SPIM1_GPIO_PORT, SPIM1_CLK_IO | SPIM1_MISO_IO | SPIM1_MOSI_IO); //IO初始状态都设置为高电平
}
}
2.2 初始化 SPI1,设置 SPI1 工作模式
接下来初始化 SPI1，设置 SPI1 为主机模式，设置数据格式为 8 位，然设置 SCK 时钟极性及采样方式。并设置 SPI1 的时钟频率（最大 18Mhz），以及数据的格式（MSB 在前还是 LSB 在前）。这在库函数中是通过 SPI_Init 函数来实现。
函数原型：
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct)；
第一个参数是 SPI 标号，第二个参数结构体类型 SPI_InitTypeDef 为相关属性设置。
SPI_InitTypeDef 的定义如下：
typedef struct
{
uint16_t SPI_Direction;
uint16_t SPI_Mode;
uint16_t SPI_DataSize;
uint16_t SPI_CPOL;
uint16_t SPI_CPHA;
uint16_t SPI_NSS;
uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;
uint16_t SPI_FirstBit;
uint16_t SPI_CRCPolynomial;
}SPI_InitTypeDef;
初始化的范例格式为：
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 函 数 名: spi_master_init
// 功能说明: SPI 硬件配置参数初始化
// 形 参: spi_chl：SPIM 通道
// 返 回 值: 无
// 日 期: 2020-03-12
// 备 注:采用 Unix like 方式
// 作 者: by 霁风AI
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
void spi_master_init(uint8_t spi_chl)
{
SPI_InitTypeDef spi_config_init;
#if 1
if(spi_chl == 1)
{
spi_flash_gpio_init(); //spi flash cs 初始化
// sd_gpio_init(); //spi sd cs 初始化
// nrf24l01_gpio_init();//spi nrf24l01 cs 初始化
spi_gpio_init(1); //spi gpio 初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_PCLK_SPIM1_HD, ENABLE); //SPI1时钟使能
spi_config_init.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
spi_config_init.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI
spi_config_init.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
spi_config_init.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //选择了串行时钟的稳态:空闲时钟低
spi_config_init.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //数据捕获(采样)于第1个时钟沿
spi_config_init.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
spi_config_init.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
spi_config_init.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
spi_config_init.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &spi_config_init); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
// spi_master_send_recv_byte(1, 0xFF); //启动传输
}
#endif
}
2.3 SPI 传输数据
通信接口需要有发送数据和接受数据的函数，固件库提供的发送数据函数原型为：
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
往 SPIx 数据寄存器写入数据 Data，从而实现发送。
固件库提供的接受数据函数原型为：
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx) ;
这从 SPIx 数据寄存器读出接收到的数据。
收发单个字节数据：
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 函 数 名: spi_master_send_recv_byte
// 功能说明: SPI 收发数据
// 形 参: spi_chl：SPIM 通道
// send_byte：发送的数据
// 返 回 值: 无
// 日 期: 2020-03-14
// 备 注:采用 Unix like 方式
// 作 者: by 霁风AI
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------
uint8_t spi_master_send_recv_byte(uint8_t spi_chl, uint8_t spi_byte)
{
uint8_t time = 0;
if (spi_chl == 1)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
{
time++;
if(time >200)
{
return false;
}
}
SPI_I2S_SendData(SPI1, spi_byte); //通过外设SPIx发送一个数据
time = 0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)//检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
{
time++;
if(time >200)
{
return false;
}
}