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SPI_FLASH（W25X16）擦除、读数据以及写数据等操作_spi flash 擦除

作者：weixin_40725706 | 2024-04-15 18:10:12

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spi flash 擦除

SPI_FLASH（W25X16）擦除、读数据以及写数据等操作

串行FLASH_W25X16简介

FLASH的特性

FLSAH 存储器又称闪存，它与 EEPROM 都是掉电后数据不丢失的存储器，但 FLASH存储器容量普遍大于 EEPROM，现在基本取代了它的地位。我们生活中常用的 U盘、SD卡、SSD 固态硬盘以及我们 STM32 芯片内部用于存储程序的设备，都是 FLASH 类型的存储器。在存储控制上，最主要的区别是FLASH 芯片只能一大片一大片地擦写，而EEPROM可以单个字节擦写。

SPI_Flash W25X16简介

W25X16有8192个可编程页，每页256字节。用“页编程指令”每次就可以编程256个字节。用扇区擦除指令每次可以擦除16页，用块擦除指令每次可以擦除256页，用整片擦除指令即可以擦除整个芯片。W25X16有512个可擦除扇区或32个可擦除块。

W25X16硬件连线

CS:片选引脚，低电平有效，连接到STM32-PH2管脚

SO:连接到STM32-PB4管脚（MISO）

SI:连接到STM32-PB5管脚（MOSI）

CLK:连接到STM32-PA5管脚（CLK）

WP:写保护管脚，低电平有效，有效时禁止写入数据。接电源未使用

HOLD: HOLD 引脚可用于暂停通讯，该引脚为低电平时，通讯暂停，未使用

W25X16控制指令

W25X16操作方式

        我们需要了解如何对 FLASH 芯片进行读写。FLASH 芯片自定义了很多指令，我们通过控制 STM32利用 SPI总线向 FLASH 芯片发送指令，FLASH芯片收到后就会执行相应的操作。

        而这些指令，对主机端(STM32)来说，只是它遵守最基本的 SPI通讯协议发送出的数据，但在设备端(FLASH 芯片)把这些数据解释成不同的意义，所以才成为指令。

        注：可查看FLASH 芯片的数据手册《W25X16》，可了解各种它定义的各种指令的功能及指令格式

cubemx配置

w25x16.h文件

  1. #ifndef __W25X16_H
  2. #define __W25X16_H
  3.  
  4. #include "stm32f4xx_hal.h"
  5.  
  6.  
  7.  
  8. #define W25X_ManufactDeviceID  0x90  		/* Read identification */
  9. #define sFLASH_CMD_WREN        0x06			/* Write enable instruction */
  10. #define sFLASH_CMD_RDSR        0x05			/* Read Status Register instruction  */
  11. #define sFLASH_CMD_SE          0x20			/* Sector Erase instruction */
  12. #define sFLASH_CMD_WRITE       0x02  		/* Write to Memory instruction */
  13. #define sFLASH_CMD_READ        0x03			/* Read from Memory instruction */	
  14.  
  15. #define sFLASH_DUMMY_BYTE      0x00
  16. #define sFLASH_BUSY_FLAG        0x01
  17. #define sFLASH_SPI_PAGESIZE       0x100
  18.  
  19. /* 选中芯片： 拉低片选 */
  20. #define sFLASH_CS_LOW()       HAL_GPIO_WritePin(GPIOH,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET)
  21. /* 释放芯片： 拉高片选 */
  22. #define sFLASH_CS_HIGH()      HAL_GPIO_WritePin(GPIOH,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET)
  23.  
  24.  
  25.  
  26. uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte);
  27. uint16_t sFLASH_ReadID(void);
  28. void sFLASH_EraseSector(uint32_t SectorAddr);
  29. void sFLASH_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite);
  30. void sFLASH_WritePage(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite);
  31. void sFLASH_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint32_t NumByteToRead);

