SPI协议与读写串行 FLASH

SPI 协议简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是美国摩托罗拉公司（Motorola）最先推出的一种同步串行传输规范，也是一种单片机外设芯片串行扩展接口，是一种高速、全双工、同步通信总线，所以可以在同一时间发送和接收数据，SPI没有定义速度限制，通常能达到甚至超过10M/bps。

SPI有主、从两种模式，通常由一个主模块和一个或多个从模块组成（SPI不支持多主机），主模块选择一个从模块进行同步通信，从而完成数据的交换。提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），SPI接口的读写操作，都是由主设备发起，当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。

SPI通信需要至少4根线

它们是MISO（主设备数据输入）、MOSI（主设备数据输出）、SCLK（时钟）和CS/SS（片选）。

MISO（ Master Input Slave Output）：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。；

MOSI（Master Output Slave Input）：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。；

SCLK（Serial Clock）：时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。；

CS/SS（Chip Select/Slave Select）：

从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、CS，以下用 NSS 表示。当有多个 SPI 从设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这 3 条总线；而每个从设备都有独立的这一条 NSS 信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。从设备使能信号，由主设备控制，一主多从时，CS/SS是从芯片是否被主芯片选中的控制信号，只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），主芯片对此从芯片的操作才有效。I2C 协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而 SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以 SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。

SPI时序图

这是一个主机的通讯时序。NSS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。

连接方式

一主设备一从设备模式

一主设备多从设备模式

通信原理

与 I2C 的类似，SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。

NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。

NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。在图中的标号处，

NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。MOSI 及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。

数据传输时，MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用图 SPI 通讯时序中的 MSB 先行模式。

观察图中的标号处，MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，在 SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI 及 MISO 为下一次表示数据做准备。 SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。

SPI主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。

通信步骤

SPI数据通信的流程可以分为以下几步：

1、主设备发起信号，将CS/SS拉低，启动通信。

2、主设备通过发送时钟信号，来告诉从设备进行写数据或者读数据操作（采集时机可能是时钟信号的上升沿（从低到高）或下降沿（从高到低），因为SPI有四种模式，后面会讲到），它将立即读取数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1bit）。

3、主机（Master）将要发送的数据写到发送数据缓存区（Menory），缓存区经过移位寄存器（缓存长度不一定，看单片机配置），串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节一位一位的移出去传送给从机，同时MISO接口接收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到接收缓存区。

4、从机（Slave）也将自己的串行移位寄存器（缓存长度不一定，看单片机配置）中的内容通过MISO信号线返回给主机。同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据，这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。

例如，下图示例中简单模拟SPI通信流程，主机拉低NSS片选信号，启动通信，并且产生时钟信号，上升沿触发边沿信号，主机在MOSI线路一位一位发送数据0X53，在MISO线路一位一位接收数据0X46，如下图所示：

这里有一点需要着重说明一下：

SPI只有主模式和从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作是同步完成的。若只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节（虚拟数据）；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。也就是说，你发一个数据必然会收到一个数据；你要收一个数据必须也要先发一个数据。

通信特性

设备选择

SPI是单主设备（Single Master）通信协议，只有一支主设备能发起通信，当SPI主设备想读/写从设备时，它首先拉低从设备对应的SS线（SS是低电平有效）。接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，主设备把信号发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”。如下图所示：

设备时钟

SPI时钟特点主要包括：时钟速率、时钟极性和时钟相位三方面。

时钟速率

SPI总线上的主设备必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号。从理论上讲，只要实际可行，时钟速率就可以是你想要的任何速率，当然这个速率受限于每个系统能提供多大的系统时钟频率，以及最大的SPI传输速率。

时钟极性

根据硬件制造商的命名规则不同，时钟极性通常写为CKP或CPOL。时钟极性和相位共同决定读取数据的方式，比如信号上升沿读取数据还是信号下降沿读取数据。

CKP可以配置为1或0。这意味着你可以根据需要将时钟的默认状态（IDLE）设置为高或低。极性反转可以通过简单的逻辑逆变器实现。你必须参考设备的数据手册才能正确设置CKP和CKE。

CKP = 0：时钟空闲IDLE为低电平 0；
CKP = 1：时钟空闲IDLE为高电平1。

时钟相位

根据硬件制造商的不同，时钟相位通常写为CKE或CPHA。顾名思义，时钟相位/边沿，也就是采集数据时是在时钟信号的具体相位或者边沿；

CKE = 0：在时钟信号SCK的第一个跳变沿采样；
CKE = 1：在时钟信号SCK的第二个跳变沿采样。

四种模式

时钟极性 CPOL 是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时，SCK 信号线的电平信号 (即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。CPOL=0 时，SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。

时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时，MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数边沿”采样。

