STM32之HAL开发——SPI写Flash源码

SPI通信收发原理框图（F1系列）

SPI 初始化结构体详解

typedef struct {
uint32_t Mode; /* 设置 SPI 的主/从机端模式 */
uint32_t Direction; /* 设置 SPI 的单双向模式 */
uint32_t DataSize; /* 设置 SPI 的数据帧长度，可选 8/16 位 */
uint32_t CLKPolarity;/* 设置时钟极性 CPOL，可选高/低电平 */
uint32_t CLKPhase; /* 设置时钟相位，可选奇/偶数边沿采样 */
uint32_t NSS; /* 设置 NSS 引脚由 SPI 硬件控制还是软件控制 */
uint32_t BaudRatePrescaler; /* 设置时钟分频因子， fpclk/分频数 =fSCK */
uint32_t FirstBit; /* 设置 MSB/LSB 先行 */
uint32_t TIMode; /* 指定是否启用 TI 模式 */
uint32_t CRCCalculation; /* 指定是否启用 CRC 计算 */
uint32_t CRCPolynomial; /* 设置 CRC 校验的表达式 */
} SPI_InitTypeDef;

这些结构体成员说明如下，其中括号内的文字是对应参数在 STM32 标准库中定义的宏：
(1) Mode：本成员设置 SPI 工作在主机模式 (SPI_MODE_MASTER) 或从机模式 (SPI_MODE_SLAVE )，这两个模式的最大区别为 SPI 的 SCK 信号线的时序， SCK 的时序是由通讯中的主机产生的。若被配置为从机模式， STM32 的 SPI 外设将接受外来的 SCK 信号。

(2) Direction：本成员设置 SPI 的通讯方向，可设置为双线全双工 (SPI_DIRECTION_2LINES)，双线只接收 (SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY)，单线 SPI_DIRECTION_1LINE。

(3) DataSize：本成员可以选择 SPI 通讯的数据帧大小是为 8 位 (SPI_DATASIZE_8BIT) 还是 16位 (SPI_DATASIZE_16BIT)。

(4) CLKPolarity 和 CLKPhase：这两个成员配置 SPI 的时钟极性 CLKPolarity 和时钟相位CLKPhase ，这两个配置影响到 SPI 的通讯模式，关于 CLKPolarity 和 CLKPhase 的说明参考前面“通讯模式”小节。时钟极性 CLKPolarity 成员，可设置为高电平 (SPI_POLARITY_HIGH)或低电平 (SPI_POLARITY_LOW)。时钟相位 CPHA 则可以设置为 SPI_PHASE_1EDGE(在SCK 的奇数边沿采集数据) 或 SPI_P HASE_2EDGE(在 SCK 的偶数边沿采集数据) 。

(5) NSS：本成员配置 NSS 引脚的使用模式，可以选择为硬件模式 (SPI_NSS_HARD ) 与软件模式 ( SPI_NSS_SOFT )，在硬件模式中的 SPI 片选信号由 SPI 硬件自动产生，而软件模式则需要我们亲自把相应的 GPIO 端口拉高或置低产生非片选和片选信号。实际中软件模式应用比较多。

(6) BaudRatePrescaler：本成员设置波特率分频因子，分频后的时钟即为 SPI 的 SCK 信号线的时钟频率。这个成员参数可设置为 fpclk 的 2、 4、 6、 8、 16、 32、 64、 128、 256 分频。

(7) FirstBit：所有串行的通讯协议都会有 MSB 先行 (高位数据在前) 还是 LSB 先行 (低位数据在前) 的问题，而 STM32 的 SPI 模块可以通过这个结构体成员，对这个特性编程控制。

(8) TIMode ：指定是否启用 TI 模式。可选择为使能 SPI_TIMO DE_ENABLE与不是能SPI_TIMODE_DISABLE

(9) CRCCalculation ：指定是否启用 CRC 计算

(10) SPI_CRCPolynomial：这是 SPI 的 CRC 校验中的多项式，若我们使用 CRC 校验时，就使用这
个成员的参数 (多项式)，来计算 CRC 的值。

