STM32 Cubemx配置SPI编程（使用Flash模块）

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前言

本篇文章来为大家讲解一下Flash模块的使用方法，Flash模块这里选择W25Q64模块。

一、W25Q64模块介绍

W25Q64 是一款由 Winbond 公司生产的串行闪存存储器，属于其 W25Q 系列产品。以下是关于 W25Q64 模块的一些基本信息：

存储容量：W25Q64 模块通常具有 64 Megabit（Mb）的存储容量，相当于 8 Megabyte（MB）。

接口：W25Q64 采用串行外围接口（SPI）进行通信。SPI 接口是一种通用的、简单的串行通信协议，通常用于与微控制器、传感器和其他外设进行通信。

工作电压：W25Q64 通常支持 2.7V 至 3.6V 的工作电压范围。

主要特点：

高速串行接口：W25Q64 支持高达 104 MHz 的串行时钟速率，使得数据读写速度快。

大容量存储：64 Mb 的存储容量足够存储大量的数据。

低功耗：W25Q64 在读取和待机模式下具有低功耗特性，适合于要求电源效率的应用场景。

扇区擦除：支持扇区擦除，使得对存储器的擦除操作更加灵活。

写保护：W25Q64 具有写保护功能，可保护存储器中的数据不受意外写入。

应用领域：W25Q64 可广泛应用于嵌入式系统中，如智能家居设备、工业控制系统、网络设备、汽车电子等领域。它常用于存储固件、配置文件、日志数据等。

支持软件：通常，W25Q64 模块可以与多种嵌入式系统和开发平台兼容，并且厂商通常会提供相应的驱动程序和示例代码，以便开发人员轻松地集成和使用该模块。

二、STM32Cubemx配置SPI

SPI Flash模块一共有6根线，接线方式如下：

配置PB9为输出模式，作为片选引脚。

三、SPI HAL库操作函数分析

3.1查询方式

HAL_SPI_TransmitReceive()：用于同时发送和接收数据。它的原型为：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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返回值：返回一个HAL_StatusTypeDef类型的枚举值，表示函数执行的状态。通常用HAL_OK表示成功，其他值表示错误。

参数：

hspi：SPI句柄，包含了SPI的配置信息和状态信息。
pTxData：指向要发送数据的缓冲区的指针。
pRxData：指向接收数据的缓冲区的指针。
Size：要发送/接收的数据字节数。
Timeout：超时时间，以毫秒为单位。如果超过这个时间函数还没有完成，则返回超时错误。

发送数据和接收数据过程：

代码分析：

while ((hspi->TxXferCount > 0U) || (hspi->RxXferCount > 0U)): 这是一个 while 循环，其条件是直到所有的数据都传输完成，即直到 TxXferCount 和 RxXferCount 均为零时才退出循环。TxXferCount 表示待发送的数据数量，RxXferCount 表示待接收的数据数量。

if ((__HAL_SPI_GET_FLAG(hspi, SPI_FLAG_TXE)) && (hspi->TxXferCount > 0U) && (txallowed == 1U)): 这是一个条件判断语句，检查是否满足以下条件：SPI 发送缓冲区为空 (SPI_FLAG_TXE)、仍有待发送的数据 (TxXferCount > 0U)，并且允许发送数据 (txallowed == 1U)。如果条件成立，则将待发送数据写入到 SPI 数据寄存器 (DR) 中，并更新相关的变量，表示已发送了一个字节的数据。

txallowed = 0U;: 将 txallowed 置为 0，表示下一个操作将是接收操作，而不是发送操作。

if ((__HAL_SPI_GET_FLAG(hspi, SPI_FLAG_RXNE)) && (hspi->RxXferCount > 0U)): 这是另一个条件判断语句，检查是否满足以下条件：SPI 接收缓冲区非空 (SPI_FLAG_RXNE)，并且仍有待接收的数据 (RxXferCount > 0U)。如果条件成立，则从 SPI 数据寄存器 (DR) 中读取接收到的数据，并将其存储到接收缓冲区中。

txallowed = 1U;: 将 txallowed 置为 1，表示下一个操作将是发送操作，允许发送数据。

if ((((HAL_GetTick() - tickstart) >= Timeout) && ((Timeout != HAL_MAX_DELAY))) || (Timeout == 0U)): 这个条件判断语句用于检查是否超时。它检查了两个条件：一是从开始传输到当前时刻的时间是否超过了设定的超时时间 Timeout，并且 Timeout 不是设置为无限等待；二是如果 Timeout 被设置为 0，表示立即超时。如果超时条件满足，则会将错误码置为超时错误，并跳转到错误处理的标签 error。