见图 CPHA = 0 时的 SPI 通讯模式及图 CPHA = 1 时的 SPI 通讯模式

我们来分析这个 CPHA=0 的时序图。

首先，根据 SCK 在空闲状态时的电平，分为两种情况。SCK 信号线在空闲状态为低电平时，CPOL=0；空闲状态为高电平时，CPOL=1。

无论 CPOL=0 还是 =1，因为我们配置的时钟相位 CPHA=0，在图中可以看到，采样时刻都是在 SCK 的奇数边沿。注意当 CPOL=0 的时候，时钟的奇数边沿是上升沿，而 CPOL=1 的时候，时钟的奇数边沿是下降沿。

所以 SPI 的采样时刻不是由上升/下降沿决定的。MOSI 和 MISO 数据线的有效信号在 SCK 的奇数边沿保持不变，数据信号将在 SCK 奇数边沿时被采样，在非采样时刻， MOSI 和 MISO 的有效信号才发生切换。

类似地，当 CPHA=1 时，不受 CPOL 的影响，数据信号在 SCK 的偶数边沿被采样，见图 CPHA=1 时的 SPI 通讯模式 _。

由 CPOL 及 CPHA 的不同状态，SPI 分成了四种模式，见表 SPI 的四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式 0”与“模式 3”。

根据SPI的时钟极性和时钟相位特性可以设置4种不同的SPI通信操作模式，它们的区别是定义了在时钟脉冲的哪条边沿转换（toggles）输出信号，哪条边沿采样输入信号，还有时钟脉冲的稳定电平值（就是时钟信号无效时是高还是低）。

四种模式详解

Mode0：CKP=0，CKE =0：当空闲态时，SCK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是SCK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿（准备数据），（发送数据）数据发送是在下降沿。

Mode1：CKP=0，CKE=1：当空闲态时，SCK处于低电平，数据发送是在第2个边沿，也就是SCK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。

Mode2：CKP=1，CKE=0：当空闲态时，SCK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是SCK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。

Mode3：CKP=1，CKE=1：当空闲态时，SCK处于高电平，数据发送是在第2个边沿，也就是SCK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

黑线为采样数据的时刻，蓝线为SCK时钟信号

举个例子，下图是SPI Mode0读/写时序，可以看出SCK空闲状态为低电平，主机数据在第一个跳变沿被从机采样，数据输出同理。

下图是SPI Mode3读/写时序，SCK空闲状态为高电平，主机数据在第二个跳变沿被从机采样，数据输出同理。

SPI优缺点

优点

无起始位和停止位，因此数据位可以连续传输而不会被中断；
没有像I2C这样复杂的从设备寻址系统；
数据传输速率比I2C更高（几乎快两倍）；
分离的MISO和MOSI信号线，因此可以同时发送和接收数据；
极其灵活的数据传输，不限于8位，它可以是任意大小的字；
非常简单的硬件结构。从站不需要唯一地址（与I2C不同）。从机使用主机时钟，不需要精密时钟振荡器/晶振（与UART不同）。不需要收发器（与CAN不同）。

缺点

使用四根信号线（I2C和UART使用两根信号线）；
无法确认是否已成功接收数据（I2C拥有此功能）；
没有任何形式的错误检查，如UART中的奇偶校验位；
只允许一个主设备；
没有硬件从机应答信号（主机可能在不知情的情况下无处发送）；
没有定义硬件级别的错误检查协议；
与RS-232和CAN总线相比，只能支持非常短的距离

STM32 的 SPI 外设简介

STM32 的 SPI 外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的 SCK 时钟频率为 fpclk/2 (STM32F407 型号的芯片默认 fpclk142MHz，fpclk2 为 84MHz)，完全支持 SPI 协议的 4 种模式，数据帧长度可设置为 8 位或 16 位，可设置数据 MSB 先行或 LSB 先行。

它还支持双线全双工 (前面小节说明的都是这种模式)、双线单向以及单线模式。其中双线单向模式可以同时使用 MOSI 及 MISO 数据线向一个方向传输数据，可以加快一倍的传输速度。而单线模式则可以减少硬件接线，当然这样速率会受到影响。我们只讲解双线全双工模式。

STM32 的 SPI 外设还支持 I2S 功能，I2S 功能是一种音频串行通讯协议

STM32 的 SPI 架构剖析

通讯引脚

SPI 的所有硬件架构都从图 SPI 架构图中左侧 MOSI、MISO、SCK 及 NSS 线展开的。STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，见表 STM32F4xx 的 SPI 引脚。关于 GPIO 引脚的复用功能，可查阅《STM32F4xx 规格书》，以它为准。

STM32F4系列的SPI资源

时钟控制逻辑

SCK 线的时钟信号，由波特率发生器根据“控制寄存器 CR1”中的 BR[0:2] 位控制，该位是对 fpclk 时钟的分频因子，对 fpclk 的分频结果就是 SCK 引脚的输出时钟频率，计算方法见表 BR 位对 fpclk 的分频。

