STM32通過硬件SPI模塊軟件模擬驅(qū)動來進(jìn)行拓展

FSMC一般只有STM32大容量產(chǎn)品才具備。因此在使用中小容量產(chǎn)品外接存儲器時,一般會通過硬件SPI模塊軟件模擬驅(qū)動來進(jìn)行拓展。

本文將以常見的 NOR Flash(多個廠家有對標(biāo)的同類產(chǎn)品)為例。

我使用的是普亞的P25Q32SH，這個flash除了貴和多一些功能外，在基本控制方面和華邦的W25Q32差不多，基本指令通用。但不同flash之間還是存在一些差異，要注意適配。

一、封裝

8引腳的spi Flash除了封裝方式有些差異，引腳排列基本是一模一樣的。

代碼：

總的來說還是很簡單的。因?yàn)闀r間比較趕，只求能用，存在代碼冗余和效率較低的問題，歡迎改進(jìn)指正！

//******************************************************************************
//* 文件名   ExtFlashSPI.h
//* 介紹：    利用STM32硬件spi實(shí)現(xiàn)對spi的控制
//*  基于W25Q32,在基礎(chǔ)指令方面兼容
//*  使用其他芯片請參照手冊進(jìn)行指令集和參數(shù)的適配
//*  
//*  ※適用最大容量為16M(128Mbit)Flash 
//* 
//* @Author  Sachefgh Xu 
//*********************************模塊介紹************************************
// 適用8引腳的spi flash
//
//
//
//引腳配置： /VCC  一般選擇 2.7-3.6v 的元件，flash對電壓有要求，推薦供電接穩(wěn)壓管
//    /GND  接地
//    /CS   片選，低電平使能;上電時應(yīng)當(dāng)置高電平，推薦NSS引腳使能上拉或外接上拉
//    /DI(IO0) Data-in 
//    /DO         Data-out
//    /CLK  時鐘線
//    /WP   寫保護(hù) 默認(rèn)不啟用;啟用后高電平+寫使能指令解鎖----------本驅(qū)動中WP接vcc拉高
//    /HOLD  Hold-input; 時鐘線和hold均為低電平時觸發(fā)暫停;默認(rèn)高電平------本驅(qū)動中HOLD接vcc拉高
//說明：
//對Flash時序的規(guī)定：MOSI-》DI,  flash在時鐘上升沿采樣
// MISO- >DO flash在下降沿設(shè)置。當(dāng)片選使能時時鐘處于低電平，視為已接收一個下降沿。主機(jī)在上升沿讀取采樣
//配置spi模塊時，時鐘線空閑為低電平，上升沿采樣(CPHA=0,CPOL=0); MSB模式
//
//上電時，模塊寫使能被禁用。
//
/***********************************ED***********************************/
#ifndef _SWSPI_FLASH_H_
#define _SWSPI_FLASH_H_  
#include "stm32f1xx_ll_gpio.h"
#include "stm32f1xx_ll_spi.h"
#include "stm32f1xx_ll_dma.h"
#include "stm32f1xx_ll_utils.h"

/***********************************配置參數(shù)***********************************/

#define Flash_SPI SPI1   //連接的硬件spi模塊，spi應(yīng)配置全雙工主機(jī)模式
#define Flash_CSPORT     GPIOA //片選線;應(yīng)當(dāng)配置為高速輸出，初始高電平
#define Flash_CSPIN      LL_GPIO_PIN_4

#define BlockNumber  64  //塊數(shù)量

#define Page /*Each Page has*/ 256 /*Bytes*/
#define Sector /*Each Sector has*/ 16 /*Pages*/
#define Block /*Each Block has*/ 16 /*Sectors*/
#define AddressMax (BlockNumber * Page * Sector* Block-1) //最大內(nèi)存地址,每一地址對應(yīng)一字節(jié)


#if (Page==256)
#define PageMsk  0xFFFF00  

 #if (Sector==16)
#define SectorMsk  0xFFF000     
 #endif // (Sector==16)


#endif 


//不同容量Flash只有塊數(shù)量有區(qū)別，一般扇區(qū)數(shù)量和頁數(shù)量一致。
//24Bits地址 最高8位標(biāo)定block，高16位標(biāo)定page

//頁地址     addr & 0xFFFF00
//扇區(qū)地址   addr & 0xFFF000
//塊地址  addr & 0xFF0000

//額外指令配置:

//#define _81H  //page erase頁擦除功能.-----w25qxx系列無此功能


/******************************************************************************/

 uint8_t ManufacturerID; //制造商信息
 uint8_t MemoryTypeID;
 uint8_t CapacityID; //容量信息
//上述信息在初始化時讀取

//臨時數(shù)據(jù) 