HAL_SPI_Transmit()：用于只发送数据而不接收。它的原型为：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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返回值：同样返回HAL_StatusTypeDef类型的枚举值，表示函数执行的状态。

参数：

hspi：SPI句柄，包含了SPI的配置信息和状态信息。
pData：指向要发送数据的缓冲区的指针。
Size：要发送的数据字节数。
Timeout：超时时间，以毫秒为单位。

HAL_SPI_Receive()：用于只接收数据而不发送。它的原型为：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

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返回值：同样返回HAL_StatusTypeDef类型的枚举值，表示函数执行的状态。

参数：

hspi：SPI句柄，包含了SPI的配置信息和状态信息。
pData：指向接收数据的缓冲区的指针。
Size：要接收的数据字节数。
Timeout：超时时间，以毫秒为单位。

3.2中断方式

中断方式这里就只分析下面一个函数;

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_IT(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size)
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参数：

hspi：指向 SPI 外设句柄的指针，其中包含了 SPI 外设的配置和状态信息。
pTxData：指向要发送数据的缓冲区的指针。
pRxData：指向用于接收数据的缓冲区的指针。
Size：要发送/接收的数据的数量。

函数的返回值是一个 HAL_StatusTypeDef 类型的枚举，表示函数执行的状态，可能的返回值包括 HAL_OK（成功）和各种错误代码，如 HAL_ERROR、HAL_BUSY 等。

这个函数的作用是在 SPI 通信中以中断的方式进行数据的传输和接收。它允许将发送和接收的数据分别存储在两个不同的缓冲区中，因此可以同时进行数据的发送和接收。

这个函数主要就是将SPI中断打开并且设置中断服务程序代码。

具体中断的调用流程：

当发生中断调用设置的SPI_2linesRxISR_8BIT和SPI_2linesTxISR_8BIT两个函数。

在这两个函数的内部会判断是否有数据可以接收或者是发送，当数据接收和发送都完成后会关闭中断。

在SPI_CloseRxTx_ISR函数中会调用到HAL_SPI_TxRxCpltCallback回调函数。

四、Flash时序分析

这里我们主要会实现四个提供给外部可以使用到的函数分别是：

1.读器件ID指令

读器件ID的时候首先需要先将片选引脚拉低，然后再写入9Fh指令，然后就能够读取到制造ID，存储器ID，兼容性ID。

在发送完9Fh指令后还需要再发送一个指令（可以随意），因为在DO数据线上第一个数据是没有意义的数据，又因为SPI通信发送多少个数据就会接收多少个数据，所以在这里需要再次发送一个数据出去，才能读取到器件的ID。

2.写使能

在进行页编程，扇区擦除，块区擦除，芯片擦除和写状态寄存器命令之前都需要进行写使能。

写使能的操作也不是特别难，首先拉低CS引脚，然后写入06h，再拉高CS引脚。

3.擦除扇区

在Flash模块中一个扇区的大小是4K字节。

在进行扇区擦除的时候需要先进行写使能，然后拉低CS引脚，再写入20h和24位的地址，擦除完成后BUSY位会变为0。

4.页编程

在进行页编程的时候，需要先进行写使能，然后把CS拉低，再写入02h指令，再把24位的地址写入，写完数据后把CS拉高，最后等待写入完成。

5.读数据

在读数据的时候首先把CS引脚拉低，然后写入03h指令，然后再写入要读取的24位地址，然后就可以读取到对应的数据，只要时钟线不停止就可以把整个芯片存储区的数据读取出来，最后拉低CS引脚。

6.读状态寄存器

在读状态寄存器时先将CS拉低，然后写入05h指令，当识别到是05h指令的时候芯片就会把状态寄存器的值输出，这个时候就可以读取到状态寄存器的值。


首先读取到的是BUSY位。

五、Flash驱动程序编写

1.代码编写测试

创建两个文件spiflash.c和spiflash.h用来管理SPI Flash的驱动程序：
spiflash.h

#ifndef __SPIFLASH_H__
#define __SPIFLASH_H__

#include "main.h"

int SPIFlash_ReadID(void);

int SPIFlash_EraseSector(uint32_t addr);
	
int SPIFlash_Write(uint16_t addr, uint8_t* datas, uint16_t len);

int SPIFlash_Read(uint16_t addr, uint8_t* datas, uint16_t len);


#endif

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spiflash.c

#include "spiflash.h"

#define TIMEOUT			1000//超时时间

extern SPI_HandleTypeDef hspi1;

extern void WaitTxCplt(int timeout);
extern void WaitTxRxCplt(int timeout);
extern void WaitRxCplt(int timeout);

//选择从机拉低CS
static void CSEnable(void)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
}

//拉高CS结束通信过程
static void CSDisable(void)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);
}

