STM32 SPI讀寫W25Q64（二）

W25Q64 將 8M 的容量分為 128 個(gè)塊（Block），每個(gè)塊大小為 64K 字節(jié)，每個(gè)塊又分為 16個(gè)扇區(qū)（Sector），每個(gè)扇區(qū) 4K 個(gè)字節(jié)。 W25Q64 的最少擦除單位為一個(gè)扇區(qū)，也就是每次必須擦除 4K 個(gè)字節(jié)。操作需要給 W25Q64 開辟一個(gè)至少 4K 的緩存區(qū)，對(duì) SRAM 要求比較高，要求芯片必須有 4K 以上 SRAM 才能很好的操作。

W25Q64支持SPI總線操作模式0(0,0)和3(1,1)。模式0和模式3之間的主要區(qū)別在于，當(dāng)SPI總線主處于備用狀態(tài)且數(shù)據(jù)沒有傳輸?shù)酱虚W存時(shí)，CLK信號(hào)的正常狀態(tài)。對(duì)于模式0,CLK信號(hào)通常在/CS的下降和上升邊緣較低。對(duì)于模式3,CLK信號(hào)通常在/CS的下降和上升邊緣較高。

W25Q64 的擦寫周期多達(dá) 10W 次，具有 20 年的數(shù)據(jù)保存期限，支持電壓為 2.7~3.6V，W25Q64 支持標(biāo)準(zhǔn)的 SPI，還支持雙輸出/四輸出的 SPI，最大 SPI 時(shí)鐘可以到 80Mhz（雙輸出時(shí)相當(dāng)于 160Mhz，四輸出時(shí)相當(dāng)于 320M）。

W25Q64讀寫用的是SPI協(xié)議，想要讀取數(shù)據(jù)時(shí)可以通過發(fā)送一個(gè)無效數(shù)據(jù)去接收數(shù)據(jù)。W25Q64 的讀寫通過發(fā)送指令來完成。

每次寫數(shù)據(jù)之前都要進(jìn)行寫使能。W25Q64寫入數(shù)據(jù)是把地址上的“1”變?yōu)椤?”，所以要擦除要寫的區(qū)域讓要寫入的地址都為“1”，然后在進(jìn)行寫入。

Write Enable指令將狀態(tài)寄存器中的Write Enable Latch (WEL)位設(shè)置為1。每一頁程序、扇區(qū)擦除、塊擦除、芯片擦除和寫入狀態(tài)寄存器指令前必須設(shè)置好WEL位。允許寫入指令輸入驅(qū)動(dòng)/ CS低,轉(zhuǎn)移指令碼06h進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入(DI)銷CLK的前沿,然后開車/ CS高。

Write Disable指令將狀態(tài)寄存器中的Write Enable Latch (WEL)位重置為0。寫入禁用指令是通過驅(qū)動(dòng)/CS低，將指令代碼04h轉(zhuǎn)換到DI引腳，然后驅(qū)動(dòng)/CS高來輸入的。注意，WEL位在通電后，并在寫狀態(tài)寄存器、頁面程序、扇區(qū)擦除、塊擦除和芯片擦除指令完成后自動(dòng)復(fù)位。

讀取狀態(tài)寄存器指令允許讀取8位狀態(tài)寄存器。將指令壓低/CS，將狀態(tài)寄存器-1指令05h和狀態(tài)寄存器-2指令35h移至CLK上升沿DI引腳，即可進(jìn)入指令。然后將狀態(tài)寄存器位移到CLK下降邊緣的DO pin上，最重要的位(MSB)先移出。狀態(tài)寄存器位包括BUSY位、WEL位、BP2-BP0位、TB位、SEC位、SRP0位、SRP1位和QE位。

讀取狀態(tài)寄存器指令可以在任何時(shí)候使用，甚至在程序、擦除或?qū)懭霠顟B(tài)寄存器周期正在進(jìn)行時(shí)也可以使用。這允許檢查繁忙狀態(tài)位，以確定周期何時(shí)完成，以及設(shè)備是否可以接受另一條指令。狀態(tài)寄存器可以連續(xù)讀取，指令是通過提高/CS值來完成的。

寫狀態(tài)寄存器指令允許寫狀態(tài)寄存器。允許寫入指令之前必須被執(zhí)行的設(shè)備接受寫狀態(tài)寄存器指令(狀態(tài)寄存器位WEL必須等于1)。寫啟用后,輸入的指令驅(qū)動(dòng)/ CS低,發(fā)送指令碼 01 h ,然后寫狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)字節(jié)。