/***********************/

__STATIC_INLINE void Flash_GetInformation();
__STATIC_INLINE void Flash_WaitWriteToFinish();



/**
 * @brief  初始化函數(shù)，首先調(diào)用
 * @note  一并讀取和存儲制造商信息、容量和存儲類型數(shù)據(jù)
 */
__STATIC_INLINE void Flash_Init()
{ 
 LL_mDelay(7); //等待上電初始化，可刪
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);//關(guān)閉片選
 //
 LL_SPI_Enable(Flash_SPI); //重新開啟SPI模塊
 LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI); //置零RXNE
 Flash_GetInformation();
}

/**
 * @brief  讀取制造商ID、存儲類型ID、容量ID
 * @cmd:  90h
 * @note  讀取后存入 ManufacturerID、MemoryTypeID、CapacityID變量中
 */
__STATIC_INLINE void Flash_GetInformation()
{ //讀取Manufacturer ID& Device ID (90h)
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x9FU);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ; //等待接收完
 LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);   //置零RXNE
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);  //生成時鐘
 while(!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)); //等待接收完
 ManufacturerID = LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ;//等待接收完
 MemoryTypeID = LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ;//等待接收完
 CapacityID = LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 
}

/**
 * @brief  使能擦寫
 * @cmd: 06h
 * @note  再通過指令進(jìn)行頁寫入、扇區(qū)擦除、塊擦除、整片擦除、寫狀態(tài)寄存器時均需調(diào)用
 */
__STATIC_INLINE void Flash_WriteEnable()
{
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x06U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
}

/**
 * @brief  禁用擦寫(寫入鎖)
 * @cmd: 04h
 * @note  寫入、擦除、寫狀態(tài)寄存器完成后調(diào)用
 */
__STATIC_INLINE void Flash_WriteDisable()
{
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x04U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
}
/**
 * @brief  連續(xù)字節(jié)讀取(常速)
 * @cmd: 03h
 * @param 
 *  uint32_t addr  //24位地址(數(shù)據(jù)最高8位忽略),每一位代表一字節(jié)數(shù)據(jù)；addr可取任意有效地址
 *  uint8_t    *data //傳入的uint_8數(shù)組地址或者 變量地址(當(dāng)讀取數(shù)為1時)
 *  uint8_t  number  //讀取字節(jié)數(shù)
 *
 * @note  發(fā)送指令03h后分3字節(jié)從高到低傳輸?shù)刂肺? Flash將在之后的時鐘周期從傳入地址開始
 * 以地址遞增順序傳出片上數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)位數(shù)共number位)，直到CS被拉高
 * 當(dāng)number=1,讀取指定位數(shù)據(jù)
 */
__STATIC_INLINE void Flash_ReadData(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t length)
{
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x03);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(addr >>16)&0xFF);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)((addr > > 8)&0xFF));
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(addr & 0xFF));
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);//置零標(biāo)志
 //開始讀取
 for(uint16_t i = 0 ; i < length ; i++)
 {
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);//generate clock
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ;//wait till tranfer complete
  data[i] = LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);
 }
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 //延時
 uint16_t dlay=0;
 while (dlay < 960){dlay++;}
}
/**
 * @brief  整片擦除（變?yōu)镕F）  ※此操作無法復(fù)原，使用請謹(jǐn)慎
 * @cmd: 60h(或C7h)
 * @note 將整片flash數(shù)據(jù)擦除
 */
__STATIC_INLINE void Flash_EraseChip()
{
 Flash_WriteEnable();//使能寫
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x60U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_mDelay(1);
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 Flash_WaitWriteToFinish();
}

#ifdef _81H    
/**
 * @brief  擦除整個page（將整頁256bytes數(shù)據(jù)寫為FF）  ※此操作無法復(fù)原，使用請謹(jǐn)慎
 * @cmd: 81h
 * @param:  uint32_t addr  //24位頁地址(數(shù)據(jù)最高8位忽略)。前16位規(guī)定頁地址，最后8位無意義(dummy)。
 *  addr可填位于 目標(biāo)頁 的任一地址 
 * 
 * @note 擦除指定Page上的內(nèi)容;寫入前必須先進(jìn)行擦除
 */
__STATIC_INLINE void Flash_ErasePage(uint32_t addr)
{
 Flash_WriteEnable();//使能讀寫
 
