22、STM32——SPI
1、SPI 简介
SPI 一般有四根通信线，一根时钟线（SCLK）用来从主设备发出时钟脉冲，两根单向数据线（MOSI，MISO）实现全双工通信，一根片选信号由主设备发出，作为从设备的使能信号。
SPI 通信是以主设备发起字节开始的，即便主设备只需要读取从设备发出的数据，也需要先发送字节开启通信的传输。主设备和从设备中各有一个移位寄存器，主设备把要发送的数据写入寄存器，寄存器再通过 MOSI 信号线将数据发送给从设备，与此同时，从设备的数据也从 MISO 信号线传输给主设备。
时钟极性：CPOL = 0 串行同步时钟的空闲状态为低电平，CPOL = 1 串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位：CPHA = 0 串行同步时钟的第一个（奇数个）跳变沿数据被采样，CPHA = 1 串行同步时钟的第二个（偶数个）跳变沿数据被采样
当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR” 中的 “TXE 标志位” 会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空
当接收完一帧数据的时候，“RXNE 标志位” 会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空
(1) SPI_Direction
设置 SPI 的通讯方向，可设置为双线全双工 (SPI_Direction_2Lines_FullDuplex)，双线只接收 (SPI_Direction_2Lines_RxOnly)，单线只接收 (SPI_Direction_1Line_Rx)、单线只发送模式
(SPI_Direction_1Line_Tx)
(2) SPI_Mode
设置 SPI 工作在 主机模式 (SPI_Mode_Master) 或 从机模式 (SPI_Mode_Slave )，这两个模式的最大区别为 SPI 的 SCK 信号线的时序，SCK 的时序是由通讯中的主机产生的。若被配置为从机模式，STM32 的 SPI 外设将接受外来的 SCK 信号
(3) SPI_DataSize
本成员可以选择 SPI 通讯的数据帧大小是为 8 位 (SPI_DataSize_8b) 还是 16 位 (SPI_DataSize_16b)。
(4) SPI_CPOL 和 SPI_CPHA
时钟极性 CPOL 成员，可设置为高电平 (SPI_CPOL_High) 或低电平 (SPI_CPOL_Low )
时钟相位 CPHA 则可以设置为 SPI_CPHA_1Edge(在 SCK 的奇数边沿采集数据) 或 SPI_CPHA_2Edge(在 SCK 的偶数边沿采集数据) 。
(5) SPI_NSS
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 片选信号由 SPI 硬件自动产生，而软件模式则需要我们亲自把相应的 GPIO 端口拉高或置低产生非片选和片选信号。
实际中软件模式应用比较多。
(6) SPI_BaudRatePrescaler
本成员设置波特率分频因子，分频后的时钟即为 SPI 的 SCK 信号线的时钟频率。这个成员参数可设置为 fpclk 的 2、4、6、8、16、32、64、128、256 分频。
(7) SPI_FirstBit
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 (低位数据在前) 的问题，而 STM32 的 SPI 模块可以通过这个结构体成员，对这个特性编程控制。
(8) SPI_CRCPolynomial
这是 SPI 的 CRC 校验中的多项式，若我们使用 CRC 校验时，就使用这个成员的参数 (多项式)，来计算 CRC 的值。
2、读写W25Q64
在存储控制上，主要的区别是 FLASH 芯片只能一大片一大片地擦写，而 EEPROM可以单个字节擦写。
64Mbit 也就是8MByte 的 flash内存，分成0 ~ 127个块，每个块 64KB，每个块分成 0 ~ 15 个扇区（sector），每个扇区 4KB。
我们在发送数据的时候，要先确认发送缓冲区是否为空，确保上一个数据已经发送完成，当数据全部从数据寄存器（DR）的发送缓冲区传输到移位寄存器，TXE 标志置1，发送缓冲区为空，才可以向数据寄存器（ DR ）中写入数据。
同时，在接收数据的时候，要先确认接收缓冲区是否非空，当数据寄存器里有数据时，RXNE位是0，当数据全部从数据寄存器（ DR ）的接收缓冲区传输到移位寄存器时， RXNE 位被置1，这时候可以从数据寄存器（ DR ）里读出数据。
就算我们需要接收数据也应该先发送数据，发送数据可以产生时序来接收数据。
在拿到一块模块的时候，应该先写个示例程序判断模块的好坏，因此，通过读取 W25Q64 的 ID 来判断通讯情况。
#ifndef _BSP_SPI_H_
#define _BSP_SPI_H_#include "stm32f10x.h"#define SPI_CS_PORT GPIOA
#define SPI_CS_PIN GPIO_Pin_4#define SPI_SCK_PORT GPIOA
#define SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_5#define SPI_MISO_PORT GPIOA
#define SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_6#define SPI_MOSI_PORT GPIOA
#define SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_7#define SPI_FLASH_CS_LOW() GPIO_ResetBits(SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )
#define SPI_FLASH_CS_HIGH() GPIO_SetBits(SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )#define DUMMY 0x00
#define READ_JEDEC_ID 0x9F
#define ERASE_SECTOR 0x20
#define READ_STATUS 0x05
#define READ_DATA 0x03
#define WRITE_ENABLE 0x06
#define WRITE_DATA 0x02void SPI_GPIO_Configuration(void);
uint8_t SPI_Flash_Send_Byte(uint8_t data);
uint8_t SPI_Flash_Read_Byte(void);
uint32_t SPI_Read_ID(void);
#endif
#include "bsp_spi.h"
#include "delay.h"void SPI_GPIO_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); //CSGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CS_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);//SCKGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_SCK_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);//MISOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);//MOSIGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MOSI_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;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_2;SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);SPI_FLASH_CS_HIGH();
}void SPI_Write_Enable(void)
{SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(WRITE_ENABLE);SPI_FLASH_CS_HIGH();
}uint8_t SPI_Flash_Send_Byte(uint8_t data)
