（HAL）STM32F407ZGT6——25-1 通信协议SPI软件读写W25Q128实验
一、实验内容
通过KEY1 按键来控制 norflash 的写入，通过按键 KEY0 来控制norflash 的读取。并在LCD模块上显示相关信息。我们还可以通过 USMART 控制读取 norflash 的 ID、擦除某个扇区或整片擦除。LED0 闪烁用于提示程序正在运行。
本次实验使用的板为正点原子STM32F4探索版V2，SPI配置为全双工通信。
1、SPI简介
SPI：串行外设设备接口，是一种高速的、全双工的、同步的通信总线。
存在问题：实际操作时，输入引脚仍然配置为推挽输出。
同时往外传输，读写同步。
SPI具有四种模式，依靠CPOL与CPHA进行配置。本次实验配置如下：
2、NORFLASH
W25Q128接线如下：
二、读、擦除、写操作配置步骤
其中，NORFLASH_CS(0)将PB14(CS引脚)写低，NORFLASH_CS(1)将PB14(CS引脚)写高。
#define NORFLASH_CS(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)
/* 写使能 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x06);
NORFLASH_CS(1);
/* 读状态寄存器1 */
uint8_t norflash_rd_sr1(void)
{
uint8_t rec_data = 0;
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x05); /* 读状态寄存器1 */
rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
NORFLASH_CS(1);
return rec_data;
}
/* 读操作 */
uint8_t norflash_read_data(uint32_t addr)
{
uint8_t rec_data;
NORFLASH_CS(0);
/* 1 发送读指令 */
spi1_read_write_byte(0x03);
/* 2 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
/* 3 读取数据 */
rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
NORFLASH_CS(1);
return rec_data;
}
/* 擦除操作，3-5对应上边擦除步骤，注意擦除前需要写使能 */
void norflash_erase_sector(uint32_t addr)
{
/* 1 写使能 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x06);
NORFLASH_CS(1);
/* 2 等待空闲 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
/* 3 发送扇区擦除指令 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x20);
/* 4 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
NORFLASH_CS(1);
/* 5 等待空闲 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
}
/* 写操作步骤，其中3-5对应上边页写时序，注意最开始需要先擦拭扇区、写使能。 */
void norflash_write_page1(uint8_t data, uint32_t addr)
{
/* 1 擦除扇区 */
norflash_erase_sector(addr);
/* 2 写使能 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x06);
NORFLASH_CS(1);
/* 3 发送页写指令 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x02);
/* 4 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
/* 5 要写入的数据 */
spi1_read_write_byte(data);
NORFLASH_CS(1);
/* 6 等待写入完成 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
}
三、文件代码
1、spi.c文件
#include "./BSP/SPI/spi.h"
SPI_HandleTypeDef g_spi1_handler; /* SPI1句柄 */
/**
* @brief SPI初始化代码
* @note 主机模式,8位数据,禁止硬件片选
* @param 无
* @retval 无
*/
void spi1_init(void)
{
/* SPI1初始化 */
g_spi1_handler.Instance = SPI1; /* SPI1 */
g_spi1_handler.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; /* 设置SPI模式（主机模式） */
g_spi1_handler.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; /* 设置SPI工作方式（全双工） */
g_spi1_handler.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; /* 设置数据格式（8bit长度） */
g_spi1_handler.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_HIGH; /* 设置时钟极性（CPOL = 1） */
g_spi1_handler.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE; /* 设置时钟相位（CPHA = 1） */
g_spi1_handler.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; /* 设置片选方式（软件片选，自定义GPIO） */
g_spi1_handler.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; /* 设置SPI时钟波特率分频（256分频） */
g_spi1_handler.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; /* 设置大小端模式（MSB高位在前） */
g_spi1_handler.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; /* 设置帧格式（关闭TI模式） */
g_spi1_handler.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; /* 设置CRC校验（关闭CRC校验） */
g_spi1_handler.Init.CRCPolynomial = 7; /* 设置CRC校验多项式（范围：1~65535） */
HAL_SPI_Init(&g_spi1_handler);
__HAL_SPI_ENABLE(&g_spi1_handler); /* 使能SPI1 */
}
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
/* 时钟使能 */
__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/* 引脚初始化 */
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
/* PB3复用输出 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_3;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
gpio_init_struct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);
/* PB4复用输出 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);
/*PB5复用输出 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_5;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);
}
/* 发送和接收数据 */
/* data为要写入的字节 */