配置完这些结构体成员后，我们要调用 HAL_SPI_Init 函数把这些参数写入到寄存器中，实现 SPI的初始化，然后调用 __HAL_SPI_ENABLE 来使能 SPI 外设。

SPI 初始化代码

时钟使能以及引脚配置代码

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
  
  /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #################################*/
  /* Enable GPIO TX/RX clock */
  SPIx_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPIx_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPIx_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();
  SPIx_CS_GPIO_CLK_ENABLE();
  /* Enable SPI clock */
  SPIx_CLK_ENABLE(); 
  
  /*##-2- Configure peripheral GPIO ##########################################*/  
  /* SPI SCK GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitStruct.Pin       = SPIx_SCK_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

  
  HAL_GPIO_Init(SPIx_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
  /* SPI MISO GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitStruct.Pin = SPIx_MISO_PIN;  
  HAL_GPIO_Init(SPIx_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
  
  /* SPI MOSI GPIO pin configuration  */
  GPIO_InitStruct.Pin = SPIx_MOSI_PIN; 
  HAL_GPIO_Init(SPIx_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);   

  GPIO_InitStruct.Pin = FLASH_CS_PIN ;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(FLASH_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); 
}

SPI配置代码

void SPI_FLASH_Init(void)
{
  SpiHandle.Instance               = SPIx;
  SpiHandle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;
  SpiHandle.Init.Direction         = SPI_DIRECTION_2LINES;
  SpiHandle.Init.CLKPhase          = SPI_PHASE_2EDGE;
  SpiHandle.Init.CLKPolarity       = SPI_POLARITY_HIGH;
  SpiHandle.Init.CRCCalculation    = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  SpiHandle.Init.CRCPolynomial     = 7;
  SpiHandle.Init.DataSize          = SPI_DATASIZE_8BIT;
  SpiHandle.Init.FirstBit          = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  SpiHandle.Init.NSS               = SPI_NSS_SOFT;
  SpiHandle.Init.TIMode            = SPI_TIMODE_DISABLE;
  
  SpiHandle.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;

  HAL_SPI_Init(&SpiHandle); 
  
  __HAL_SPI_ENABLE(&SpiHandle);     
}

Flash写使能

 /**
  * @brief  向FLASH发送 写使能 命令
  * @param  none
  * @retval none
  */
void SPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
  /* 通讯开始：CS低 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();

  /* 发送写使能命令*/
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable);

  /*通讯结束：CS高 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

Flash写等待函数

 /**
  * @brief  等待WIP(BUSY)标志被置0，即等待到FLASH内部数据写入完毕
  * @param  none
  * @retval none
  */
void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void)
{
  uint8_t FLASH_Status = 0;

  /* 选择 FLASH: CS 低 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();

  /* 发送 读状态寄存器 命令 */
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg);

  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
  /* 若FLASH忙碌，则等待 */
  do
  {
    /* 读取FLASH芯片的状态寄存器 */
    FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);	 

    {
      if((SPITimeout--) == 0) 
      {
        SPI_TIMEOUT_UserCallback(4);
        return;
      }
    } 
  }
  while ((FLASH_Status & WIP_Flag) == SET); /* 正在写入标志 */

  /* 停止信号  FLASH: CS 高 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

SPI交换一个字节代码

uint8_t SPI_FLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
  while (__HAL_SPI_GET_FLAG( &SpiHandle, SPI_FLAG_TXE ) == RESET)
   {
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
   }

  /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
  WRITE_REG(SpiHandle.Instance->DR, byte);

  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
  while (__HAL_SPI_GET_FLAG( &SpiHandle, SPI_FLAG_RXNE ) == RESET)
   {
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
   }

  /* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
  return READ_REG(SpiHandle.Instance->DR);
}

Flash扇区擦除函数

 /**
  * @brief  擦除FLASH扇区
  * @param  SectorAddr：要擦除的扇区地址
  * @retval 无
  */
void SPI_FLASH_SectorErase(uint32_t SectorAddr)
{
  /* 发送FLASH写使能命令 */
  SPI_FLASH_WriteEnable();
  SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
  /* 擦除扇区 */
  /* 选择FLASH: CS低电平 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 发送扇区擦除指令*/
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);
  /*发送擦除扇区地址的高位*/
  SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /* 发送擦除扇区地址的中位 */
  SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
  /* 发送擦除扇区地址的低位 */
  SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
  /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
  /* 等待擦除完毕*/
  SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

