SPI专题（二）——STM32驱动FLASH(W25Q64)-电子工程世界

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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。

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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。

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STM32引脚对应SPI功能

PA2 片选CS

PA5 时钟SCK

PA6 MISO

PA7 MOSI

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。

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这是一个主机的通讯时序。NSS、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 NSS 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.通讯的起始和停止信号

在图中的标号1处，NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 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。在图中的标号6处，NSS 信号由低变高，是 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。

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，且数据输入输出是同时进行的。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。

观察图中的2345标号处，MOSI及 MISO的数据在 SCK的上升沿期间变化输出，在SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI及MISO为下一次表示数据做准备。SPI每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。

1.3 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(前面小节说明的都是这种模式)、双线单向以及单线模式。

SPI架构：

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通讯引脚 :

SPI的所有硬件架构都从图中左侧 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，使能 SPI1 时钟

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、 6、 7 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。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2P%riphGPHOA|RCC_APB2Periph_SPI1%r52C%521ENABLE );

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);

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;

参数解释

SPI_Direction 设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式

SPI_Mode 设置 SPI 的主从模式，主机模式 (SPI_Mode_Master)，从机模式 (PI_Mode_Slave)。

SPI_DataSiz 数据为 8 位还是 16 位帧格式选择项。SPI_DataSize_8b（8 位），SPI_DataSize_16b （16位）

SPI_CPOL 设置时钟极性

SPI_CPHA 设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿（上升或下降）数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集

SPI_NSS 设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制

SPI_BaudRatePrescaler 设置 SPI 波特率预分频值也就是决定 SPI 的时钟的参数，从不分频道 256 分频 8 个可选值，选择 256 分频值SPI_BaudRatePrescaler_256, 传输速度为 36M/256=140.625KHz。

SPI_FirstBit 设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前。SPI_FirstBit_MSB (高位在前)

SPI_CRCPolynomial 设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可

初始化的范例格式为：

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

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; //选择了串行时钟的稳态:时钟悬空高

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //数据捕获(采样)于第二个时钟沿

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

2.3使能 SPI1

初始化完成之后使能 SPI1 通信，在使能 SPI1 之后，就可以开始 SPI 通讯了。使能 SPI1 的方法为：

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能 SPI 外设

2.4 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。

2.5查看 SPI 传输状态

在 SPI 传输过程中，要判断数据是否传输完成，发送区是否为空等等状态，通过函数 SPI_I2S_GetFlagStatus 实现的，判断发送是否完成的方法是：

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE)；

3.软件设计

3.1 SPI实现

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

void SPI1_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );