stm32F407下SPI读写Flash

实在是太菜了，调试了很久才搞定，记录一下！

菜鸡一个，思维有点混乱，写的不是很好，尽量理清思路

一、任务

  1. 生成测试256个测试数据（0x00-0x100），0x100=0xFF
  2. 将测试数据写入Flash
  3. 读取Flash数据，并与写入的数据进行测试比较
  4. 读取的数据通过USART串口发送至电脑

二、硬件

  1. Flash：W25Q128，128Mbit的flash，相当于16M字节；
  2. Flash已经集成在开发板上，无需额外购买
  3. 集成的Flash是连接在SPI1引脚上的，设置其他引脚没有用，如果是自己外接的Flash则自己连接引脚

三、配置

  1. SYS,RCC跟之前一样配置，注意时钟频率，W25Q128，最高支持80M速度，我配置的时钟频率是84M，因此后面的配置，需要进行分频（SPI时钟是挂在APB1上的）

  2. GPIO：所有接口都要开启复用功能

    • CS<-->PB14：片选引脚（output模式）
    • MISO<-->PB4：主设备输入，从设备输出
    • MOSI<-->PB5：主设备输出，从设备输入
    • SCK<-->PB3：时钟引脚

  3. SPI配置：启用SPI1接口

    • Mode：Full-duplex master（全双工，主设备，stm32向flash中读写数据，因此是主设备）
    • NSS：disable
    • Parameter Setting:重点是相位和极性配置
      • Basic Parameter：保持默认（主要注意data size=8；first bit=MSB)
      • Clock Parameter：输出时钟为84M，可将预分频设置为8，速率即为10.5；clock polarity：High；clock phase：2edge
    • Advance parameter：保持默认，即不开启CRC校验和启用软件控制片选信号
    • NVIC：启用

  4. W25Q128驱动，我用的是微雪已经写好的驱动，稍微改一下即可。

四、代码

导入驱动

  1. 将W25Q128的驱动下载至本地并解压，可以解压至项目的源文件src目录下，然后将驱动的目录导入到项目的include中
  2. 在驱动的头文件中定义片选引脚，系统集成的W25Q128的片选引脚是PB14，这是必备步骤
  3. 这里操作的使W25Q128的头文件W25QXX.h
    //GPIO片选引脚，需要在这里定义
#define SPI1_CS_GPIO_Port GPIOB
#define SPI1_CS_Pin    GPIO_PIN_14

main.c

  1. 导入驱动其他的头文件，除了驱动的头文件，自定的函数还会需要用到其他的几个函数，因此需要导入其他两个个头文件

    /* USER CODE BEGIN Includes */
#include "W25QXX.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

  2. 定义几个会要用到的变量

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t wData[0x100];
uint8_t rData[0x100];
uint32_t i;
uint8_t ID[2];
uint8_t msg_buff[64];
uint8_t tmp_buff[64];

/* USER CODE END PV */
  1. 实现读写操作，具体看代码注释
/* USER CODE BEGIN 2 */

//启动后发送一段欢迎消息
  transmitStr("0.Welcome bytetoy.cn,W25Q128 SPI Sample\r\n\r\n");
    HAL_Delay(500);

    /* 1.W25Q128初始化，并获取W25Q128的设备ID*/
    BSP_W25Qx_Init();
    BSP_W25Qx_Read_ID(ID);
    sprintf((char*) msg_buff,
            "1.W25Q128(bytetoy) ID is : 0x%02X 0x%02X \r\n\r\n", ID[0], ID[1]);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, msg_buff, sizeof(msg_buff), 1000);
    HAL_Delay(500);

    //2. 擦除block数据
    if (BSP_W25Qx_Erase_Block(0) == W25Qx_OK) {
        transmitStr("2.SPI Erase Block ok\r\n");
    } else
        Error_Handler();
    HAL_Delay(500);

    /* 3.生成写入数据，通过for循环生成测试数据*/
    /* fill buffer */
    for (i = 0; i < 0x100; i++) {
        wData[i] = i;
        rData[i] = 0;
    }
    // 3.通过SPI向flash写入数据
    if (BSP_W25Qx_Write(wData, 0x00, 0x100) == W25Qx_OK) {
        transmitStr("3.SPI write flash ok\r\n");
    } else
        Error_Handler();

    HAL_Delay(500);

    /*4. 读取数据，数据存储在rData数组中*/
    if (BSP_W25Qx_Read(rData, 0x00, 0x100) == W25Qx_OK) {
        transmitStr("4.1.SPI Read ok\r\n");
    } else
        Error_Handler();

    transmitStr("4.2.SPI Read Data : \r\n");