Flash页写入函数

/**
  * @brief  对FLASH按页写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
  * @param	pBuffer，要写入数据的指针
  * @param WriteAddr，写入地址
  * @param  NumByteToWrite，写入数据长度，必须小于等于SPI_FLASH_PerWritePageSize
  * @retval 无
  */
void SPI_FLASH_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
  /* 发送FLASH写使能命令 */
  SPI_FLASH_WriteEnable();

  /* 选择FLASH: CS低电平 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 写页写指令*/
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);
  /*发送写地址的高位*/
  SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /*发送写地址的中位*/
  SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
  /*发送写地址的低位*/
  SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);

  if(NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize)
  {
     NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;
     FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");
  }

  /* 写入数据*/
  while (NumByteToWrite--)
  {
    /* 发送当前要写入的字节数据 */
    SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
    /* 指向下一字节数据 */
    pBuffer++;
  }

  /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();

  /* 等待写入完毕*/
  SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

SPI缓冲区写入Flash函数

 /**
  * @brief  对FLASH写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
  * @param	pBuffer，要写入数据的指针
  * @param  WriteAddr，写入地址
  * @param  NumByteToWrite，写入数据长度
  * @retval 无
  */
void SPI_FLASH_BufferWrite(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
  uint8_t NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
	
	/*mod运算求余，若writeAddr是SPI_FLASH_PageSize整数倍，运算结果Addr值为0*/
  Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;
	
	/*差count个数据值，刚好可以对齐到页地址*/
  count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;	
	/*计算出要写多少整数页*/
  NumOfPage =  NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
	/*mod运算求余，计算出剩余不满一页的字节数*/
  NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;

	 /* Addr=0,则WriteAddr 刚好按页对齐 aligned  */
  if (Addr == 0) 
  {
		/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
    if (NumOfPage == 0) 
    {
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
    }
    else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
    {
			/*先把整数页都写了*/
      while (NumOfPage--)
      {
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
        WriteAddr +=  SPI_FLASH_PageSize;
        pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
      }
			
			/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
    }
  }
	/* 若地址与 SPI_FLASH_PageSize 不对齐  */
  else 
  {
		/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
    if (NumOfPage == 0) 
    {
			/*当前页剩余的count个位置比NumOfSingle小，写不完*/
      if (NumOfSingle > count) 
      {
        temp = NumOfSingle - count;
				
				/*先写满当前页*/
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
        WriteAddr +=  count;
        pBuffer += count;
				
				/*再写剩余的数据*/
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);
      }
      else /*当前页剩余的count个位置能写完NumOfSingle个数据*/
      {				
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
      }
    }
    else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
    {
			/*地址不对齐多出的count分开处理，不加入这个运算*/
      NumByteToWrite -= count;
      NumOfPage =  NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
      NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;

      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
      WriteAddr +=  count;
      pBuffer += count;
			
			/*把整数页都写了*/
      while (NumOfPage--)
      {
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
        WriteAddr +=  SPI_FLASH_PageSize;
        pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
      }
			/*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
      if (NumOfSingle != 0)
      {
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
      }
    }
  }
}

SPI缓冲区读Flash函数

 /**
  * @brief  读取FLASH数据
  * @param 	pBuffer，存储读出数据的指针
  * @param   ReadAddr，读取地址
  * @param   NumByteToRead，读取数据长度
  * @retval 无
  */
void SPI_FLASH_BufferRead(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead)
{
  /* 选择FLASH: CS低电平 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();

  /* 发送 读 指令 */
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);

  /* 发送 读 地址高位 */
  SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /* 发送 读 地址中位 */
  SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
  /* 发送 读 地址低位 */
  SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
  
	/* 读取数据 */
  while (NumByteToRead--)
  {
    /* 读取一个字节*/
    *pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
    /* 指向下一个字节缓冲区 */
    pBuffer++;
  }

  /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
}