{unsigned char retry = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){retry++;if(retry > 200)return 0;}SPI_I2S_SendData(SPI1, data);retry = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){retry++;if(retry > 200)return 0;}return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}uint8_t SPI_Flash_Read_Byte(void)
{return SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);
}uint32_t SPI_Read_ID(void)
{uint32_t flash_id = 0;SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(READ_JEDEC_ID);flash_id = SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);flash_id <<= 8;flash_id |= SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);flash_id <<= 8;flash_id |= SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);SPI_FLASH_CS_HIGH();return flash_id;
}
/******************************************************************************** (c)Copyright 2022** ALL RIGHTS RESERVED** File Name:main.c** Discribe: ** Author : ** Update List:** *******************************************************************************//*Includes --------------------------------------------------------------------*/#include "main.h"
#include "delay.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_spi.h"TIME Time;
SYSTEM System;
STATUS Status;int main(void)
{uint32_t id = 0;delay_init();USART_Config();SPI_GPIO_Configuration();printf("This is SPI_Flash Test Program\n");id = SPI_Read_ID();printf("id = %x\n", id);while(1){}
}
对 W25Q64 进行数据的写入和读取
#ifndef _BSP_SPI_H_
#define _BSP_SPI_H_#include "stm32f10x.h"#define SPI_CS_PORT GPIOA
#define SPI_CS_PIN GPIO_Pin_4#define SPI_SCK_PORT GPIOA
#define SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_5#define SPI_MISO_PORT GPIOA
#define SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_6#define SPI_MOSI_PORT GPIOA
#define SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_7#define SPI_FLASH_CS_LOW() GPIO_ResetBits(SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )
#define SPI_FLASH_CS_HIGH() GPIO_SetBits(SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )#define DUMMY 0x00
#define READ_JEDEC_ID 0x9F
#define ERASE_SECTOR 0x20
#define READ_STATUS 0x05
#define READ_DATA 0x03
#define WRITE_ENABLE 0x06
#define WRITE_DATA 0x02void SPI_GPIO_Configuration(void);
uint8_t SPI_Flash_Send_Byte(uint8_t data);
uint8_t SPI_Flash_Read_Byte(void);
uint32_t SPI_Read_ID(void);
void SPI_Erase_Sector(uint32_t addr);
void SPI_WaitForWriteEnd(void);
void SPI_Read_Data(uint32_t addr, uint8_t* data_buff, uint32_t data_length);
void SPI_Write_Data(uint32_t addr, uint8_t* data_buff, uint32_t data_length);#endif
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_spi.h"/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_GPIO_Configuration
** 功能描述: SPI_GPIO初始化函数
** 输入参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_GPIO_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); //CSGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CS_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);//SCKGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_SCK_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);//MISOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);//MOSIGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MOSI_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;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_2;SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);SPI_FLASH_CS_HIGH();
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Write_Enable
** 功能描述: 写使能函数，每次往内存写数据的时候都需要先写这个函数
** 输入参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_Write_Enable(void)
{SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(WRITE_ENABLE);SPI_FLASH_CS_HIGH();
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Flash_Send_Byte
** 功能描述: 写flash中写字节数据
** 输入参数: data
** 返回参数: uint8_t
**************************************************************************************************/
uint8_t SPI_Flash_Send_Byte(uint8_t data)