数据控制逻辑

SPI 的 MOSI 及 MISO 都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的内容来源于接收缓冲区及发送缓冲区以及 MISO、MOSI 线。当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“发送缓冲区”为数据源，把数据一位一位地通过数据线发送出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位地存储到“接收缓冲区”中。通过写 SPI 的“数据寄存器 DR”把数据填充到发送缓冲区中，通过“数据寄存器 DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。其中数据帧长度可以通过“控制寄存器 CR1”的“DFF 位”配置成 8 位及 16 位模式；配置“LSBFIRST 位” 可选择 MSB 先行还是 LSB 先行。

整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个 SPI 外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄存器 (CR1/CR2)”的参数而改变，基本的控制参数包括前面提到的 SPI 模式、波特率、LSB 先行、主从模式、单双向模式等等。

在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器 (SR)”，我们只要读取状态寄存器相关的寄存器位，就可以了解 SPI 的工作状态了。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生 SPI 中断信号、DMA 请求及控制 NSS 信号线。

实际应用中，我们一般不使用 STM32 SPI 外设的标准 NSS 信号线，而是更简单地使用普通的 GPIO，软件控制它的电平输出，从而产生通讯起始和停止信号。

通讯过程

STM32 使用 SPI 外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器 SR”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。图主发送器通讯过程中的是“主模式”流程，即 STM32 作为 SPI 通讯的主机端时的数据收发过程。

主模式收发流程及事件说明如下：

(1) 控制 NSS 信号线，产生起始信号 (图中没有画出)；

(2) 把要发送的数据写入到“数据寄存器 DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；

(3) 通讯开始，SCK 时钟开始运行。MOSI 把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；

(4) 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；

(5) 等待到“TXE 标志位”为 1 时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器 DR”写入数据即可；等待到“RXNE 标志位”为 1 时，通过读取“数据寄存器 DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

假如我们使能了 TXE 或 RXNE 中断，TXE 或 RXNE 置 1 时会产生 SPI 中断信号，进入同一个中断服务函数，到 SPI 中断服务程序后，可通过检查寄存器位来了解是哪一个事件，再分别进行处理。也可以使用 DMA 方式来收发“数据寄存器 DR”中的数据。

SPI 初始化结构体详解

跟其它外设一样，STM32 标准库提供了 SPI 初始化结构体及初始化函数来配置 SPI 外设。初始化结构体及函数定义在库文件“stm32f4xx_spi.h”及“stm32f4xx_spi.c”中，编程时我们可以结合这两个文件内的注释使用或参考库帮助文档。了解初始化结构体后我们就能对 SPI 外设运用自如了

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) SPI_Direction 本成员设置 SPI 的通讯方向，可设置为双线全双工 (SPI_Direction_2Lines_FullDuplex)，双线只接收 (SPI_Direction_2Lines_RxOnly)，单线只接收 (SPI_Direction_1Line_Rx)、单线只发送模式 (SPI_Direction_1Line_Tx)。

(2) SPI_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。

(3) SPI_DataSize 本成员可以选择 SPI 通讯的数据帧大小是为 8 位 (SPI_DataSize_8b) 还是 16 位 (SPI_DataSize_16b)。

(4) SPI_CPOL 和 SPI_CPHA 这两个成员配置 SPI 的时钟极性 CPOL 和时钟相位 CPHA，这两个配置影响到 SPI 的通讯模式，关于 CPOL 和 CPHA 的说明参考前面“通讯模式”小节。时钟极性 CPOL 成员，可设置为高电平 (SPI_CPOL_High) 或低电平 (SPI_CPOL_Low )。时钟相位 CPHA 则可以设置为 SPI_CPHA_1Edge(在 SCK 的奇数边沿采集数据) 或 SPI_CPHA_2Edge(在 SCK 的偶数边沿采集数据) 。

(5) SPI_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) SPI_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) SPI_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) 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 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 SPI_Cmd 来使能 SPI 外设。

FLASH

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，而在“I2C 章节”中我们了解到 EEPROM 可以单个字节擦写。

硬件设计

本实验板中的 FLASH 芯片 (型号：W25Q128) 是一种使用 SPI 通讯协议的 NORFLASH 存储器，它的 CS/CLK/DIO/DO 引脚分别连接到了 STM32 对应的 SDI 引脚 NSS/SCK/MOSI/MISO 上，其中 STM32 的 NSS 引脚是一个普通的 GPIO，不是 SPI 的专用 NSS 引脚，所以程序中我们要使用软件控制的方式。 FLASH 芯片中还有 WP 和 HOLD 引脚。WP 引脚可控制写保护功能，当该引脚为低电平时，禁止写入数据。我们直接接电源，不使用写保护功能。HOLD 引脚可用于暂停通讯，该引脚为低电平时，通讯暂停，数据输出引脚输出高阻抗状态，时钟和数据输入引脚无效。我们直接接电源，不使用通讯暂停功能。关于 FLASH 芯片的更多信息，可参考其数据手册《W25Q128》来了解。若您使用的实验板 FLASH 的型号或控制引脚不一样，只需根据我们的工程修改即可，程序的控制原理相同。

