STM32CubeMx之硬件SPI驱动W25Q64

1.SPI简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，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，越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI：高速同步串行口。是一种标准的四线同步双向串行总线，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。
该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。
SPI根据时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)的不同，能够产生4时钟时序。时钟极性(CPOL)控制时钟线空闲电平状态，时钟相位(CPHA)用来控制数据采样极性。
模式0：CPOL=0,CPHA=0

  时钟线空闲电平为低电平，第一个边沿采样数据，第二个边沿发送数据；

模式1：CPOL=0,CPHA=1
  时钟线空闲电平为低电平，第一个边沿发送数据，第二个边沿采样数据；

模式2：CPOL=1,CPHA=0
  时钟线空闲电平为高电平，第一个边沿采样数据，第二个边沿发送数据；

模式3：CPOL=1,CPHA=1
  时钟线空闲电平为高电平，第一个边沿发送数据，第二个边沿采样数据；

2 硬件接口

• CPU：STM32F103ZE
• 屏幕：3.5寸TFTLCD屏
• Flash： W25Q64(SPI方式)
• 软件平台： STM32CubeMx

2.1 W25Q64简介

W25Q64(64M-bit)，W25Q16(16M-bit)和W25Q32(32M-bit)是为系统提供一个最小的空间、引脚和功耗的存储器解决方案的串行Flash存储器。25Q系列比普通的串行Flash存储器更灵活，性能更优越。基于双倍/四倍的SPI，它们能够可以立即完成提供数据给RAM，包括存储声音、文本和数据。芯片支持的工作电压2.7V到3.6V，正常工作时电流小于5mA，掉电时低于1uA。所有芯片提供标准的封装。
W25Q64/16/32由每页256字节组成。每页的256字节用一次页编程指令即可完成。每次可以擦除16页(1个扇区)、128 页(32KB块)、256页(64KB块)和全片擦除。
W25Q64的内存空间结构：一页256字节，4K(4096字节)为一个扇区，16个扇区为1块，容量为8M字节,共有128个块,2048个扇区。
W25Q64可擦写周期至少10万次，数据保存20年。
W25Q64驱动方式为SPI，支持SPI总线的工作模式0(0，0)和3( 1，1)。模式0和模式3。

2.2 硬件接口

引脚	说明
CS	片选(低电平选中) PB12
SPI2_MISO	主机输入从机输出PB14
SPI2_MOSI	主机输出从机输入PB15
SPI_SCK	时钟线PB13
CS	片选(低电平选中) PB12

2.3 软件设置

SPI2配置:

NSS引脚配置：

3 代码生成

3.1 SPI初始化

  SPI配置信息可参考STM32中文参考手册第23.5.1SPI控制寄存器小结。

3.2 SPI读写一字节函数

uint8_t SPI2_WROneByte(uint8_t data)
{
	uint8_t dat_rx=0;
	HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2,&data,&dat_rx,1,100);
	return dat_rx;
}

3.3 W25Q64 编程

3.3.1 读取W25Q64制造商/芯片ID

/*获取W25Q64设备ID*/
uint16_t W25Q64_GetDeviceID(void)
{
	uint16_t id;
	W25Q64_CS(0);//选中W25Q64
	SPI2_WROneByte(0x90);//发送指令0x90
	//发送24位地址
	SPI2_WROneByte(0);
	SPI2_WROneByte(0);
	SPI2_WROneByte(0);
	id=SPI2_WROneByte(0xff);//制造商ID:0xef
	id<<=8;
	id|=SPI2_WROneByte(0xff);//设备ID:0x16
	W25Q64_CS(1);//取消选中
	return id;
}

