使用 STM32 的 SPI 来读取外部 SPI FLASH 芯片（W25Qxx）

SPI简介

SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。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， 同步的通信总线，并且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 上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信 协议，STM32 也有 SPI 接口。SPI 的内部简明图。

 SPI 接口一般使用 4 条线通信： 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 主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可 编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。 SPI 总线四种工作方式 SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串 行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果 CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电 平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果 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；如果 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。SPI 主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性 应该一致。

不同时钟相位下的总线传输时序（CPHA=0/1）。

硬件电路

软件设计

spi.h

ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "sys.h"


 
 				  	    													  
void SPI1_Init(void);			 //初始化SPI口
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度   
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节
		 
#endif

spi.c

#include "spi.h"

 
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25Q64/NRF24L01						  
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化

SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

void SPI1_Init(void)
{
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  

	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE );//PORTA时钟使能 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_SPI1,  ENABLE );//SPI1时钟使能 	
 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //PA5/6/7复用推挽输出 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA

 	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);  //PA5/6/7上拉

	SPI_InitStructure.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_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置SPI工作模式:设置为主SPI
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;		//串行同步时钟的空闲状态为高电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;	//串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = 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_InitStructure.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_InitStructure.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_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //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
	
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输		 
}   
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2   2分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_8   8分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_16  16分频  
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 

void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
  assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
	SPI1->CR1&=0XFFC7;
	SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;	//设置SPI2速度 
	SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); 

} 

//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u8 retry=0;				 	
	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
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}			  
	SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
	retry=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
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}	  						    
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据					    
}

 flash.h

#ifndef __FLASH_H
#define __FLASH_H			    
#include "sys.h" 
 
#define W25Q80 	0XEF13 	
#define W25Q16 	0XEF14
#define W25Q32 	0XEF15
#define W25Q64 	0XEF16
 

extern u16 SPI_FLASH_TYPE;		//定义我们使用的flash芯片型号		

#define	SPI_FLASH_CS PAout(4)  //选中FLASH					 


extern u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
//W25X16读写
#define FLASH_ID 0XEF14
//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 

void SPI_Flash_Init(void);
u16  SPI_Flash_ReadID(void);  	    //读取FLASH ID
u8	 SPI_Flash_ReadSR(void);        //读取状态寄存器 
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr);  	//写状态寄存器
void SPI_FLASH_Write_Enable(void);  //写使能 
void SPI_FLASH_Write_Disable(void);	//写保护
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead);   //读取flash
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash
void SPI_Flash_Erase_Chip(void);    	  //整片擦除
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr);//扇区擦除
void SPI_Flash_Wait_Busy(void);           //等待空闲
void SPI_Flash_PowerDown(void);           //进入掉电模式
void SPI_Flash_WAKEUP(void);			  //唤醒
#endif

flash.c

#include "flash.h" 
#include "spi.h"
#include "delay.h"   

u16 SPI_FLASH_TYPE=W25Q64;//默认就是25Q64；若使用W25Q128将其改成W25Q128;
//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25X16
//容量为2M字节,共有32个Block,512个Sector 

//初始化SPI FLASH的IO口
void SPI_Flash_Init(void)
{

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;  //SPI CS
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4);
	SPI1_Init();		   //初始化SPI
	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4);	//设置为18M时钟,高速模式
	SPI_FLASH_TYPE=SPI_Flash_ReadID();//读取FLASH ID.
}  

//读取SPI_FLASH的状态寄存器
//BIT7  6   5   4   3   2   1   0
//SPR   RV  TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 SPI_Flash_ReadSR(void)   
{  
	u8 byte=0;   
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
	SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg);    //发送读取状态寄存器命令    
	byte=SPI1_ReadWriteByte(0Xff);             //读取一个字节  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     
	return byte;   
} 
//写SPI_FLASH状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr)   
{   
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
	SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);   //发送写取状态寄存器命令    
	SPI1_ReadWriteByte(sr);               //写入一个字节  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
}   
//SPI_FLASH写使能	
//将WEL置位   
void SPI_FLASH_Write_Enable(void)   
{
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable);      //发送写使能  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
} 
//SPI_FLASH写禁止	
//将WEL清零  
void SPI_FLASH_Write_Disable(void)   
{  
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable);     //发送写禁止指令    
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
} 			    
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
u16 SPI_Flash_ReadID(void)
{
	u16 Temp = 0;	  
	SPI_FLASH_CS=0;				    
	SPI1_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00); 	 			   
	Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF)<<8;  
	Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF);	 
	SPI_FLASH_CS=1;				    
	return Temp;
}   		    
//读取SPI FLASH  
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)   
{ 
 	u16 i;    												    
	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData);         //发送读取命令   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16));  //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);   
    for(i=0;i>16)); //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);   
    for(i=0;ipageremain
		{
			pBuffer+=pageremain;
			WriteAddr+=pageremain;	