软件设计

为了使工程更加有条理，我们把读写 FLASH 相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在“工程模板”之上新建“bsp_spi_flash.c”及“bsp_spi_ flash.h”文件，这些文件也可根据您的喜好命名，它们不属于 STM32 标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

编程要点

(1) 初始化通讯使用的目标引脚及端口时钟；

(2) 使能 SPI 外设的时钟；

(3) 配置 SPI 外设的模式、地址、速率等参数并使能 SPI 外设；

(4) 编写基本 SPI 按字节收发的函数；

(5) 编写对 FLASH 擦除及读写操作的的函数；

(6) 编写测试程序，对读写数据进行校验。

SPI 硬件相关宏定义

#define  sFLASH_ID                       0XEF4018     //W25Q128


//#define SPI_FLASH_PageSize            4096
#define SPI_FLASH_PageSize              256
#define SPI_FLASH_PerWritePageSize      256




/*SPI接口定义-开头****************************/
#define FLASH_SPI                           SPI1
#define FLASH_SPI_CLK                       RCC_APB2Periph_SPI1
#define FLASH_SPI_CLK_INIT                  RCC_APB2PeriphClockCmd

#define FLASH_SPI_SCK_PIN                   GPIO_Pin_3                  
#define FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT             GPIOB                       
#define FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK              RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define FLASH_SPI_SCK_PINSOURCE             GPIO_PinSource3
#define FLASH_SPI_SCK_AF                    GPIO_AF_SPI1

#define FLASH_SPI_MISO_PIN                  GPIO_Pin_4                
#define FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT            GPIOB                   
#define FLASH_SPI_MISO_GPIO_CLK             RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define FLASH_SPI_MISO_PINSOURCE            GPIO_PinSource4
#define FLASH_SPI_MISO_AF                   GPIO_AF_SPI1

#define FLASH_SPI_MOSI_PIN                  GPIO_Pin_5                
#define FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT            GPIOB                     
#define FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK             RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define FLASH_SPI_MOSI_PINSOURCE            GPIO_PinSource5
#define FLASH_SPI_MOSI_AF                   GPIO_AF_SPI1

#define FLASH_CS_PIN                        GPIO_Pin_6               
#define FLASH_CS_GPIO_PORT                  GPIOG                     
#define FLASH_CS_GPIO_CLK                   RCC_AHB1Periph_GPIOG

#define SPI_FLASH_CS_LOW()      {FLASH_CS_GPIO_PORT->BSRRH=FLASH_CS_PIN;}
#define SPI_FLASH_CS_HIGH()     {FLASH_CS_GPIO_PORT->BSRRL=FLASH_CS_PIN;}
/*SPI接口定义-结尾****************************/

/*等待超时时间*/
#define SPIT_FLAG_TIMEOUT         ((uint32_t)0x1000)
#define SPIT_LONG_TIMEOUT         ((uint32_t)(10 * SPIT_FLAG_TIMEOUT))

/*信息输出*/
#define FLASH_DEBUG_ON         1

#define FLASH_INFO(fmt,arg...)           printf("<<-FLASH-INFO->> "fmt"\n",##arg)
#define FLASH_ERROR(fmt,arg...)          printf("<<-FLASH-ERROR->> "fmt"\n",##arg)
#define FLASH_DEBUG(fmt,arg...)          do{\
                                          if(FLASH_DEBUG_ON)\
                                          printf("<<-FLASH-DEBUG->> [%d]"fmt"\n",__LINE__, ##arg);\
                                          }while(0)

以上代码根据硬件连接，把与 FLASH 通讯使用的 SPI 号、引脚号、引脚源以及复用功能映射都以宏封装起来，并且定义了控制 CS(NSS) 引脚输出电平的宏，以便配置产生起始和停止信号时使用。

SPI和GPIO结构体初始化

向 GPIO 初始化结构体赋值，把 SCK/MOSI/MISO 引脚初始化成复用推挽模式。而 CS(NSS) 引脚由于使用软件控制，我们把它配置为普通的推挽输出模式。

void SPI_FLASH_Init(void)
{
  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
  /* 使能 FLASH_SPI 及GPIO 时钟 */
  /*!< SPI_FLASH_SPI_CS_GPIO, SPI_FLASH_SPI_MOSI_GPIO, 
       SPI_FLASH_SPI_MISO_GPIO,SPI_FLASH_SPI_SCK_GPIO 时钟使能 */
  RCC_AHB1PeriphClockCmd (FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK | FLASH_SPI_MISO_GPIO_CLK|FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK|FLASH_CS_GPIO_CLK, ENABLE);

  /*!< SPI_FLASH_SPI 时钟使能 */
  FLASH_SPI_CLK_INIT(FLASH_SPI_CLK, ENABLE);
 
