一文講透SPI總線和IIC總線通信4

下面將對W25Q128的常用操作方式進(jìn)行介紹。

1、只發(fā)送指令——寫使能、寫失能

寫使能是指狀態(tài)寄存器中的WEL位置1（發(fā)送寫使能指令后硬件自動設(shè)置），失能就是清零操作。在發(fā)送頁寫，扇區(qū)擦除，塊擦除，片擦除，寫狀態(tài)寄存器，擦寫安全寄存器指令之前，必須先等待WEL 位置1 ，這些操作完成后，WEL會自動硬件清零。寫失能是將狀態(tài)寄存器中的WEL軟件清零，寫失能這個操作很少用到，大多數(shù)情況都是硬件自動完成。

根據(jù)SPI的操作時序，將指令（06h或04h）通過DI（MOSI）發(fā)送給W25Q128，期間DO（MISO）處于高阻狀態(tài)，時序圖如圖6-11和圖6-12所示。

圖6-13 寫使能時序

圖6-14 寫失能時序

2、發(fā)送指令，返回數(shù)據(jù)——讀狀態(tài)寄存器

讀狀態(tài)寄存器指令允許讀8位狀態(tài)寄存器位。讀狀態(tài)寄存指令在任何時間都可使用，可以用05H/35H/15H分別讀取W25Q128的三個狀態(tài)寄存器。實際上用的最多的只有05H讀取狀態(tài)寄存器1的第0位（BUSY位），用來查看相應(yīng)指令周期是否結(jié)束，芯片是否可以接收新的指令。

根據(jù)SPI的操作時序，將指令05H通過DI發(fā)送，而后通過DO讀回狀態(tài)寄存器的值，時序圖如圖6-15所示。注意通常我們只讀一個字節(jié)，時序圖后續(xù)字節(jié)為芯片備用擴展的。

圖6-15 讀狀態(tài)寄存器時序圖

3、發(fā)送指令+數(shù)據(jù)——寫狀態(tài)寄存器

寫狀態(tài)寄存器的作用主要實現(xiàn)對Flash某些區(qū)域的數(shù)據(jù)或者狀態(tài)保護(hù)，一旦寫入保護(hù)狀態(tài)，在狀態(tài)解除之前，這塊區(qū)域是禁止寫入和擦除的。這部分在本教程中沒有應(yīng)用，有興趣的讀者可以根據(jù)時序圖和手冊資料了解一下，時序圖如圖6-16所示。

圖6-16 寫狀態(tài)寄存器時序圖

4、讀數(shù)據(jù)

讀數(shù)據(jù)指令允許從存儲器讀一個字節(jié)和連續(xù)多個字節(jié)。

首先要確認(rèn)BUSY位為0，然后根據(jù)SPI的操作時序，首先寫入指令代碼03H，而后緊跟3個字節(jié)的地址。當(dāng)W25Q128收到地址后，會將相應(yīng)地址處的數(shù)據(jù)根據(jù)SPI時序輸出來；如果連續(xù)讀多個字節(jié)，那每經(jīng)過8個時鐘周期地址自動加1，并且輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，一直到CS拉高，時序圖如圖6-17所示。

圖6-17 讀數(shù)據(jù)時序圖

5、寫入數(shù)據(jù)（頁編程）

W25Q128一次寫入的數(shù)據(jù)只能小于等于256字節(jié)，并且不能一次性跨頁寫入。當(dāng)遇到跨頁時，應(yīng)先寫滿一頁，等待BUSY位為0，再次往下一頁寫。（如果寫滿一頁繼續(xù)往下寫則會跳到緩存區(qū)的頁首位置開始寫，之前數(shù)據(jù)會被覆蓋）

在寫入數(shù)據(jù)之前，該頁必須被擦除過，然后根據(jù)寫入地址和寫入的字節(jié)數(shù)計算是否跨頁以及頁數(shù)。根據(jù)SPI的操作時序，首先通過寫使能將WEL置1，然后寫入指令代碼02H，而后緊跟著3個字節(jié)的地址，而后接著發(fā)送要存儲的數(shù)據(jù)，時序圖如圖6-18所示。

圖6-18 頁編程時序圖

寫入數(shù)據(jù)完畢后，W25Q128將數(shù)據(jù)從緩存搬移到非易失區(qū)所消耗的時間要了解一下，在手冊的84頁有介紹，大概是(30+(x-1)*2.5)us ~ (50+(x-1)*12) us之間(x為寫入的字節(jié))，搬移完成后，WEL位會自動清零，BUSY自動清零。