/* rec_data为读到的字节 */
uint8_t spi1_read_write_byte(uint8_t data)
{
uint8_t rec_data = 0;
HAL_SPI_TransmitReceive(&g_spi1_handler, &data, &rec_data, 1, 1000);
return rec_data;
}
2、norflash.c文件
#include "./BSP/SPI/spi.h"
#include "./BSP/NORFLASH/norflash.h"
/**
* @brief 初始化SPI NOR FLASH
* @param 无
* @retval 无
*/
void norflash_init(void)
{
/* 时钟使能 */
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/* 引脚初始化 */
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
/* PB14推挽输出 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_14; /* NORFLASH CS引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);
spi1_init();
spi1_read_write_byte(0xFF); /* 清除DR的作用 */
NORFLASH_CS(1);
}
/* 读状态寄存器1 */
uint8_t norflash_rd_sr1(void)
{
uint8_t rec_data = 0;
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x05); /* 读状态寄存器1 */
rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
NORFLASH_CS(1);
return rec_data;
}
/* 读操作 */
uint8_t norflash_read_data(uint32_t addr)
{
uint8_t rec_data;
NORFLASH_CS(0);
/* 1 发送读指令 */
spi1_read_write_byte(0x03);
/* 2 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
/* 3 读取数据 */
rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
NORFLASH_CS(1);
return rec_data;
}
/* 擦除操作 */
void norflash_erase_sector(uint32_t addr)
{
/* 1 写使能 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x06);
NORFLASH_CS(1);
/* 2 等待空闲 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
/* 3 发送扇区擦除指令 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x20);
/* 4 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
NORFLASH_CS(1);
/* 5 等待空闲 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
}
/* 写操作 */
void norflash_write_page1(uint8_t data, uint32_t addr)
{
/* 1 擦除扇区 */
norflash_erase_sector(addr);
/* 2 写使能 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x06);
NORFLASH_CS(1);
/* 3 发送页写指令 */
NORFLASH_CS(0);
spi1_read_write_byte(0x02);
/* 4 发送地址 */
spi1_read_write_byte(addr>>16);
spi1_read_write_byte(addr>>8);
spi1_read_write_byte(addr);
/* 5 要写入的数据 */
spi1_read_write_byte(data);
NORFLASH_CS(1);
/* 6 等待写入完成 */
while(norflash_rd_sr1()&0x01); /* 接收寄存器是否空闲 */
}
3、main.c文件
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/NORFLASH/norflash.h"
int main(void)
{
uint8_t key;
uint16_t i = 0;
uint8_t rec_data = 0;
//uint8_t datatemp[TEXT_SIZE];
//uint32_t flashsize;
//uint16_t id = 0;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 设置时钟,168Mhz */
delay_init(168); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(84); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
key_init(); /* 初始化按键 */
norflash_init(); /* 初始化NORFLASH */
while (1)
{
key = key_scan(0);
if (key == KEY1_PRES) /* KEY1按下,写入 */
{
norflash_write_page1('A', 0x123457); /* 地址范围0~0xFFFFFF，地址和发送数据可做修改 */
printf("write finish \r\n");
}
if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下,读取字符串并显示 */
{
rec_data = norflash_read_data(0x123456); /*接收地址可做修改*/
printf("read data : %c \r\n", rec_data);
}
i++;
if (i == 20)
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁 */
i = 0;
}
delay_ms(10);
}
}
四、实验现象
main中代码为读取地址0x123456，往0x123456写入5。
出现现象为：0x123456内容被擦除，写入之后再读为5。
main中代码为读取地址0x123456，往0x123456写入A。
出现现象为：0x123456内容不变，写入之后内容变为A。
main中代码为读取地址0x123456，往0x123457写入A。
出现现象为：0x123456地址中有用的内容被擦除。
五、问题与讨论
1、为何接收来自slave的数据时，总是需要先写0xFF？
rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);
原因是SPI通信是双向的且同时进行的，接收slave的数据时，master原先移位寄存器的值就会自动移入slave的移位寄存器中去。如果该值是slave能够识别的一个命令值，就会对slave产生影响，故需要在接收之前写入0xFF（slave不会影响的值），故不一定需要写入0xFF，写入slave不会识别的命令值即可。
由下面执行代码可知道，data（0xFF）是先被写入之后，再接收rec_data。
/* 发送和接收数据 */
/* data为要写入的字节 */
/* rec_data为读到的字节 */
uint8_t spi1_read_write_byte(uint8_t data)
{
uint8_t rec_data = 0;
HAL_SPI_TransmitReceive(&g_spi1_handler, &data, &rec_data, 1, 1000);
return rec_data;
}2、RAM与NOR FLASH、NAND FLASH三者的区别
（1）RAM指哪打哪，可以覆盖写入，写比较简单，速度快。缺点为数据易丢失。
（2）NOR 与NAND 在数据写入前都需要有擦除操作，但实际上NOR Flash 的一个bit 可以从1变成0，而要从0 变 1 就要擦除后再写入，NAND Flash 这两种情况都需要擦除。擦除操作的最小单位为“扇区/块”，这意味着有时候即使只写一字节的数据，则这个“扇区/块”上之前的数据都可能会被擦除。写入速度较慢，但有掉电不丢失的特点。