//写使能
static void WriteEnable(void)
{
	uint8_t data = 0x06;
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1, &data, 1);
	WaitTxCplt(TIMEOUT);//等待发送完成数据
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备
}

//读状态寄存器
static int ReadStatusReg(void)
{
	uint8_t TxBuf[2] = {0x05, 0xff};//发送数据数组
	uint8_t RxBuf[2] = {0, 0};//接收数据数组
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, TxBuf, RxBuf, 2);
	WaitTxRxCplt(TIMEOUT);//等待发送接收完成数据
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备
	
	return RxBuf[1];
}

//等待Flash模块就绪
static int SPIFlash_WaitReady(void)
{
	while (ReadStatusReg() & 1 == 1);
}

//读器件ID
int SPIFlash_ReadID(void)
{
	uint8_t TxBuf[2] = {0x9F, 0x00};//发送数据数组
	uint8_t RxBuf[2] = {0, 0};//接收数据数组
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, TxBuf, RxBuf, 2);
	WaitTxRxCplt(TIMEOUT);//等待发送接收完成数据
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备

	return RxBuf[1];
}

//擦除扇区
int SPIFlash_EraseSector(uint32_t addr)
{
	uint8_t TxBuf[4] = {0x20};
	//得到24bit地址
	TxBuf[1] = (addr >> 16) & 0xff;
	TxBuf[2] = (addr >> 8) & 0xff;
	TxBuf[3] = (addr >> 0) & 0xff;
	
	//写使能
	WriteEnable();
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1, TxBuf, 4);
	WaitTxCplt(TIMEOUT);//等待发送完成数据
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备
	//等待就绪
	SPIFlash_WaitReady();

	return 0;
}

//写数据
int SPIFlash_Write(uint16_t addr, uint8_t* datas, uint16_t len)
{
	uint8_t TxBuf[4] = {0x02};
	//得到24bit地址
	TxBuf[1] = (addr >> 16) & 0xff;
	TxBuf[2] = (addr >> 8) & 0xff;
	TxBuf[3] = (addr >> 0) & 0xff;

	//写使能
	WriteEnable();
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	
	//写命令和写地址
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1, TxBuf, 4);
	WaitTxCplt(TIMEOUT);//等待发送完成数据
	
	//写数据
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1, datas, len);
	WaitTxCplt(TIMEOUT);//等待发送完成数据
	
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备
	//等待就绪
	SPIFlash_WaitReady();
	
	return 0;
}

//读数据
int SPIFlash_Read(uint16_t addr, uint8_t* datas, uint16_t len)
{
	uint8_t TxBuf[4] = {0x03};
	//得到24bit地址
	TxBuf[1] = (addr >> 16) & 0xff;
	TxBuf[2] = (addr >> 8) & 0xff;
	TxBuf[3] = (addr >> 0) & 0xff;
		
	CSEnable();//拉低CS引脚,选中设备
	
	//写命令和写地址
	HAL_SPI_Transmit_IT(&hspi1, TxBuf, 4);
	WaitTxCplt(TIMEOUT);//等待发送完成数据

	//读数据
	HAL_SPI_Receive_IT(&hspi1, datas, len);
	WaitRxCplt(TIMEOUT);//等待读取数据完成
	
	CSDisable();//拉高CS引脚,失能设备
	
	return 0;
}

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这里会使用到中断的方式来处理发送和接收数据完成：

//标志位用于标志是否发送和接收完成数据
static volatile int g_spi1_tx_complete = 0;
static volatile int g_spi1_rx_complete = 0;
static volatile int g_spi1_txrx_complete = 0;

//发送数据完成中断
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if (hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_tx_complete = 1;//接收到数据后标志位置为1
	}
}

//等待发送数据完成
void WaitTxCplt(int timeout)
{
	while (g_spi1_tx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	
	g_spi1_tx_complete = 0;
}

//接收数据完成中断回调函数
void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if (hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_rx_complete = 1;//发送完成数据后标志位置为1
	}
}

//等待接收数据完成
void WaitRxCplt(int timeout)
{
	while (g_spi1_rx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	
	g_spi1_rx_complete = 0;
}

//发送接收数据完成中断回调函数
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if (hspi == &hspi1)
	{
		g_spi1_txrx_complete = 1;//发送接收完成数据后标志位置为1
	}
}

//等待发送接收数据完成
void WaitTxRxCplt(int timeout)
{
	while (g_spi1_txrx_complete == 0 && timeout--)
	{
		HAL_Delay(1);
	}
	g_spi1_txrx_complete = 0;
}
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总结

本篇文章主要讲解了STM32Cubemx配置SPI的流程以及Flash驱动程序的编写。