  //设置引脚复用
  GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT,FLASH_SPI_SCK_PINSOURCE,FLASH_SPI_SCK_AF); 
	GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MISO_PINSOURCE,FLASH_SPI_MISO_AF); 
	GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MOSI_PINSOURCE,FLASH_SPI_MOSI_AF); 
  
  /*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: SCK */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_SCK_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;  
  
  GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  
	/*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: MISO */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MISO_PIN;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  
	/*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: MOSI */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MOSI_PIN;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);  

	/*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: CS */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_CS_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_Init(FLASH_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

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

  /* FLASH_SPI 模式配置 */
  // FLASH芯片 支持SPI模式0及模式3，据此设置CPOL CPHA
  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
  SPI_Init(FLASH_SPI, &SPI_InitStructure);

  /* 使能 FLASH_SPI  */
  SPI_Cmd(FLASH_SPI, ENABLE);

}

对 SPI 外设模式的配置。在配置 STM32 的 SPI 模式前，我们要先了解从机端的 SPI 模式。本例子中可通过查阅 FLASH 数据手册《W25Q128》获取。

根据 FLASH 芯片的说明，它支持 SPI 模式 0 及模式 3，支持双线全双工，使用 MSB 先行模式，支持最高通讯时钟为 104MHz，数据帧长度为 8 位。我们要把 STM32 的 SPI 外设中的这些参数配置一致。

这段代码中，把 STM32 的 SPI 外设配置为主机端，双线全双工模式，数据帧长度为 8 位，使用 SPI 模式 3(CPOL=1，CPHA=1)，NSS 引脚由软件控制以及 MSB 先行模式。最后一个成员为 CRC 计算式，由于我们与 FLASH 芯片通讯不需要 CRC 校验，并没有使能 SPI 的 CRC 功能，这时 CRC 计算式的成员值是无效的。赋值结束后调用库函数 SPI_Init 把这些配置写入寄存器，并调用 SPI_Cmd 函数使能外设。

使用 SPI 发送和接收一个字节的数据

初始化好 SPI 外设后，就可以使用 SPI 通讯了，复杂的数据通讯都是由单个字节数据收发组成的，我们看看它的代码实现

 /**
  * @brief  使用SPI发送一个字节的数据
  * @param  byte：要发送的数据
  * @retval 返回接收到的数据
  */
u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte)
{
  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_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 */
  SPI_I2S_SendData(FLASH_SPI, byte);

  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_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 SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPI);
}

 /**
  * @brief  使用SPI读取一个字节的数据
  * @param  无
  * @retval 返回接收到的数据
  */
u8 SPI_FLASH_ReadByte(void)
{
  return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte));
}

SPI_FLASH_SendByte 发送单字节函数中包含了等待事件的超时处理，这部分原理跟 I2C 中的一样。

SPI_FLASH_SendByte 函数实现了前面讲解的“SPI 通讯过程”：

(1) 本函数中不包含 SPI 起始和停止信号，只是收发的主要过程，所以在调用本函数前后要做好起始和停止信号的操作；

(2) 对 SPITimeout 变量赋值为宏 SPIT_FLAG_TIMEOUT。这个 SPITimeout 变量在下面的 while 循环中每次循环减 1，该循环通过调用库函数 SPI_I2S_GetFlagStatus 检测事件，若检测到事件，则进入通讯的下一阶段，若未检测到事件则停留在此处一直检测，当检测 SPIT_FLAG_TIMEOUT 次都还没等待到事件则认为通讯失败，调用的 SPI_TIMEOUT_UserCallback 输出调试信息，并退出通讯；

(3) 通过检测 TXE 标志，获取发送缓冲区的状态，若发送缓冲区为空，则表示可能存在的上一个数据已经发送完毕；

(4) 等待至发送缓冲区为空后，调用库函数 SPI_I2S_SendData 把要发送的数据“byte”写入到 SPI 的数据寄存器 DR，写入 SPI 数据寄存器的数据会存储到发送缓冲区，由 SPI 外设发送出去；

(5) 写入完毕后等待 RXNE 事件，即接收缓冲区非空事件。由于 SPI 双线全双工模式下 MOSI 与 MISO 数据传输是同步的 (请对比“SPI 通讯过程”阅读)，当接收缓冲区非空时，表示上面的数据发送完毕，且接收缓冲区也收到新的数据；

(6) 等待至接收缓冲区非空时，通过调用库函数 SPI_I2S_ReceiveData 读取 SPI 的数据寄存器 DR，就可以获取接收缓冲区中的新数据了。代码中使用关键字“return”把接收到的这个数据作为 SPI_FLASH_SendByte 函数的返回值，所以我们可以看到在下面定义的 SPI 接收数据函数 SPI_FLASH_ReadByte，它只是简单地调用了 SPI_FLASH_SendByte 函数发送数据“Dummy_Byte”，然后获取其返回值 (因为不关注发送的数据，所以此时的输入参数“Dummy_Byte”可以为任意值)。可以这样做的原因是 SPI 的接收过程和发送过程实质是一样的，收发同步进行，关键在于我们的上层应用中，关注的是发送还是接收的数据。