只能寫入非易失性狀態(tài)寄存器位SRP0、SEC、TB、BP2、BP1、BP0(狀態(tài)寄存器-1的第7、5、4、3、2位)和QE、SRP1(狀態(tài)寄存器-2的第9和8位)。所有其他狀態(tài)寄存器位位置都是只讀的，不受寫狀態(tài)寄存器指令的影響。

/CS引腳必須在鎖定的第8位或第16位數(shù)據(jù)之后驅(qū)動(dòng)高。如果不這樣做，寫狀態(tài)寄存器指令將不會(huì)執(zhí)行。如果/CS在第8個(gè)時(shí)鐘之后驅(qū)動(dòng)高(與25X系列兼容)，QE和SRP1位將被清除為0。當(dāng)/CS被驅(qū)動(dòng)高后，自動(dòng)定時(shí)寫狀態(tài)寄存器周期將開始，持續(xù)時(shí)間為t - W。在寫狀態(tài)寄存器周期進(jìn)行時(shí)，仍然可以訪問讀狀態(tài)寄存器指令來檢查忙位的狀態(tài)。繁忙位在寫狀態(tài)寄存器周期中為1，在周期結(jié)束并準(zhǔn)備再次接受其他指令時(shí)為0。寫入寄存器周期結(jié)束后，狀態(tài)寄存器中的寫入使能鎖存器(WEL)位將被清除為0。

寫入狀態(tài)寄存器指令允許塊保護(hù)位(SEC、TB、BP2、BP1和BP0)被設(shè)置為保護(hù)所有、一部分或沒有內(nèi)存不被擦除和程序指令。受保護(hù)區(qū)域變?yōu)橹蛔x(請(qǐng)參閱狀態(tài)寄存器內(nèi)存保護(hù)表和描述)。寫入狀態(tài)寄存器指令還允許設(shè)置狀態(tài)寄存器保護(hù)位(SRP0, SRP1)。這些位與寫入保護(hù)(/WP) pin、鎖定或OTP功能一起使用，以禁用對(duì)狀態(tài)寄存器的寫入。

讀取數(shù)據(jù)指令允許從內(nèi)存中再按順序讀取一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。指令通過將/CS引腳壓低，然后將指令代碼03h和一個(gè) 24位地址(A23-A0) 轉(zhuǎn)換到DI引腳來啟動(dòng)。代碼和地址位被鎖定在CLK引腳的上升邊緣。接收到地址后，首先在CLK下降沿的DO pin上以最有效位(MSB)將所尋址內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)字節(jié)移出。每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)移出后，地址會(huì)自動(dòng)增加到下一個(gè)更高的地址，從而允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流。這意味著只要時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行，就可以用一條指令訪問整個(gè)內(nèi)存。指令是通過提高/CS值來完成的。

如果在擦除、程序或?qū)懼芷?BUSY=1)的過程中發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令，則該指令將被忽略，并且不會(huì)對(duì)當(dāng)前周期產(chǎn)生任何影響。

頁寫指令允許在以前擦除( FFh )內(nèi)存位置上編程的數(shù)據(jù)從一個(gè)字節(jié)到256字節(jié)(一頁)。允許寫入指令之前,必須執(zhí)行設(shè)備將接受頁面程序指令(狀態(tài)寄存器位逢= 1)。指令是由驅(qū)動(dòng)/ CS銷低然后轉(zhuǎn)移 指令代碼02h ,后跟一個(gè) 24位地址(A23-A0) 和至少一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié),殘障保險(xiǎn)銷。當(dāng)數(shù)據(jù)被發(fā)送到設(shè)備時(shí)，在指令的整個(gè)長度內(nèi)，/CS引腳必須保持在較低的位置。

如果要對(duì)整個(gè)256字節(jié)的頁面進(jìn)行編程，最后一個(gè)地址字節(jié)(8個(gè)最不重要的地址位)應(yīng)該設(shè)置為0。如果最后一個(gè)地址字節(jié)不為零，并且時(shí)鐘的數(shù)量超過剩余的頁長，則尋址將換行到頁的開頭。在某些情況下，可以對(duì)少于256字節(jié)(部分頁面)進(jìn)行編程，而不會(huì)對(duì)同一頁面中的其他字節(jié)產(chǎn)生任何影響。執(zhí)行部分分頁程序的一個(gè)條件是時(shí)鐘的數(shù)量不能超過剩余的分頁長度。如果發(fā)送到設(shè)備的字節(jié)數(shù)超過256，則尋址將自動(dòng)換行到頁面的開頭并覆蓋之前發(fā)送的數(shù)據(jù)。