3.3.2 W25Q64页编程0x02

页编程指令允许从一个字节到256字节的数据编程(一页)(编程之前必须保证内存空间是 0XFF)。允许写入指令之前,必须先发送设备写使能指令。写使能开启后，设备才能接收编程指令。开启页编程先拉底/ CS， 然后发送指令代码“02 h”，接着发送一个 24 位地址(A23-A0)(发送3次，每次 8 位) 和至少一个数据字节(数据字节不能超过256字节)。数据字节发送完毕，需要拉高片选线 CS/，并判断状态位，等待写入结束。
进行页编程时，如果数据字节数超过了256字节，地址将自动回到页的起始地址，覆盖掉之前的数据。在某些情况下,数据字节小于256字节(同一页内)， 也可以正常对其他字节存放，不会有任何影响。如果存放超过256字节的数据，需要分次编程存放。
3.3.3 W25Q64读数据0x03

读取数据指令允许按顺序读取一个字节的内存数据。当片选CS/拉低之后， 紧随其后是一个24位的地址(A23-A0)(需要发送3次，每次8个字节，先发高位)。芯片收到地址后，将要读的数据按字节大小转移出去，数据是先转移高位，对于单片机，时钟下降沿发送数据，上升沿接收数据。读数据时，地址会自动增加，允许连续的读取数据。这意味着读取整个内存的数据,只要用一个指令就可以读完。数据读取完成之后，片选信号/ CS 拉高。读取数据的指令序列,如上图所示。如果一个读数据指令而发出的时候，设备正在擦除扇区,或者(忙= 1)，该读指令将被忽略,也不会对当前周期有什么影响。

3.3.4 扇区擦除0x20

扇区擦除指令可以擦除指定一个扇区(4 k字节)内所有数据，将内存空间恢复到 0xFF 状态。写入扇区擦除指令之前必须执行设备写使能(发送设备写使能指令 0x06)，并判断状态寄存器(状态寄存器位最低位必须等于0才能操作)。发送的扇区擦除指令前，先拉低/ CS， 接着发送扇区擦除指令码”20 h”，和24位地址(A23-A0)，地址发送完毕后，拉高片选线 CS/，并判断状态位，等待擦除结束。擦除一个扇区的最少需要 150ms 时间。
3.3.5 读状态0x05和0x35

读取状态寄存器的指令是8位的指令。发送指令之前，先将/ CS 拉低，再发送指令码“05 h”或者“35h”。设备收到读取状态寄存器的指令后，将状态信息(高位)依次移位发送出去，读出的状态信息，最低位为1代表忙，最低位为0代表可以操作，状态信息读取完毕，将片选线拉高。
读状态寄存器指令可以使用在任何时候，即使程序在擦除的过程中或者写状态寄存器周期正在进行中。这可以检测忙碌状态来确定周期是否完成，以确定设备是否可以接受另一个指令。

3.3.6 W25Q64指令表

4 主函数

  MX_GPIO_Init();
  MX_FSMC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SPI2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
char buff[200];
char buff_tx[]="HAL库配置SPI硬件时序驱动W25Q64S数据读写测试 -- Ver1.0";
char buf_rx[100];
NT35310_Init();//LCD初始化
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("W25Q64初始化")/2*8,20,16,(u8 *)"W25Q64初始化",BLACK);
LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"W25Q64 OK",RED);
uint16_t id=W25Q64_GetDeviceID();
snprintf(buff,sizeof(buff),"ID信息：%#x",id);
LCD_Display_Str(20,60,16,(u8 *)buff,RED);
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("W25Q64读写测试")/2*8,90,16,(u8 *)"W25Q64读写测试",BLACK);
W25Q64_WriteData(100,buf_tx,sizeof(buf_tx));
W25Q64_ReadData(100,buf_rx,sizeof(buf_tx));
LCD_Display_Str(20,120,16,(u8 *)"W25Q64写数据：OK",RED);
LCD_Display_Str(20,140,16,(u8 *)"W25Q64读数据：OK",RED);
LCD_Display_Str(20,160,16,(u8 *)"数据内容：",RED);
LCD_Display_Str(20,180,16,(u8 *)buf_rx,BLUE);
while(1)
{
}