{unsigned char retry = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){retry++;if(retry > 200)return 0;}SPI_I2S_SendData(SPI1, data);retry = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){retry++;if(retry > 200)return 0;}return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Flash_Read_Byte
** 功能描述: 返回接收的字节数据
** 输入参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
uint8_t SPI_Flash_Read_Byte(void)
{return SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Read_ID
** 功能描述: 读取设备ID
** 输入参数: 无
** 返回参数: uint32_t
**************************************************************************************************/
uint32_t SPI_Read_ID(void)
{uint32_t flash_id = 0;SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(READ_JEDEC_ID);flash_id = SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);flash_id <<= 8;flash_id |= SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);flash_id <<= 8;flash_id |= SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);SPI_FLASH_CS_HIGH();return flash_id;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Erase_Sector
** 功能描述: 擦除FLASH指定扇区
** 输入参数: addr 24位地址值
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_Erase_Sector(uint32_t addr)
{SPI_Write_Enable();SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(ERASE_SECTOR);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 16) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 8) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr) & 0xff);SPI_FLASH_CS_HIGH();SPI_WaitForWriteEnd();
}//擦除和写入都是需要耗费时间的，因此擦除后需要等待FLASH内部时序操作完成
/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_WaitForWriteEnd
** 功能描述: 等待FLASH内部时序操作完成
** 输入参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_WaitForWriteEnd(void)
{uint8_t status_reg = 0;SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(READ_STATUS);do{status_reg = SPI_Flash_Read_Byte();}while((status_reg & 0x01) == 1);SPI_FLASH_CS_HIGH();
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Read_Data
** 功能描述: 读取数据
** 输入参数:
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_Read_Data(uint32_t addr, uint8_t* data_buff, uint32_t data_length)
{SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(READ_DATA);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 16) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 8) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr) & 0xff);while(data_length--){*data_buff = SPI_Flash_Send_Byte(DUMMY);data_buff++;}SPI_FLASH_CS_HIGH();SPI_WaitForWriteEnd();
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: SPI_Write_Data
** 功能描述: 写入数据
** 输入参数:
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
void SPI_Write_Data(uint32_t addr, uint8_t* data_buff, uint32_t data_length)
{SPI_Write_Enable();SPI_FLASH_CS_LOW();SPI_Flash_Send_Byte(WRITE_DATA);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 16) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr >> 8) & 0xff);SPI_Flash_Send_Byte((addr) & 0xff);while(data_length--){SPI_Flash_Send_Byte(*data_buff);data_buff++;}SPI_FLASH_CS_HIGH();SPI_WaitForWriteEnd();
}/******************************************************************************** (c)Copyright 2022** ALL RIGHTS RESERVED** File Name:main.c** Discribe: ** Author : ** Update List:** *******************************************************************************//*Includes --------------------------------------------------------------------*/#include "main.h"
#include "delay.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_spi.h"TIME Time;
SYSTEM System;
STATUS Status;uint8_t write_buf[4096] = {0};
uint8_t read_buf[4096] = {0};
int main(void)
{uint32_t id = 0;delay_init();USART_Config();SPI_GPIO_Configuration();printf("This is SPI_Flash Test Program\n");id = SPI_Read_ID();printf("id = %x\n", id);SPI_Erase_Sector(0);SPI_WaitForWriteEnd();for(uint16_t i = 0; i < 4096; i++){write_buf[i] = i;}SPI_Write_Data(0, write_buf, 4096);SPI_Read_Data(0, read_buf, 4096);for(uint16_t i = 0; i < 4096; i++){printf("0x%x ", read_buf[i]);if(i % 10 == 0){printf("\n");}}while(1){}
}
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