STM32 I2C總線通信與SPI總線通信專題講解

• 總線介紹： I2C（Inter-Integrated Circuit）總線（也稱IIC或I2C）是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線（單雙工），用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，在這兩根線上可以掛很多設(shè)備，同一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于主機(jī)模式，其他節(jié)點(diǎn)處于從機(jī)模式，總線上數(shù)據(jù)的傳送都由主機(jī)發(fā)起。I2C總線沒(méi)有片選信號(hào)線，所以需要通過(guò)協(xié)議來(lái)找到對(duì)應(yīng)操作的芯片。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，期間封裝形式少，通信速率高等優(yōu)點(diǎn)。
• 總線特征：

1.兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)SDA，一條串行時(shí)鐘線SCL（主從設(shè)備使用同一時(shí)鐘，屬于同步通信）來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸及外圍器件的擴(kuò)展

2.I2C總線上的每一個(gè)設(shè)備都可以作為主設(shè)備或者從設(shè)備，而且每一個(gè)設(shè)備都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的地址，通常是7位，有時(shí)候是10位

3.I2C總線數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，快速模式下可達(dá)400kbit/s，高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s。在開(kāi)發(fā)配置的時(shí)候，最好檢查從設(shè)備的傳輸速率從而對(duì)主設(shè)備（一般是MCU）進(jìn)行相應(yīng)的配置。一般通過(guò)I2C總線接口可編程時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸速率的調(diào)整，同時(shí)也跟所接的上拉電阻的阻值有關(guān)。

4.I2C總線上的主設(shè)備與從設(shè)備之間以字節(jié)(8位)為單位進(jìn)行單雙工的數(shù)據(jù)傳輸。

• 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——總線型

I2C 總線在物理連接上分別由SDA(串行數(shù)據(jù)線)和SCL(串行時(shí)鐘線)及上拉電阻組成，SCL由主機(jī)發(fā)出，SCL越快，通訊速率越快。通信原理是通過(guò)對(duì)SCL和SDA線高低電平時(shí)序的控制來(lái)產(chǎn)生I2C總線協(xié)議所需要的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。在總線空閑狀態(tài)時(shí)，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

• I2C總線協(xié)議

1.I2C協(xié)議規(guī)定: 總線上數(shù)據(jù)的傳輸必須以一個(gè)起始信號(hào)作為開(kāi)始條件，以一個(gè)結(jié)束信號(hào)作為傳輸?shù)耐Ｖ箺l件。起始和結(jié)束信號(hào)總是由主設(shè)備產(chǎn)生。

2.空閑狀態(tài)：SCL和SDA都保持著高電平。

3.起始信號(hào): 當(dāng)SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產(chǎn)生一個(gè)起始條件，所有的從設(shè)備都能感受到這個(gè)跳變，做好準(zhǔn)備等待被選擇。

4.結(jié)束信號(hào)：當(dāng)SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產(chǎn)生一個(gè) 停止條件

5.數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸以字節(jié)為單位 , 主設(shè)備在SCL線上產(chǎn)生每個(gè)時(shí)鐘脈沖的過(guò)程中將在SDA線上傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的高電平被采樣這時(shí)候采集到是１就是１，是０就是０，所以在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)時(shí)鐘處于高電平時(shí)一定要保持穩(wěn)定，時(shí)鐘處于低電平時(shí)可以變換數(shù)據(jù)。（高電平采樣，低電平變換）一個(gè)字節(jié)按數(shù)據(jù)位從高位到低位的順序進(jìn)行傳輸。主設(shè)備在傳輸有效數(shù)據(jù)之前 要先指定從設(shè)備的地址，一般為7位，然后再發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛭唬?0表示主設(shè)備向從設(shè)備寫數(shù)據(jù)，1表示主設(shè)備向從設(shè)備讀數(shù)據(jù)。主從設(shè)備以字節(jié)為單位（８位）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)把從設(shè)備地址加上方向位組成一個(gè)８位的字節(jié)進(jìn)行發(fā)送并接收一個(gè)應(yīng)答。

6.應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的器件在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的器件發(fā)出低電平的應(yīng)答信號(hào)，表示已收到數(shù)據(jù)。這個(gè)信號(hào)可以是主控器件發(fā)出，也可以是從動(dòng)器件發(fā)出。總之，由接收數(shù)據(jù)的器件發(fā)出。

a.主設(shè)備向從設(shè)備寫數(shù)據(jù)：

b.主設(shè)備讀從設(shè)備的數(shù)據(jù)：

c.主設(shè)備讀從設(shè)備的某個(gè)寄存器：讀設(shè)備的寄存器首先應(yīng)該對(duì)該設(shè)備發(fā)送寫命令，很多設(shè)備都可以看成是一段內(nèi)存，所以寫命令寫給從設(shè)備，指明要讀取哪個(gè)地址（寄存器）的數(shù)據(jù)，接下來(lái)才是真正的讀數(shù)據(jù)。不同的從設(shè)備是由區(qū)別的，在驅(qū)動(dòng)I2C從設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)查明設(shè)備的時(shí)序圖，又怎樣的要求，不同的時(shí)序?qū)?yīng)了不同的命令。