6、扇區(qū)擦除、塊擦除

可以使用20H、52H和D8H分別對扇區(qū)擦除、32K塊擦除和64K塊擦除。根據(jù)SPI的操作時序，在寫入擦除指令之前首先通過寫使能將WEL置1，然后寫入指令代碼20H/52H/D8H中的一個，而后緊跟著3個字節(jié)的擦除首地址。

地址發(fā)送完畢后，必須將CS拉高，擦除指令才開始執(zhí)行，并且需要一定的擦除時間，在這個時間內(nèi)，只能讀狀態(tài)寄存器，其他操作均不能進(jìn)行。扇區(qū)、32K塊和64K的擦除典型時間分別是100ms、120ms和150ms，最大時間分別是400ms、1.6s、2s。當(dāng)擦除完成，WEL和BUSY位自動清零，就可以再次接收新的操作指令，時序圖如圖6-19所示。

圖6-19 扇區(qū)和塊擦除時序圖

7、全片擦除

可以使用C7H/60H指令對整片進(jìn)行擦除操作。根據(jù)SPI的操作時序，在寫入擦除指令之前首先通過寫使能將WEL置1，然后寫入指令代碼C7H或者60H，發(fā)送完畢拉高CS后，擦除指令開始執(zhí)行。

整片擦除過程中，只能讀狀態(tài)寄存器，其他操作均不能進(jìn)行。整片擦除的典型時間是40秒，最大時間是200秒。當(dāng)擦除完成后，WEL和BUSY位自動清零，就可以再次接收新的操作指令，時序圖如圖6-20所示。

圖6-20 全片擦除時序圖

接下來根據(jù)W25Q128的時序編寫驅(qū)動程序，該驅(qū)動文件可以驅(qū)動W25Qxx系列的Flash存儲芯片，不同型號的ID不同，W25Qxx初始化時會通過判斷芯片ID來識別是否通信成功。

6.9.3 串口控制Flash讀寫實驗

由于Flash與EEPROM實現(xiàn)的功能類似，本節(jié)通過改寫串口發(fā)送指令控制EEPROM讀寫數(shù)據(jù)的例程，設(shè)計了串口發(fā)送指令控制Flash讀寫。幫助大家更好的體會串口實用例程以及Flash讀寫流程。

Flash讀數(shù)據(jù)指令格式：“f-read 地址 字節(jié)長度”，其中地址范圍為0~1610241024，e2read、地址、字節(jié)長度之間由空格隔開，比如從地址1開始讀取5字節(jié)數(shù)據(jù)：f-read 1 5。單片機收到指令后執(zhí)行多字節(jié)讀操作，通過串口助手返回讀出的數(shù)據(jù)。

Flash寫數(shù)據(jù)指令格式：“f-write 地址 數(shù)據(jù)”，地址范圍為0~1610241024，f-write、地址、數(shù)據(jù)之間同樣由空格隔開，比如從地址1開始寫入hello：f-write 1 hello。單片機收到指令后執(zhí)行多字節(jié)寫操作，寫入成功后通過串口助手返回“f-write done.”

如果發(fā)送指令格式錯誤，返回“bad parameter.”，如果發(fā)送指令錯誤，將返回發(fā)送的數(shù)據(jù)。由于程序中設(shè)定的串口接收和發(fā)送緩沖區(qū)最大為256字節(jié)，因此該實驗單次讀取或者寫入的字節(jié)數(shù)應(yīng)小于256字節(jié)。

106.10 邏輯分析儀測試SPI信號

當(dāng)進(jìn)行SPI通信出現(xiàn)異常時，可以通過邏輯分析儀進(jìn)行通信時序上的問題查找，如圖6-18所示。從圖上可以看出SCK空閑時是高電平，即CPOL=1；從CLK的跳沿箭頭上可以看出，是后沿讀取數(shù)據(jù)，即CPHA=1。數(shù)據(jù)分析可以通過MISO和MOSI解析后的數(shù)據(jù)判斷出。通過分析儀的數(shù)據(jù)解析功能，可以直觀看到STM32與Flash之間的通信數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步確定問題所在。

圖6-21 Kingst LA5016邏輯分析儀解析SPI數(shù)據(jù)