控制 FLASH 的指令

搞定 SPI 的基本收发单元后，还需要了解如何对 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。查看 FLASH 芯片的数据手册《W25Q128》，可了解各种它定义的各种指令的功能及指令格式，见表 FLASH 常用芯片指令表。

该表中的第一列为指令名，第二列为指令编码，第三至第 N 列的具体内容根据指令的不同而有不同的含义。其中带括号的字节参数，方向为 FLASH 向主机传输，即命令响应，不带括号的则为主机向 FLASH 传输。表中“A0~A23”指 FLASH 芯片内部存储器组织的地址；“M0~M7”为厂商号（MANUFACTURERID）；“ID0-ID15”为 FLASH 芯片的 ID；“dummy”指该处可为任意数据；“D0~D7”为 FLASH 内部存储矩阵的内容。在 FLSAH 芯片内部，存储有固定的厂商编号 (M7-M0) 和不同类型 FLASH 芯片独有的编号 (ID15- ID0)，见表 FLASH 数据手册的设备 ID 说明。

通过指令表中的读 ID 指令“JEDEC ID”可以获取这两个编号，该指令编码为“9F h”，其中“9F h”是指 16 进制数“9F”(相当于 C 语言中的 0x9F)。紧跟指令编码的三个字节分别为 FLASH 芯片输出的“(M7-M0)”、“(ID15-ID8)”及“(ID7-ID0)”。此处我们以该指令为例，配合其指令时序图进行讲解，见图 FLASH 读 ID 指令 JEDEC_ID 的时序。

主机首先通过 MOSI 线向 FLASH 芯片发送第一个字节数据为“9F h”，当 FLASH 芯片收到该数据后，它会解读成主机向它发送了“JEDEC 指令”，然后它就作出该命令的响应：通过 MISO 线把它的厂商 ID(M7-M0) 及芯片类型 (ID15-0) 发送给主机，主机接收到指令响应后可进行校验。

常见的应用是主机端通过读取设备 ID 来测试硬件是否连接正常，或用于识别设备。对于 FLASH 芯片的其它指令，都是类似的，只是有的指令包含多个字节，或者响应包含更多的数据。

实际上，编写设备驱动都是有一定的规律可循的。首先我们要确定设备使用的是什么通讯协议。如上一章的 EEPROM 使用的是 I 2C，本章的 FLASH 使用的是 SPI。那么我们就先根据它的通讯协议，选择好 STM32 的硬件模块，并进行相应的 I 2C 或 SPI 模块初始化。

接着，我们要了解目标设备的相关指令，因为不同的设备，都会有相应的不同的指令。如 EEPROM 中会把第一个数据解释为内部存储矩阵的地址 (实质就是指令)。而 FLASH 则定义了更多的指令，有写指令，读指令，读 ID 指令等等。最后，我们根据这些指令的格式要求，使用通讯协议向设备发送指令，达到控制设备的目标。

定义 FLASH 指令编码表

为了方便使用，我们把 FLASH 芯片的常用指令编码使用宏来封装起来，后面需要发送指令编码的时候我们直接使用这些宏即可

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/*命令定义-开头*******************************/
#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 

#define WIP_Flag                  0x01  /* Write In Progress (WIP) flag */
 #define Dummy_Byte                0xFF
/*命令定义-结尾*******************************/

读取 FLASH 芯片 ID

根据“JEDEC”指令的时序，我们把读取 FLASH ID 的过程编写成一个函数。

/**
  * @brief  读取FLASH ID
  * @param 	无
  * @retval FLASH ID
  */
u32 SPI_FLASH_ReadID(void)
{
  u32 Temp = 0, Temp0 = 0, Temp1 = 0, Temp2 = 0;

  /* 开始通讯：CS低电平 */
  SPI_FLASH_CS_LOW();

  /* 发送JEDEC指令，读取ID */
  SPI_FLASH_SendByte(W25X_JedecDeviceID);

  /* 读取一个字节数据 */
  Temp0 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);

  /* 读取一个字节数据 */
  Temp1 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);

  /* 读取一个字节数据 */
  Temp2 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);

  /* 停止通讯：CS高电平 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();

	/*把数据组合起来，作为函数的返回值*/
  Temp = (Temp0 << 16) | (Temp1 << 8) | Temp2;

  return Temp;
}

这段代码利用控制 CS 引脚电平的宏“SPI_FLASH_CS_LOW/HIGH”以及前面编写的单字节收发函数 SPI_FLASH_SendByte，很清晰地实现了“JEDEC ID”指令的时序：发送一个字节的指令编码“W25X_JedecDeviceID”，然后读取 3 个字节，获取 FLASH 芯片对该指令的响应，最后把读取到的这 3 个数据合并到一个变量 Temp 中，然后作为函数返回值，把该返回值与我们定义的宏 “sFLASH_ID” 对比，即可知道 FLASH 芯片是否正常。