與寫和擦除指令一樣，/CS引腳必須在鎖住最后一個(gè)字節(jié)的第8位之后驅(qū)動(dòng)到高位。如果不這樣做，頁面程序指令將不會(huì)執(zhí)行。當(dāng)/CS驅(qū)動(dòng)高后，自動(dòng)計(jì)時(shí)的頁面程序指令將在tpp期間開始(參見AC特性)。當(dāng)頁面程序周期正在進(jìn)行時(shí)，仍然可以訪問Read Status寄存器指令來檢查忙位的狀態(tài)。在頁面程序周期中，忙碌位是1，當(dāng)周期結(jié)束，設(shè)備準(zhǔn)備再次接受其他指令時(shí)，忙碌位變?yōu)?。當(dāng)頁面程序周期完成后，狀態(tài)寄存器中的寫使能鎖存器(WEL)位被清除為0。如果所尋址的頁由塊Protect (BP2、BP1和BP0)位保護(hù)，則不會(huì)執(zhí)行頁程序指令。

扇區(qū)擦除指令（20h）、32K塊擦除指令（52h）、64K塊擦除指令（D8h）、均可通過發(fā)送扇區(qū)或者塊首地址進(jìn)行擦除數(shù)據(jù)。整片擦除指令（C7h/60h）可擦除整片8M的數(shù)據(jù)。

#include "spi.h"
#include "delay.h"
#include "w25q64.h"


void W25Q64_Init()
{
  Spi1_Init();
}


//寫使能
//在頁編程、擦除（扇區(qū)、塊、全片）、寫狀態(tài)寄存器前，需要寫使能
void W25Q64_WriteEnable()
{
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0x06);
  F_CS_H();
}


//注意：
//在頁編程、擦除（扇區(qū)、塊、全片）、寫狀態(tài)寄存器等操作完成后，WEL位會(huì)自動(dòng)清零
//因此，該函數(shù)也可以不使用
void W25Q64_WriteDisable()
{
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0x04);
  F_CS_H();
}


//讀狀態(tài)寄存器1
u8 W25Q64_ReadStatusReg1()
{
  u8 temp = 0;

  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0x05);
  temp = Spi1_RevSendByte(0xff);
  F_CS_H();

  return temp;
}


//判斷忙標(biāo)記
void W25Q64_WaitBusy()
{
  u8 temp = 0;

  do{
    temp = W25Q64_ReadStatusReg1();
    temp &= 0x01;
  }while(temp);
}


//寫狀態(tài)寄存器1，用于對(duì)存儲(chǔ)區(qū)間進(jìn)行寫保護(hù)
void W25Q64_WriteStatusReg1(u8 status)
{
  W25Q64_WriteEnable();
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0x01);
  status < <=2;
  Spi1_RevSendByte(status);
  F_CS_H();
  W25Q64_WaitBusy();
}


//讀數(shù)據(jù)
void W25Q64_ReadBytes(u32 add,u8 *buf,u32 size)
{
  u32 i=0;

  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0x03);
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>16));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>8));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>0));

  for(i=0;i< size;i++)
    buf[i]=Spi1_RevSendByte(0xff);

  F_CS_H();
}


//頁編程
//條件：要寫的空間，事先要擦除過
void W25Q64_PageProgram(u32 add,u8 *buf,u16 size)
{
  u16 i = 0;

  W25Q64_WriteEnable();
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0X02);
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>16));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>8));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>0));

  for(i=0;i< size;i++)
  {
    Spi1_RevSendByte(*buf++);
  }
  F_CS_H();
  W25Q64_WaitBusy();
}


//扇區(qū)擦除
void W25Q64_SectorErase(u32 add)
{
  W25Q64_WriteEnable();
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0X20);
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>16));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>8));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>0));
  F_CS_H();
  W25Q64_WaitBusy();
}


//64K塊擦除
void W25Q64_BlockErase64K(u32 add)
{
  W25Q64_WriteEnable();
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0XD8);
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>16));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>8));
  Spi1_RevSendByte((u8)(add >?>0));
  F_CS_H();
  W25Q64_WaitBusy();
}


//全片擦除
void W25Q64_ChipErase()
{
  W25Q64_WriteEnable();
  F_CS_L();
  Spi1_RevSendByte(0Xc7);
  F_CS_H();
  W25Q64_WaitBusy();
}

跟AT24C02一樣，如果要對(duì)W25Q64寫入大量數(shù)據(jù)，通過調(diào)用頁寫函數(shù)就會(huì)很不方便，所以可以借用AT24C02連續(xù)寫的思想，編寫W25Q64扇區(qū)寫和連續(xù)寫的函數(shù)。

