cortex_m3_stm32嵌入式学习笔记（二十一）：SPI实验（通信总线)
2015-01-26 20:37
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SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就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。
SPI，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，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议， STM32 也有 SPI 接口。
功能类似于上节的I2C，都属于传输数据的用途。。找到一篇I2C VS SPI的文章：点击打开链接
SPI 接口一般使用 4 条线通信：
MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。
MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
SCLK 时钟信号，由主设备产生。
CS 从设备片选信号，由主设备控制。
SPI 主要特点有： 可以同时发出和接收串行数据； 可以当作主机或从机工作； 提供频率可编程时钟； 发送结束中断标志； 写冲突保护； 总线竞争保护等。
本章，我们将使用STM32的SPI来读取外部 SPI FLASH 芯片（ W25Q64），实现类似上节的功能。
W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品， W25Q64 的容量为 64Mb， 该系列还有 W25Q80/16/32 等。 MiniSTM32 V3.0开发板所选择的 W25Q64 容量为 64Mb，也就是 8M 字节。
连接图如下：
也就说外设我们需要初始化PA5 6 7
配置SPI 和 flash的文件很长。。
spi.c
flash.h
函数虽多。。其实用到一般也只有读和写
写：
读
主函数实现的功能跟I2C类似。。
SPI，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，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议， STM32 也有 SPI 接口。
功能类似于上节的I2C，都属于传输数据的用途。。找到一篇I2C VS SPI的文章：点击打开链接
SPI 接口一般使用 4 条线通信：
MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。
MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
SCLK 时钟信号，由主设备产生。
CS 从设备片选信号，由主设备控制。
SPI 主要特点有： 可以同时发出和接收串行数据； 可以当作主机或从机工作； 提供频率可编程时钟； 发送结束中断标志； 写冲突保护； 总线竞争保护等。
本章，我们将使用STM32的SPI来读取外部 SPI FLASH 芯片（ W25Q64），实现类似上节的功能。
W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品， W25Q64 的容量为 64Mb， 该系列还有 W25Q80/16/32 等。 MiniSTM32 V3.0开发板所选择的 W25Q64 容量为 64Mb，也就是 8M 字节。
连接图如下：
也就说外设我们需要初始化PA5 6 7
配置SPI 和 flash的文件很长。。
spi.c
#include "spi.h"
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25X16/24L01/JF24C
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
void SPI1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
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);
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
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
}
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2 2分频 (SPI 36M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_8 8分频 (SPI 9M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_16 16分频 (SPI 4.5M@sys 72M)
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 (SPI 281.25K@sys 72M)
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SpeedSet ;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
}
//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
retry=0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)//检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
{
retry++;
if(retry>200)return 0;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据
}spi.h#ifndef __SPI_H #define __SPI_H #include "sys.h" void SPI1_Init(void); //初始化SPI口 void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet); //设置SPI速度 u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);//SPI总线读写一个字节 #endifflash.c
#include "flash.h"
#include "spi.h"
#include "delay.h"
u16 SPI_FLASH_TYPE=W25Q64;//默认就是25Q64
//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25X16
//容量为2M字节,共有32个Block,512个Sector
//初始化SPI FLASH的IO口
void SPI_Flash_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4; //SPI CS
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4);
SPI1_Init(); //初始化SPI
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4); //设置为18M时钟,高速模式
SPI_FLASH_TYPE=SPI_Flash_ReadID();//读取FLASH ID.
}
//读取SPI_FLASH的状态寄存器
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 SPI_Flash_ReadSR(void)
{
u8 byte=0;
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI1_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
return byte;
}
//写SPI_FLASH状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg); //发送写取状态寄存器命令
SPI1_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
//SPI_FLASH写使能
//将WEL置位
void SPI_FLASH_Write_Enable(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
//SPI_FLASH写禁止
//将WEL清零
void SPI_FLASH_Write_Disable(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
//读取芯片ID W25X16的ID:0XEF14
u16 SPI_Flash_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
SPI_FLASH_CS=0;
SPI1_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
SPI1_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF)<<8;
Temp|=SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
SPI_FLASH_CS=1;
return Temp;
}
//读取SPI FLASH
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{
u16 i;
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
{
pBuffer[i]=SPI1_ReadWriteByte(0XFF); //循环读数
}
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
}
//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!
void SPI_Flash_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 i;
SPI_FLASH_Write_Enable(); //SET WEL
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_PageProgram); //发送写页命令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI1_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
SPI_Flash_Wait_Busy(); //等待写入结束
}
//无检验写SPI FLASH
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
//CHECK OK
void SPI_Flash_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 pageremain;
pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数
if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
while(1)
{
SPI_Flash_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
else //NumByteToWrite>pageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了
}
};
}
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
u8 SPI_FLASH_BUF[4096];
void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址 0~511 for w25x16
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
while(1)
{
SPI_Flash_Read(SPI_FLASH_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容
for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
{
if(SPI_FLASH_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除
}
if(i<secremain)//需要擦除
{
SPI_Flash_Erase_Sector(secpos);//擦除这个扇区
for(i=0;i<secremain;i++) //复制
{
SPI_FLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];
}
SPI_Flash_Write_NoCheck(SPI_FLASH_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区
}else SPI_Flash_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.