			NumByteToWrite-=pageremain;			  //减去已经写入了的字节数
			if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
			else pageremain=NumByteToWrite; 	  //不够256个字节了
		}
	};	    
} 
//写SPI FLASH  
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)  		   
u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 
	u32 secpos;
	u16 secoff;
	u16 secremain;	   
 	u16 i;    

	secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址 0~511 for w25x16
	secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
	secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小   

	if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
	while(1) 
	{	
		SPI_Flash_Read(SPI_FLASH_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
		for(i=0;i4096)secremain=4096;	//下一个扇区还是写不完
			else secremain=NumByteToWrite;			//下一个扇区可以写完了
		}	 
	};	 	 
}
//擦除整个芯片
//整片擦除时间:
//W25X16:25s 
//W25X32:40s 
//W25X64:40s 
//等待时间超长...
void SPI_Flash_Erase_Chip(void)   
{                                             
    SPI_FLASH_Write_Enable();                  //SET WEL 
    SPI_Flash_Wait_Busy();   
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);        //发送片擦除命令  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
	SPI_Flash_Wait_Busy();   				   //等待芯片擦除结束
}   
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 0~511 for w25x16
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)   
{   
	Dst_Addr*=4096;
    SPI_FLASH_Write_Enable();                  //SET WEL 	 
    SPI_Flash_Wait_Busy();   
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);      //发送扇区擦除指令 
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16));  //发送24bit地址    
    SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));   
    SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    SPI_Flash_Wait_Busy();   				   //等待擦除完成
}  
//等待空闲
void SPI_Flash_Wait_Busy(void)   
{   
	while ((SPI_Flash_ReadSR()&0x01)==0x01);   // 等待BUSY位清空
}  
//进入掉电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void)   
{ 
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown);        //发送掉电命令  
	SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    delay_us(3);                               //等待TPD  
}   
//唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void)   
{  
  	SPI_FLASH_CS=0;                            //使能器件   
    SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown);   //  send W25X_PowerDown command 0xAB    
	  SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选     	      
    delay_us(3);                               //等待TRES1
}   

main.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "spi.h"
#include "flash.h"

   	
//要写入到W25Q64的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={" SPI TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	 
 int main(void)
 { 
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];
	u32 FLASH_SIZE;
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	uart_init(9600);	 	//串口初始化为9600
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
 	ILI9341_Init ();
	KEY_Init();				//按键初始化		 	
	SPI_Flash_Init();  		//SPI FLASH 初始化 	 
 
	LCD_SetFont(&Font8x16);    //设置英文字体类型  Font24x32;：Font16x24;：Font8x16;

	ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(0)," STM32");	
	ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(1),"SPI TEST");	
	ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(2),"2014/3/9");	
	ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(3),"KEY1:Write  KEY2:Read");	//显示提示信息	
	LED1=0;
	while(SPI_Flash_ReadID()!=W25Q64)//检测不到W25Q64；默认W25Q64;若使用W25Q128，改为W25Q64
	{
		ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(4),"25Q64 Check Failed!");
		delay_ms(500);
		ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(5),"Please Check!      ");
		delay_ms(500);
		LED1=!LED1;//DS0闪烁
	}
	ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(6),"25Q64 Ready!");

	FLASH_SIZE=8*1024*1024;	//FLASH 大小为8M字节
	LCD_SetColors(RED,BLACK);
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY1_PRES)	//WK_UP 按下,写入W25Q64
		{
			ILI9341_Clear( 0, 110, 240, 320 );
			
 			ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(7),"Start Write W25Q64....");
			SPI_Flash_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE);		//从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
			ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(8),"W25Q64 Write Finished!");	//提示传送完成
		}
		if(key==KEY2_PRES)	//KEY0 按下,读取字符串并显示
		{
			ILI9341_Clear( 0, 150, 240, 320 ); 

 			ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(9),"Start Read W25Q64.... ");
			SPI_Flash_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE);				//从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
			ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(10),"The Data Readed Is:  ");	//提示传送完成
			ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(11),datatemp);					//显示读到的字符串
		}
		i++;
		delay_ms(10);
		if(i==20)
		{
			LED1=!LED1;//提示系统正在运行	
			i=0;
		}		   
	}
}