    //打印读取的数据
    //memset将msg_buff数据重置为0，msg_buff是一个中间数组变量，如果不重置为0，输出内容可能包含之前的内容
    //HAL_UART_Transmit为阻塞式发送数据，发送的速度很快，电脑的串口工具有可能收不到，暂定100ms效果更好
    for (i = 0; i < 0x100; i++) {
        memset(msg_buff, 0, 64);
        sprintf((char*) msg_buff, "0x%02X  ", rData[i]);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, msg_buff, sizeof(msg_buff), 1000);
        HAL_Delay(100);
    }
    transmitStr("\r\n4.3.all data output\r\n");

    HAL_Delay(500);
    /*5.比较输入、输出数据是否一致*/
    if (memcmp(wData, rData, 0x100) == 0) {
        transmitStr("5.input and ouput data SPI Test OK\r\n");
    } else {
        transmitStr("5.input and ouput data SPI Test False\r\n");
    }
  /* USER CODE END 2 */

  1. 自定义的包装发送函数：用于通过USART串口发送数据

    /* USER CODE BEGIN 4 */
//自定义向串口发送输出数据
//用途是将发送的消息字符串，通过USART串口发送至电脑，目的是将HAL库函数缩短一些
//注意一点数组需要重置为空
void transmitStr(char *p) {
 memset(tmp_buff,0,64);
 sprintf((char *)tmp_buff,p);
 HAL_UART_Transmit(&huart1, tmp_buff, sizeof(tmp_buff), 1000);
}
/* USER CODE END 4 */

  2. 数据读写成功后，通过USART串口发送至电脑，内容如下：

0.Welcome bytetoy.cn,W25Q128 SPI Sample

1.W25Q128(bytetoy) ID is : 0x52 0x17 

2.SPI Erase Block ok
3.SPI write flash ok
4.1.SPI Read ok
4.2.SPI Read Data : 
0x01  0x02  0x03  0x04  0x05  0x06  0x07  0x08  0x09  0x0A  0x0B  0x0C  0x0D  0x0E  0x0F  0x10  0x11  0x12  0x13  0x14  0x15  0x16  0x17  0x18  0x19  0x1A  0x1B  0x1C  0x1D  0x1E  0x1F  0x20  0x21  0x22  0x23  0x24  0x25  0x26  0x27  0x28  0x29  0x2A  0x2B  0x2C  0x2D  0x2E  0x2F  0x30  0x31  0x32  0x33  0x34  0x35  0x36  0x37  0x38  0x39  0x3A  0x3B  0x3C  0x3D  0x3E  0x3F  0x40  0x41  0x42  0x43  0x44  0x45  0x46  0x47  0x48  0x49  0x4A  0x4B  0x4C  0x4D  0x4E  0x4F  0x50  0x51  0x52  0x53  0x54  0x55  0x56  0x57  0x58  0x59  0x5A  0x5B  0x5C  0x5D  0x5E  0x5F  0x60  0x61  0x62  0x63  0x64  0x65  0x66  0x67  0x68  0x69  0x6A  0x6B  0x6C  0x6D  0x6E  0x6F  0x70  0x71  0x72  0x73  0x74  0x75  0x76  0x77  0x78  0x79  0x7A  0x7B  0x7C  0x7D  0x7E  0x7F  0x80  0x81  0x82  0x83  0x84  0x85  0x86  0x87  0x88  0x89  0x8A  0x8B  0x8C  0x8D  0x8E  0x8F  0x90  0x91  0x92  0x93  0x94  0x95  0x96  0x97  0x98  0x99  0x9A  0x9B  0x9C  0x9D  0x9E  0x9F  0xA0  0xA1  0xA2  0xA3  0xA4  0xA5  0xA6  0xA7  0xA8  0xA9  0xAA  0xAB  0xAC  0xAD  0xAE  0xAF  0xB0  0xB1  0xB2  0xB3  0xB4  0xB5  0xB6  0xB7  0xB8  0xB9  0xBA  0xBB  0xBC  0xBD  0xBE  0xBF  0xC0  0xC1  0xC2  0xC3  0xC4  0xC5  0xC6  0xC7  0xC8  0xC9  0xCA  0xCB  0xCC  0xCD  0xCE  0xCF  0xD0  0xD1  0xD2  0xD3  0xD4  0xD5  0xD6  0xD7  0xD8  0xD9  0xDA  0xDB  0xDC  0xDD  0xDE  0xDF  0xE0  0xE1  0xE2  0xE3  0xE4  0xE5  0xE6  0xE7  0xE8  0xE9  0xEA  0xEB  0xEC  0xED  0xEE  0xEF  0xF0  0xF1  0xF2  0xF3  0xF4  0xF5  0xF6  0xF7  0xF8  0xF9  0xFA  0xFB  0xFC  0xFD  0xFE  0xFF  
4.3.all data output
5.input and ouput data SPI Test OK