FLASH 写使能以及读取当前状态

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

 /**
  * @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();
}

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”时才能进行再次写入。为了表示自己的工作状态，FLASH 芯片定义了一个状态寄存器，见图 FLASH 芯片的状态寄存器。

我们只关注这个状态寄存器的第 0 位“BUSY”，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。利用指令表中的“Read Status Register”指令可以获取 FLASH 芯片状态寄存器的内容，其时序见图读取状态寄存器的时序。

只要向 FLASH 芯片发送了读状态寄存器的指令，FLASH 芯片就会持续向主机返回最新的状态寄存器内容，直到收到 SPI 通讯的停止信号。

据此我们编写了具有等待 FLASH 芯片写入结束功能的函数，

/**
  * @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)
{
  u8 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();
}

这段代码发送读状态寄存器的指令编码“W25X_ReadStatusReg”后，在 while 循环里持续获取寄存器的内容并检验它的“WIP_Flag 标志”(即 BUSY 位)，一直等待到该标志表示写入结束时才退出本函数，以便继续后面与 FLASH 芯片的数据通讯。

FLASH 扇区擦除

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。通常，对存储矩阵擦除的基本操作单位都是多个字节进行，如本例子中的 FLASH 芯片支持“扇区擦除”、“块擦除”以及“整片擦除”，见表本实验 FLASH 芯片的擦除单位。

FLASH 芯片的最小擦除单位为扇区 (Sector)，而一个块 (Block) 包含 16 个扇区，其内部存储矩阵分布见图 FLASH 芯片的存储矩阵。

扇区擦除指令的第一个字节为指令编码，紧接着发送的 3 个字节用于表示要擦除的存储矩阵地址。要注意的是在扇区擦除指令前，还需要先发送“写使能”指令，发送扇区擦除指令后，通过读取寄存器状态等待扇区擦除操作完毕。

 /**
  * @brief  擦除FLASH扇区
  * @param  SectorAddr：要擦除的扇区地址
  * @retval 无
  */
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 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();
}

这段代码调用的函数在前面都已讲解，只要注意发送擦除地址时高位在前即可。调用扇区擦除指令时注意输入的地址要对齐到 4KB。

FLASH 的页写入

目标扇区被擦除完毕后，就可以向它写入数据了。与 EEPROM 类似，FLASH 芯片也有页写入命令，使用页写入命令最多可以一次向 FLASH 传输 256 个字节的数据，我们把这个单位为页大小。 FLASH 页写入的时序见图 FLASH 芯片页写入。

从时序图可知，第 1 个字节为“页写入指令”编码，2-4 字节为要写入的“地址 A”，接着的是要写入的内容，最多个可以发送 256 字节数据，这些数据将会从“地址 A”开始，按顺序写入到 FLASH 的存储矩阵。若发送的数据超出 256 个，则会覆盖前面发送的数据。与擦除指令不一样，页写入指令的地址并不要求按 256 字节对齐，只要确认目标存储单元是擦除状态即可 (即被擦除后没有被写入过)。所以，若对“地址 x”执行页写入指令后，发送了 200 个字节数据后终止通讯，下一次再执行页写入指令，从“地址 (x+200)”开始写入 200 个字节也是没有问题的 (小于 256 均可)。只是在实际应用中由于基本擦除单元是 4KB，一般都以扇区为单位进行读写，想深入了解，可学习我们的“FLASH 文件系统”相关的例子。

把页写入时序封装成函数

/**
  * @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(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 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();
}

这段代码的内容为：先发送“写使能”命令，接着才开始页写入时序，然后发送指令编码、地址，再把要写入的数据一个接一个地发送出去，发送完后结束通讯，检查 FLASH 状态寄存器，等待 FLASH 内部写入结束。

不定量数据写入

应用的时候我们常常要写入不定量的数据，直接调用“页写入”函数并不是特别方便，所以我们在它的基础上编写了“不定量数据写入”的函数，

/**
  * @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(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
  u8 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);
      }
    }
  }
}

这段代码与 EEPROM 章节中的“快速写入多字节”函数原理是一样的，运算过程在此不再赘述。区别是页的大小以及实际数据写入的时候，使用的是针对 FLASH 芯片的页写入函数，且在实际调用这个“不定量数据写入”函数时，还要注意确保目标扇区处于擦除状态。

从 FLASH 读取数据

相对于写入，FLASH 芯片的数据读取要简单得多，使用读取指令“Read Data”即可，其指令时序见图 SPI_FLASH 读取数据时序。

发送了指令编码及要读的起始地址后，FLASH 芯片就会按地址递增的方式返回存储矩阵的内容，读取的数据量没有限制，只要没有停止通讯，FLASH 芯片就会一直返回数据。代码实现见

