SPI协议——对外部SPI Flash操作

news2024/12/23 9:36:56

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1. W25Q32JVSSIQ背景知识

1.1 64个可擦除块

1.2 1024个扇区（每个块有16个扇区）

1.3 页

1. W25Q32JVSSIQ背景知识

        

W25Q32JV阵列被组织成16,384个可编程页，每页有256字节。一次最多可以编程256个字节。页面可分为16组(4KB扇区清除）、128组(32KB块删除）、256组(64KB块删除）或整个芯片（芯片清除）。W25Q32JV分别有1,024个可擦除扇区和64个可擦除块。小型的4KB扇区允许在需要数据和参数存储的应用程序中具有更大的灵活性。

1.1 64个可擦除块

8M的空间被切割成128块，每块64kb

  

1.2 1024个扇区（每个块有16个扇区）

每块64kb又每切割成16个扇区，每扇区4kb(16*4=64kb)

1.3 页

一扇区是4KB，划分成16份每份256字节这就是页,而且擦除数据也只能按照扇区或者块来擦除，下图的00FF00H-00FFFFH刚好256字节，000000h-0000ff之间也是256字节

2. Flash操作注意事项

2.1 写入操作

1. 写入操作之前必须先进行写使能；

2. 每个数据只能由1改写为0，不能由0改写为1是因为FLASH芯片自身的限制决定，它没有完全任意修改的能力，所以芯片内部无数据的时候默认为0XFF，表示为空。；

3. 写入数据之前必须先进行擦除，擦除后所有的数据位为1；

4. 进行擦除时必须按照最小擦除单元进行擦除（最小擦除单位为扇区）；

5.连续写入多字节数据时，最多写入一页的数据，如果超过一页则会覆盖前面写的内容；

6. 写入操作结束后， 芯片进入忙状态（寄存器中有一个busy位），不影响新的读写操作；

2.2 读操作

进行读操作时，直接调用读取操作时序，无需使能，但是别忘了拉低电平，没有页的限制，读取之后也不会进入到忙状态，但是不能在忙状态时读取数据；

3.代码编写

此次对SPI Flash进行读写操作还是采用SPI1，具体的配置请见上篇文章，在这里不做详细概述。

3.1 spi_flash.c添加代码

/* Flash 写使能 */
static void SPI1_FLASH_WriteEnable(void)
{
	cs_low();
	SPI_FLASH_SendByte( 0x06 ); //需要查芯片的datasheet来看具体的
	cs_high();
}

/* Flash 等待写结束 */
static void SPI1_FLASH_WaitEnd(void)
{
	uint8_t	state = 0;
	cs_low();
	SPI_FLASH_SendByte(0x05); //需要查芯片的datasheet来看具体的
	do
	{
		state = SPI1_FLASH_ReadByte();
	}
	while( (state & 0x01) == SET );
	cs_high();
}

// 扇区擦除验证函数
int SPI_FLASH_VerifyErase(uint32_t addr, uint32_t length)
{
    uint8_t buffer[16];
    uint32_t bytesRead;

    for (bytesRead = 0; bytesRead < length; bytesRead += sizeof(buffer))
    {
        uint32_t toRead = sizeof(buffer);
        if (bytesRead + toRead > length) {
            toRead = length - bytesRead;
        }

        // 读取地址开始的若干字节数据
        SPI_FLASH_BufferRead(addr + bytesRead, buffer, toRead);

        // 检查读取的数据是否为0xFF
        for (uint32_t i = 0; i < toRead; i++)
        {
            if (buffer[i] != 0xFF)
            {
                return -1; // 如果不是0xFF，返回false，表示擦除失败
            }
        }
    }
    return 0; // 如果所有数据都是0xFF，返回true，表示擦除成功
}




/*清空扇区*/
int SPI_FLASH_SectorErase(uint32_t addr)
{
    cs_low();
	/* 开始的时候要先发送写使能信号 */
	SPI1_FLASH_WriteEnable();
	

	/* 发送扇区擦除命令 */
	SPI_FLASH_SendByte(0x20);
	/* 发送扇区地址，高位先行 */
	SPI_FLASH_SendByte( (addr & 0xff0000) >> 16 );
	SPI_FLASH_SendByte( (addr & 0xff00) >> 8 );
	SPI_FLASH_SendByte( addr & 0xff );

	cs_high();

	/* 最后等待Flash 处理完这次信号之后退出 */
	SPI1_FLASH_WaitEnd();


	 if (!SPI_FLASH_VerifyErase(addr, 4096)) // 通常扇区大小为4KB
	    {
	        printf("Sector erase failed at address 0x%06X\n", addr);
	    }
	    else
	    {
	        printf("Sector erase successful at address 0x%06X\n", addr);
	    }
	return 0;

}


/* 按页写数据，在写数据之前要先擦除 */

void SPI_FLASH_PageWrite(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint8_t size)
{

/* 发送使能信号 */
	SPI1_FLASH_WriteEnable();
	cs_low();
	/* 发送页写入命令 */
	SPI_FLASH_SendByte(0x02);
	/* 发送要写入的地址，高位先行 */
	SPI_FLASH_SendByte( (addr & 0xff0000) >> 16 );
	SPI_FLASH_SendByte( ( addr & 0xff00) >> 8 );
	SPI_FLASH_SendByte(addr & 0xff );
	printf("Writing to address 0x%06X: ", addr);

	for (uint8_t i = 0; i < size; i++)
	{
		SPI_FLASH_SendByte(pBuffer[i]); // 发送数据
	    printf("%02X ", pBuffer[i]);
	}
	printf("\n");
	cs_high();
	SPI1_FLASH_WaitEnd();
}


/* 读取数据，读取指定地址制定长度的数据 */
void SPI_FLASH_BufferRead(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint16_t size)
{
	cs_low();
	/* 发送读取命令 */
	SPI_FLASH_SendByte(0x03);
	/* 发送要读取的地址，高位先行*/
	SPI_FLASH_SendByte( (addr & 0xff0000) >> 16 );
	SPI_FLASH_SendByte( (addr & 0xff00 ) >> 8 );
	SPI_FLASH_SendByte(addr & 0xff );
	printf("Reading to address 0x%06X: ", addr);

	/* 逐位读取数据到指针上 */
	for (uint8_t i = 0; i < size; i++)
	{
		pBuffer[i] = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); // 发送数据

	}
	cs_high();

}

3.2 详细分析

1. 地址分解

假设 addr 是一个24位的地址（0xFFFFFF范围内）。发送前需要将addr分解成三个8位字节，因为SPI通常以字节为单位发送数据。

SPI_SendData((addr & 0xff0000) >> 16);
  • addr & 0xff0000：使用位与操作（&）保留 addr 的高8位，其余位清零。
  • >> 16：将结果右移16位，使得高8位移到最低8位的位置。
  • SPI_SendData()：将移位后的结果发送出去，这发送的是 addr 的高8位。
  • 例如：如果 addr = 0x123456，那么 (addr & 0xff0000) = 0x120000，右移16位得到 0x12，即发送的第一个字节是 0x12。

 其他同理

2. SPI1_FLASH_WaitEnd(void)函数

读取寄存器最低位BUSY的状态，如果为1表示忙，0表示空闲；

3.3 main.c函数

uint8_t Rx[100];
uint8_t Tx[] = "Hello!", n;
SPI_FLASH_SectorErase(0x00000);
n=sizeof(Tx) -1 ;
SPI_FLASH_PageWrite(0x00000 ,Tx ,n);
SPI_FLASH_BufferRead(0x00000 ,Rx ,n);
printf("the data is %s\n", Rx);

3.4 运行结果

 

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