//由于擦除的最小單位是扇區(qū)（4K）,而寫一次的單位是頁（256字節(jié)），兩者存在大小上的不匹配，
//這里擴(kuò)充寫操作，也將范圍擴(kuò)充到4K。這就要求在寫操作時(shí)要能實(shí)現(xiàn)換頁。
//另外：擦除涉及到對(duì)已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的破壞，所以實(shí)際處理時(shí)，需考慮數(shù)據(jù)保護(hù)。
//為實(shí)現(xiàn)方便，這里假定所操作的4K已經(jīng)被擦除過。
//設(shè)計(jì)不檢查空間擦除的操作函數(shù)
//條件：要寫的空間已經(jīng)擦除過
void W25Q64_SectorWrite(u32 add,u8 *buf,u32 size)
{
  u16 CanWriteBytes = 0;

  while(1)
  {
    CanWriteBytes = 256 - add%256;          //計(jì)算當(dāng)前頁可寫入的字節(jié)數(shù)
    if(CanWriteBytes >= size)
    {
      W25Q64_PageProgram(add,buf,size);
      break;
    }
    else
    {
      W25Q64_PageProgram(add,buf,CanWriteBytes);
      add += CanWriteBytes;
      buf += CanWriteBytes;
      size -= CanWriteBytes;
    }
  }
}


//連續(xù)寫操作
//所操作的空間可以沒有擦除過，如果沒有擦除過，則擦除
//擦除前，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)


u8 W25Q64_BUF[4096] = {0xff};


void W25Q64_ContinueWrite(u32 add,u8 *buf,u32 size)
{
  u16 CanWriteBytes = 0;        //計(jì)算當(dāng)前扇區(qū)能寫的字節(jié)數(shù)
  u32 SectorAdd = 0;            //當(dāng)前扇區(qū)的首地址
  u16 i = 0;

  while(1)
  {
    SectorAdd = (add/4096)*4096;    //計(jì)算出當(dāng)前扇區(qū)的首地址
    W25Q64_ReadBytes(SectorAdd,W25Q64_BUF,4096);  //讀取當(dāng)前扇區(qū)內(nèi)容
    //判斷要寫的那部分扇區(qū)空間是否擦除過
    CanWriteBytes = 4096 - add%4096;

    if(CanWriteBytes >= size)
      CanWriteBytes = size;          //如果可寫空間比要寫的內(nèi)容多，則只判斷size個(gè)字節(jié)即可

    for(i=0;i< CanWriteBytes;i++)
    {
      if(W25Q64_BUF[add%4096 + i] != 0xff)        //沒有擦除
        break;
    }

    if(i< CanWriteBytes)     //說明要寫的那部分扇區(qū)，存在沒有擦除過的空間
      //1. 擦除
      W25Q64_SectorErase(SectorAdd);  //擦除整個(gè)扇區(qū)
    //用要寫入的數(shù)據(jù)，填充W25Q64_BUF
    for(i=0;i< CanWriteBytes;i++)
    {
      W25Q64_BUF[add%4096 + i] = buf[i];
    }

    W25Q64_SectorWrite(SectorAdd,W25Q64_BUF,4096);
    if(CanWriteBytes == size)
      break;

    add += CanWriteBytes;
    buf += CanWriteBytes;
    size -= CanWriteBytes;
  }
}

讀寫過程中，如果想讓一些數(shù)據(jù)不丟失，W25Q64可以通過硬件進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)，但是硬件保護(hù)是整片保護(hù)的，操作起來不靈活。所以采用指令進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)，可以通過寫狀態(tài)寄存器1對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)。

W25Q64可擦寫次數(shù)只有10萬多次，所以寫函數(shù)同樣不推薦放入while循環(huán)中。

主文件

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "stdio.h"
#include "W25Q64.h"


int main()
{
  u8 buf[]="Hello world!Hello world!Hello world!rn";
  u8 rec[50] = {0};

  NVIC_SetPriorityGrouping(5);    //4層嵌套，4個(gè)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
  Usart1_Init(9600);  
  AT24C02_Init();
  W25Q64_Init();

  W25Q64_ContinueWrite(4090,buf,sizeof(buf));

  while(1)
  {    
    W25Q64_ReadBytes(4090,rec,sizeof(buf));
    printf("%s",rec);
  }
}

最后，編寫測(cè)試函數(shù)，將程序燒入開發(fā)板中，讀出的數(shù)據(jù)和寫入的數(shù)據(jù)完全一致，SPI讀寫W25Q64成功。