五、SPI相关概念

记录一下，用于理解和记忆

  1. SPI引脚

    SPI（Serial Peripheral Interface）,串行外围设备接口,一种高速的，全双工，同步的通信总线。芯片的管脚上只占用四根线。

    • MISO：主器件数据输入，从器件数据输出。
    • MOSI：主器件数据输出，从器件数据输入。
    • SCK： 时钟信号，由主设备控制发出。
    • NSS（CS）： 从设备选择信号，由主设备控制。当NSS为低电平则选中从器件。

  2. IDE配置内容

    • CPOL（时钟极性）：定义时钟空闲状态电平 CPOL=0为时钟空闲时为低电平, CPOL=1为时钟空闲时为高电平
    • CPHA（时钟相位）：定义数据的采集时间 CPHA=0:在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。CPHA=1:在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样 CPHA=0，相当于设置里clock phase：1edge，CPHA=1，相当于设置里clock phase：2edge

  3. W25Q128指令

    1. W25Q128是串行Flash，掉电不丢失数据，可用于存储数据。
    2. 128M（bit）大小分为256个block（块），即每个block是64k
    3. 每个block（64k）又分为16个sector（扇区），每个sector为4k
    4. W25Q128指令由32位组成，分为两个部分：指令和地址。前8位（0-7）是指令，后24位（8-31）是地址。
    5. FLASH写数据前必须擦除存储器，而擦除是以扇区或块作为操作单位的
    • 0x90：读制造商/设备ID
    • 0x03H：读数据
    • 0x02H：页编程，即写入数据
    • 0x20H：扇区擦除

  4. 分析一个W25Q128驱动函数：BSP_W25Qx_Read，数据读取函数

    • uint8_t cmd[4]：定义一个指令，由32位组成，即4个字节
    • 在指令中，从高位到低位，分别写入8位的指令和24位的地址
    • W25Qx_Enable()：使能SPI设备，通过片选CS引脚给低电平实现。
    • HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE)：stm32通过SPI向W25Q128发送指令，cmd是上面的定义的指令
    • HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData,Size,W25Qx_TIMEOUT_VALUE)：stm32通过SPI读取数据。

    • W25Qx_Disable()：使SPI设备失能

      uint8_t BSP_W25Qx_Read(uint8_t* pData, uint32_t ReadAddr, uint32_t Size)
{
uint8_t cmd[4];

/* Configure the command */
cmd[0] = READ_CMD;
cmd[1] = (uint8_t)(ReadAddr >> 16);
cmd[2] = (uint8_t)(ReadAddr >> 8);
cmd[3] = (uint8_t)(ReadAddr);

W25Qx_Enable();
/* Send the read ID command */
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, W25Qx_TIMEOUT_VALUE);    
/* Reception of the data */
if (HAL_SPI_Receive(&hspi1, pData,Size,W25Qx_TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
{
return W25Qx_ERROR;
}
W25Qx_Disable();
return W25Qx_OK;
}

六、其他

  1. 例程的演示，默认first bit=MSB，从高位读取数据，驱动和驱动函数的解析都是以高位读取数据；
  2. SPI1的引脚设置，可先设置GPIO，然后设置SPI；先设置了SPI后，SPI的菜单里使看不到GPIO接口的。
  3. 片选引脚(CS)的设置，在GPIO里，例程里选的PB14，设置的时候，IDE有点慢，要等一下才会出现output选项，不能选择为SPI2_MISO，否则无法使能SPI1。这里排查了很长时间，就是因为CS连接的PB14模式设置错误。
  4. CPOL和CPHA貌似无论何种设置都可以，不影响读取SPI，可能跟外设不同
  5. SPI其实没有读取、写入数据的说法，SPI其实是一个环形的移位过程。如：MOSI，将主设备数据从寄存器中移动到从设备的寄存器，同时从设备的寄存器内容会移动到主设备的寄存器，这就是一个写数据的过程。他的实质使两个设备交换数据。
  6. 片选（CS）的含义和作用是使SPI设备使能和失能，器件先拉低从器件的片选信号线NSS，选中要传输的从器件。这就意味同一个SPI接口可以连接多个SPI外设，通过CS接口选择不同的外设。
  7. SPI的每次操作，如读数据、写数据、擦除，都要通过CS使外设使能和失能
  8. 通过USART读取数据时，每次都要重置数组，否则有可能带上了上一次的内容，这个问题排查了很久。我这里使通过一个函数transitStr实现的串口发送数据。

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