 以下函数皆在w25x16.c文件中编写

  1. #include "w25x16.h"
  2.  
  3. extern SPI_HandleTypeDef hspi1;
  4.  
  5. /*读写一个字节函数*/
  6. uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte)
  7. {
  8. 	uint8_t TX_DATA = byte;
  9. 	uint8_t RX_DATA = 0;
  10. 	
  11. 	HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &TX_DATA ,&RX_DATA , 1, 1000);
  12. 	
  13. 	return RX_DATA;
  14. }

读制造商/设备ID（90）

        该指令通常在调试程序的时候用到，判断SPI通信是否正常。该指令通过主器件拉低/CS片选使能器件开始传输，首先通过DI线传输“90H”指令，接着传输000000H的24位地址（A23-A0），之后从器件会通过DO线返回制造商ID（EFH）和设备ID。

（注：SPI为数据交换通信，主器件在发送“90H”指令时也会接收到一个字节FFH，但此数据为无效数据）

  1. /*读取设备ID*/
  2. uint16_t sFLASH_ReadID(void)
  3. {
  4. 	uint16_t FLASH_ID;
  5. 	uint8_t temp0,temp1;
  6. 	
  7. 	
  8. 	sFLASH_CS_LOW();
  9. 	
  10. 	sFLASH_SendByte(W25X_ManufactDeviceID);
  11. 	
  12. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  13. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  14. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  15. 	
  16. 	temp0 = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  17. 	temp1 = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  18. 	
  19. 	sFLASH_CS_HIGH();
  20. 	
  21. 	FLASH_ID = (temp0 << 8) | temp1;
  22.  
  23. 	return FLASH_ID;
  24. }

写使能命令（06H）

在向 FLASH 芯片存储矩阵写入数据前，首先要使能写操作，通过“WriteEnable”命令即可写使能

  1. /*写使能*/
  2. void sFLASH_WriteEnable(void)
  3. {
  4. 	sFLASH_CS_LOW();
  5. 	
  6. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_WREN);
  7. 	
  8. 	sFLASH_CS_HIGH();
  9. }

扇区擦除（20H）

        由于 FLASH 存储器的特性决定了它只能把原来为“1”的数据位改写成“0”，而原来为“0”的数据位不能直接改写为“1”。所以这里涉及到数据“擦除”的概念。

        在写入前，必须要对目标存储矩阵进行擦除操作，把矩阵中的数据位擦除为“1”，在数据写入的时候，如果要存储数据“1”，那就不修改存储矩阵，在要存储数据“0”时，才更改该位。

  1. /*擦除扇区*/
  2. void sFLASH_EraseSector(uint32_t SectorAddr)
  3. {
  4. 	sFLASH_WriteEnable();  //开启写使能
  5. 	
  6. 	sFLASH_CS_LOW();
  7. 	
  8. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_SE);
  9. 	sFLASH_SendByte( (SectorAddr>>16) & 0xff);   //传送高8位
  10. 	sFLASH_SendByte( (SectorAddr>>8) & 0xff);     //传送中8位
  11. 	sFLASH_SendByte( (SectorAddr>>0) & 0xff);      //传送低8位
  12. 	 
  13. 	sFLASH_CS_HIGH();
  14. 	
  15. 	/*等待擦除完成*/
  16. 	sFLASH_WaitForEnd();
  17. 	
  18. }

读状态寄存器(05H)

        FLASH 芯片向内部存储矩阵写入数据需要消耗一定的时间，并不是在总线通讯结束的一瞬间完成的，所以在写操作后需要确认FLASH 芯片“空闲”。我们只需要读取状态寄存器SRP的S0即可（当这个位为“1”时，表明FLASH芯片处于忙碌状态，它可能正在对内部的存储矩阵进行“擦除”或“数据写入”的操作）

  1. /*等待擦除或者写数据完成*/
  2. void sFLASH_WaitForEnd(void)
  3. {
  4. 	uint8_t sr_value = 0;
  5. 	
  6. 	sFLASH_CS_LOW();
  7. 	
  8. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_RDSR);
  9. 	
  10. 	do{
  11. 		
  12. 		sr_value = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  13. 		
  14. 	}while( sr_value & sFLASH_BUSY_FLAG);
  15.  
  16. 	
  17. 	sFLASH_CS_HIGH();
  18. }