/**
  * @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(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 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();
}

由于读取的数据量没有限制，所以发送读命令后一直接收 NumByteToRead 个数据到结束即可。

测试

最后我们来编写 main 函数，进行 FLASH 芯片读写校验，main 函数

#include "stm32f4xx.h"
#include "./led/bsp_led.h"
#include "./usart/bsp_debug_usart.h"
#include "./flash/bsp_spi_flash.h"


typedef enum { FAILED = 0, PASSED = !FAILED} TestStatus;

/* 获取缓冲区的长度 */
#define TxBufferSize1   (countof(TxBuffer1) - 1)
#define RxBufferSize1   (countof(TxBuffer1) - 1)
#define countof(a)      (sizeof(a) / sizeof(*(a)))
#define BufferSize (countof(Tx_Buffer)-1)

#define  FLASH_WriteAddress     0x00000
#define  FLASH_ReadAddress      FLASH_WriteAddress
#define  FLASH_SectorToErase    FLASH_WriteAddress


/* 发送缓冲区初始化 */
uint8_t Tx_Buffer[] = "感谢您选用野火stm32开发板\r\nhttps://fire-stm32.taobao.com";
uint8_t Rx_Buffer[BufferSize];

//读取的ID存储位置
__IO uint32_t DeviceID = 0;
__IO uint32_t FlashID = 0;
__IO TestStatus TransferStatus1 = FAILED;

// 函数原型声明
void Delay(__IO uint32_t nCount);
TestStatus Buffercmp(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint16_t BufferLength);

/*
 * 函数名：main
 * 描述  ：主函数
 * 输入  ：无
 * 输出  ：无
 */
int main(void)
{
  LED_GPIO_Config();
  LED_BLUE;

  /* 配置串口1为：115200 8-N-1 */
  Debug_USART_Config();

  printf("\r\n这是一个16M串行flash(W25Q128)实验 \r\n");

  /* 16M串行flash W25Q128初始化 */
  SPI_FLASH_Init();

  /* 获取 Flash Device ID */
  DeviceID = SPI_FLASH_ReadDeviceID();

  Delay( 200 );

  /* 获取 SPI Flash ID */
  FlashID = SPI_FLASH_ReadID();

  printf("\r\nFlashID is 0x%X,  Manufacturer Device ID is 0x%X\r\n", FlashID, DeviceID);

  /* 检验 SPI Flash ID */
  if (FlashID == sFLASH_ID)
  {
    printf("\r\n检测到SPI FLASH W25Q128 !\r\n");

    /* 擦除将要写入的 SPI FLASH 扇区，FLASH写入前要先擦除 */
    SPI_FLASH_SectorErase(FLASH_SectorToErase);

    /* 将发送缓冲区的数据写到flash中 */
    SPI_FLASH_BufferWrite(Tx_Buffer, FLASH_WriteAddress, BufferSize);
    printf("\r\n写入的数据为：\r\n%s", Tx_Buffer);

    /* 将刚刚写入的数据读出来放到接收缓冲区中 */
    SPI_FLASH_BufferRead(Rx_Buffer, FLASH_ReadAddress, BufferSize);
    printf("\r\n读出的数据为：\r\n%s", Rx_Buffer);

    /* 检查写入的数据与读出的数据是否相等 */
    TransferStatus1 = Buffercmp(Tx_Buffer, Rx_Buffer, BufferSize);

    if( PASSED == TransferStatus1 )
    {
      LED_GREEN;
      printf("\r\n16M串行flash(W25Q128)测试成功!\n\r");
    }
    else
    {
      LED_RED;
      printf("\r\n16M串行flash(W25Q128)测试失败!\n\r");
    }
  }// if (FlashID == sFLASH_ID)
  else
  {
    LED_RED;
    printf("\r\n获取不到 W25Q128 ID!\n\r");
  }

  SPI_Flash_PowerDown();
  while(1);
}

/*
 * 函数名：Buffercmp
 * 描述  ：比较两个缓冲区中的数据是否相等
 * 输入  ：-pBuffer1     src缓冲区指针
 *         -pBuffer2     dst缓冲区指针
 *         -BufferLength 缓冲区长度
 * 输出  ：无
 * 返回  ：-PASSED pBuffer1 等于   pBuffer2
 *         -FAILED pBuffer1 不同于 pBuffer2
 */
TestStatus Buffercmp(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint16_t BufferLength)
{
  while(BufferLength--)
  {
    if(*pBuffer1 != *pBuffer2)
    {
      return FAILED;
    }

    pBuffer1++;
    pBuffer2++;
  }
  return PASSED;
}

void Delay(__IO uint32_t nCount)
{
  for(; nCount != 0; nCount--);
}

函数中初始化了 LED、串口、SPI 外设，然后读取 FLASH 芯片的 ID 进行校验，若 ID 校验通过则向 FLASH 的特定地址写入测试数据，然后再从该地址读取数据，测试读写是否正常。