if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
else//写入未结束
{
secpos++;//扇区地址增1
secoff=0;//偏移位置为0
pBuffer+=secremain; //指针偏移
WriteAddr+=secremain;//写地址偏移
NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减
if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096; //下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了
}
};
}
//擦除整个芯片
//整片擦除时间:
//W25X16:25s
//W25X32:40s
//W25X64:40s
//等待时间超长...
void SPI_Flash_Erase_Chip(void)
{
SPI_FLASH_Write_Enable(); //SET WEL
SPI_Flash_Wait_Busy();
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ChipErase); //发送片擦除命令
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
SPI_Flash_Wait_Busy(); //等待芯片擦除结束
}
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 0~511 for w25x16
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)
{
Dst_Addr*=4096;
SPI_FLASH_Write_Enable(); //SET WEL
SPI_Flash_Wait_Busy();
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));
SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
SPI_Flash_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空闲
void SPI_Flash_Wait_Busy(void)
{
while ((SPI_Flash_ReadSR()&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
//进入掉电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TPD
}
//唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void)
{
SPI_FLASH_CS=0; //使能器件
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB
SPI_FLASH_CS=1; //取消片选
delay_us(3); //等待TRES1
}flash.h
#ifndef __FLASH_H #define __FLASH_H #include "sys.h" #define W25Q80 0XEF13 #define W25Q16 0XEF14 #define W25Q32 0XEF15 #define W25Q64 0XEF16 extern u16 SPI_FLASH_TYPE;//定义我们使用的flash芯片型号 #define SPI_FLASH_CS PAout(2) //选中FLASH extern u8 SPI_FLASH_BUF[4096]; //W25X16读写 #define FLASH_ID 0XEF14 //指令表 #define W25X_WriteEnable 0x06 #define W25X_WriteDisable 0x04 #define W25X_ReadStatusReg 0x05 #define W25X_WriteStatusReg 0x01 #define W25X_ReadData 0x03 #define W25X_FastReadData 0x0B #define W25X_FastReadDual 0x3B #define W25X_PageProgram 0x02 #define W25X_BlockErase 0xD8 #define W25X_SectorErase 0x20 #define W25X_ChipErase 0xC7 #define W25X_PowerDown 0xB9 #define W25X_ReleasePowerDown 0xAB #define W25X_DeviceID 0xAB #define W25X_ManufactDeviceID 0x90 #define W25X_JedecDeviceID 0x9F void SPI_Flash_Init(void); u16 SPI_Flash_ReadID(void); //读取FLASH ID u8 SPI_Flash_ReadSR(void); //读取状态寄存器 void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr); //写状态寄存器 void SPI_FLASH_Write_Enable(void); //写使能 void SPI_FLASH_Write_Disable(void); //写保护 void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead); //读取flash void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash void SPI_Flash_Erase_Chip(void); //整片擦除 void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr);//扇区擦除 void SPI_Flash_Wait_Busy(void); //等待空闲 void SPI_Flash_PowerDown(void); //进入掉电模式 void SPI_Flash_WAKEUP(void); //唤醒 #endif
函数虽多。。其实用到一般也只有读和写
写：
/写SPI FLASH //在指定地址开始写入指定长度的数据 //该函数带擦除操作! //pBuffer:数据存储区 //WriteAddr:开始写入的地址(24bit) //NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535) u8 SPI_FLASH_BUF[4096]; void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
读
//读取SPI FLASH //在指定地址开始读取指定长度的数据 //pBuffer:数据存储区 //ReadAddr:开始读取的地址(24bit) //NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535) void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
主函数实现的功能跟I2C类似。。
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "spi.h"
#include "flash.h"
//要写入到W25Q64的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"MY SPI TEST"};
u32 FLASH_SIZE;
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)
void init(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(9600); //串口初始化为9600
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
LCD_Init();
KEY_Init(); //按键初始化
SPI_Flash_Init(); //SPI FLASH 初始化
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"SPI TEST");
LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@YH");
LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2015/1/26");
LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WK_UP:Write KEY0:Read"); //显示提示信息
while(SPI_Flash_ReadID()!=W25Q64) //检测不到W25Q64
{
LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"25Q64 Check Failed!");
delay_ms(500);
LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Please Check! ");
delay_ms(500);
LED0=!LED0;//DS0闪烁
}
LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"25Q64 Ready!");
FLASH_SIZE=8*1024*1024; //FLASH 大小为8M字节
POINT_COLOR=BLUE; //设置字体为蓝色
}
int main(void)
{
u8 key;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
init();
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES) //WK_UP 按下,写入W25Q64
{
LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏
LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Write W25Q64....");
SPI_Flash_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据
LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"W25Q64 Write Finished!"); //提示传送完成
}
if(key==KEY0_PRES) //KEY0 按下,读取字符串并显示
{
LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Read W25Q64.... ");
SPI_Flash_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节
LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"The Data Readed Is: "); //提示传送完成
LCD_ShowString(60,190,200,16,16,datatemp); //显示读到的字符串
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
i=0;
}
}
}
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