读数据（03H）

        读数据指令可从存储器依次一个或多个数据字节，该指令通过主器件拉低/CS电平使能设备开始传输，然后传输“03H”指令，接着通过DI管脚传输24位地址，从器件接到地址后，寻址存储器中的数据通过DO引脚输出。每传输一个字节地址自动递增，所以只要时钟继续传输，可以不断读取存储器中的数据。

  1. /*读数据*/
  2. void sFLASH_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint32_t NumByteToRead)
  3. {
  4. 	sFLASH_CS_LOW();
  5. 	
  6. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_READ);
  7. 	sFLASH_SendByte( (ReadAddr>>16) & 0xff);   //传送高8位
  8. 	sFLASH_SendByte( (ReadAddr>>8) & 0xff);     //传送中8位
  9. 	sFLASH_SendByte( (ReadAddr>>0) & 0xff);      //传送低8位
  10. 	
  11. 	while(NumByteToRead--)
  12. 	{
  13. 		* pBuffer = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
  14. 		pBuffer++;
  15. 	}
  16.  
  17. 	sFLASH_CS_HIGH();
  18. }

写数据—页编程（02H）

        页编程指令可以在已擦除的存储单元中写入256个字节。该指令先拉低/CS引脚电平，接着传输“02H”指令和24位地址。后面接着传输至少一个数据字节，最多256字节。

注:当数据写到一个新的扇区的时候，需要重新发起一个页编程信号才能继续写入数据。

  1. /*页写入，只能在页头开始写且不能超过页大小*/
  2. void sFLASH_WritePage(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite)
  3. {
  4. 	if(NumByteToWrite > sFLASH_SPI_PAGESIZE )
  5. 	{
  6. 		NumByteToWrite = sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  7. 		
  8. 		printf("写数据量太大，超过一页的大小\n");
  9. 	}
  10. 	
  11. 	sFLASH_WriteEnable();  //开启写使能
  12. 	
  13. 	sFLASH_CS_LOW();
  14. 	
  15. 	sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_WRITE);
  16. 	sFLASH_SendByte( (WriteAddr>>16) & 0xff);   //传送高8位
  17. 	sFLASH_SendByte( (WriteAddr>>8) & 0xff);     //传送中8位
  18. 	sFLASH_SendByte( (WriteAddr>>0) & 0xff);      //传送低8位
  19. 	
  20. 	while(NumByteToWrite--)
  21. 	{
  22. 		sFLASH_SendByte(* pBuffer);
  23. 		pBuffer++;
  24. 	}
  25. 	
  26. 	sFLASH_CS_HIGH();
  27. 	
  28. 	/*等待写完成*/
  29. 	sFLASH_WaitForEnd();
  30. }

改进后可以任意位置写入任意大小

  1. void sFLASH_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite)
  2. {
  3. 	uint16_t NumOfPage, NumOfBytes, count, offset;
  4. 	
  5. 	offset = WriteAddr % sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  6. 	count = sFLASH_SPI_PAGESIZE - offset;
  7. 	
  8. 	/* 处理页不对齐的情况*/
  9. 	if(offset && (NumByteToWrite > count ))
  10. 	{
  11. 		sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,count);
  12. 		
  13. 		NumByteToWrite -= count;
  14. 		
  15. 		pBuffer += count;
  16. 		WriteAddr += count;
  17. 	}
  18. 	
  19. 	
  20. 	NumOfPage = NumByteToWrite / sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  21. 	NumOfBytes = NumByteToWrite % sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  22. 	
  23. 	if(NumOfPage)
  24. 	{
  25. 			while(NumOfPage--)
  26. 			{
  27. 				sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,sFLASH_SPI_PAGESIZE);
  28. 				pBuffer += sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  29. 				WriteAddr += sFLASH_SPI_PAGESIZE;
  30. 			}
  31. 	}
  32. 	
  33. 	if(NumOfBytes)
  34. 	{
  35. 		sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,NumOfBytes);
  36. 	}
  37. }

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