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x81U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(addr > > 16)&0xFF);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)((addr > > 8) & 0xFF));
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0X00U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳輸完畢
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 Flash_WaitWriteToFinish();
}
#endif
/**
 * @brief  擦除整個sector(4096bytes = 16 pages)  ※此操作無法復(fù)原，使用請謹(jǐn)慎
 * @cmd: 20h
 * @param:  uint32_t addr  //24位扇區(qū)地址(數(shù)據(jù)最高8位忽略)。扇區(qū)由addr A23-A12確定
 *  addr可填位于 目標(biāo)扇區(qū) 的任一地址
 * @note 擦除指定Page上的內(nèi)容;寫入前必須先進(jìn)行擦除
 */
__STATIC_INLINE void Flash_EraseSector(uint32_t addr)
{
 Flash_WriteEnable();
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x20U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(addr > > 16)&0xFF);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)((addr > > 8) & 0xF0));
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0X00U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 Flash_WaitWriteToFinish();
}
/**
 * @brief  等待退出寫B(tài)USY狀態(tài)
 * @retval   
 */
__STATIC_INLINE void Flash_WaitWriteToFinish()
{
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x05U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI);//clear DR
 do
 {
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00);//dummy   
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(Flash_SPI)) ;
 } while ((LL_SPI_ReceiveData8(Flash_SPI) & 0x01));//忙時循環(huán)，不忙退出
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
}

/**************************************************************************************************/

//有問題
/**
 * @brief  寫入數(shù)據(jù)，伴有覆蓋擦除功能
 * @cmd: 02h
 * @param:  uint32_t addr  //24位地址(數(shù)據(jù)最高8位忽略)，可填片上任意地址;寫入
 * 將從該地址開始遞增， ※但寫入數(shù)據(jù)長度不能溢出地址所在頁（1頁256Bytes）.
 * 
 * @param  uint8_t length //數(shù)據(jù)長度，必須大于0
 * @param  uint8_t *data  //寫入數(shù)據(jù)所在地址指針
 * 
 * @note 本函數(shù)工作原理如下：
 * 1.通過宏定義判斷是否有頁擦除功能
 * 2.將需要寫入地址所在的扇區(qū)/頁數(shù)據(jù)暫存至temp中
 * 3.進(jìn)行頁/扇區(qū)擦除操作
 * 4.將temp對應(yīng)位置數(shù)據(jù)用data中待寫入數(shù)據(jù)替換
 * 5.將更改后的temp原位寫入
 */
__STATIC_INLINE void Flash_WriteData(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t length)
{
#ifdef _81H //有頁擦除功能
 Flash_WriteEnable();
 uint8_t temp[Page];
 Flash_ReadData((addr & 0xFFFF00), temp, Page);//Read Page
 //根據(jù)邏輯分析儀調(diào)整ReadData函數(shù)最后延遲時間，當(dāng)執(zhí)行下一個06h指令時MISO應(yīng)當(dāng)不輸出(0x00)
 Flash_ErasePage(addr); 
 for (uint16_t i = 0; i < length; i++)
 {
  temp[(addr & 0x0000FF) + i] = data[i];
 }//操作成功 
 Flash_WaitWriteToFinish(); 
 Flash_WriteEnable();  
 LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN); 
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x02U); 
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳送頁地址
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(addr > > 16)&0xFF);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)((addr > > 8) & 0xFF));
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ; 
 LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);
 while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 
 for (uint16_t j = 0; j < Page; j++)
 { //發(fā)送沒問題
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI,temp[j]);
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
 }
 LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
 Flash_WaitWriteToFinish();
#else //無頁擦除功能，扇區(qū)(Sector)擦除
 uint8_t temp[Sector * Page]; // 緩存 
 Flash_WriteEnable();
 Flash_ReadData((addr & SectorMsk), temp, Sector * Page); 
 Flash_EraseSector(addr);
 for (uint16_t i = 0; i < length; i++)
 {
  temp[(uint16_t)(addr & 0x000FFF) + i] = data[i];
 }//替換完成
 //將數(shù)據(jù)原位寫入
 Flash_WriteEnable();
 uint32_t iaddpage= addr & SectorMsk; //扇區(qū)的起始地址
 //每次寫一頁，共Sector次
 int m = 0;
 for(uint8_t j = 0 ; j < Sector ; j++)
 {
  Flash_WriteEnable();
  LL_GPIO_ResetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x02U);
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;//傳送頁地址
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)(iaddpage > > 16)&0xFF);
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, (uint8_t)((iaddpage > > 8) & 0xFF));
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
  LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, 0x00U);
  while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
  for (uint16_t i = 0; i < Page; i++)
  {
   LL_SPI_TransmitData8(Flash_SPI, temp[m +i]);
   while (!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(Flash_SPI)) ;
  }
  LL_GPIO_SetOutputPin(Flash_CSPORT, Flash_CSPIN);
  m += 256;
  iaddpage += 0x000100U;
  Flash_WaitWriteToFinish(); 
 }
#endif 

}


#endif // !_SWSPI_FLASH_H_