• STM32F4-I2C控制器特性

軟件模擬I2C時(shí)序：由于直接控制 GPIO 引腳電平產(chǎn)生通訊時(shí)序時(shí)，需要由 CPU 控制每個(gè)時(shí)刻的引腳狀態(tài)，所以稱之為“軟件模擬協(xié)議”方式。我們知道，驅(qū)動(dòng)I2C設(shè)備只需要兩根管腳，即使單片機(jī)上沒(méi)有I2C控制器，根據(jù)協(xié)議控制每根管腳每一時(shí)刻的電平狀態(tài)，一根模擬數(shù)據(jù)線，一根模擬時(shí)鐘線，就可以驅(qū)動(dòng)從設(shè)備，相對(duì)而言效率低，但是可以實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)。STM32內(nèi)部具備專門的I2C控制器，使用時(shí)只需對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的配置即可。

硬件控制產(chǎn)生I2C時(shí)序：STM32 的 I2C 片上外設(shè)專門負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) I2C 通訊協(xié)議，只要配置好該外設(shè)，它就會(huì)自動(dòng)根據(jù)協(xié)議要求產(chǎn)生通訊信號(hào)，收發(fā)數(shù)據(jù)并緩存起來(lái)，CPU只要檢測(cè)該外設(shè)的狀態(tài)和訪問(wèn)數(shù)據(jù)寄存器，就能完成數(shù)據(jù)收發(fā)。這種由硬件外設(shè)處理I2C協(xié)議的方式減輕了 CPU 的工作，且使軟件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。

控制器功能：配置主從模式（一般都把STM32當(dāng)作主機(jī)使用，作為從機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)其賦一個(gè)地址），通過(guò)配置其內(nèi)部的寄存器產(chǎn)生一些中斷和錯(cuò)誤信號(hào)，配置通信速率位標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式、超快速模式等

STM32芯片有３組I2C外設(shè)，可以同時(shí)進(jìn)行３組I2C傳輸。它們的I2C通訊信號(hào)引出到不同的GPIO引腳上，使用時(shí)必須配置到這些指定的引腳。

• EEPROM(AT24CXX)存儲(chǔ)芯片介紹

一個(gè)典型的I2C接口的從設(shè)備，專門用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的芯片。EEPROM (Electrically ErasableProgrammable read only memory)，帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)芯片。EEPROM可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。

EEPROM常用來(lái)存儲(chǔ)一些配置信息，以便系統(tǒng)重新上電的時(shí)候加載之，容量不會(huì)很高。EEPOM 芯片最常用的通訊方式就是I2C協(xié)議。XX表示容量，常用值為01、02、04、16、32、64等，單位Kbit。一般的存儲(chǔ)芯片都具有寫保護(hù)功能，對(duì)WP管腳加一個(gè)高電平就開(kāi)啟了寫保護(hù)功能，就無(wú)法往芯片內(nèi)寫數(shù)據(jù)了。在開(kāi)發(fā)中通常將該管腳接地，確保能夠?qū)憯?shù)據(jù)

典型24CXX芯片引腳如下：

例：24C65的設(shè)備地址為7位，高4位恒定為1010，低3位取決于A0-A2的電平狀態(tài)，般主機(jī)在讀寫24CXX都是把設(shè)備地址連同讀寫位組合成一個(gè)字節(jié)一起發(fā)送。

24C65的電氣連線如下，根據(jù)電氣連線可知，A0-A2均接地，因此讀地址為1010 0001，即0xA1；寫地址為10100000，即0xA0 ，且WP接地，用戶隨時(shí)可向芯片內(nèi)部寫入數(shù)據(jù)。

24C65寫時(shí)序：首先發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)，接著發(fā)送從設(shè)備地址以及方向位，收到應(yīng)答后，向從設(shè)備發(fā)送要寫的存儲(chǔ)區(qū)域的首地址，24C65的存儲(chǔ)地址是16位，先發(fā)送高８位，收到應(yīng)答后再發(fā)送低８位，再次收到應(yīng)答后開(kāi)始寫數(shù)據(jù)。６４Kbit大小位８K字節(jié)，需要１３位即可表示，所以高３位固定定為０，如下圖。

這里是BYTE WRITE，一次寫一個(gè)字節(jié)，此芯片還支持PAGE WRITE，一次寫一頁(yè)，也就是８?jìng)€(gè)字節(jié)，如果想寫更多，可設(shè)置一個(gè)for循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

24C65 讀時(shí)序與寫時(shí)序基本相同，只不過(guò)在讀之前要發(fā)送再發(fā)送重復(fù)開(kāi)始位進(jìn)行讀操作。

• I2C讀寫EEPROM實(shí)例

由電氣原理圖可知SCL和SDA分別接入了PB６和PB７管腳，讀地址為1010 0001，即0xA1；寫地址為10100000，即0xA0

步驟：

1.配置RCC

2.配置PB6和PB7管腳

3.配置I2C協(xié)議參數(shù)

4.編寫代碼

//mian.c


#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"


#define ReadAddr   0xA1
#define WriteAddr  0xA0


uint8_t Wbuf[20] = "EEPROM TEST OK!";
uint8_t Rbuf[20] = {0};


/*********  24C65寫數(shù)據(jù)函數(shù)*****************************/


void  Eeprom_Write(uint16_t MemAddr, uint8_t *Wbuf, uint16_t len ){
        while(len--){
        //I2C_MEMADD_SIZE_16BIT表示存儲(chǔ)單元大小
        //默認(rèn)為兩個(gè)參數(shù)，分別是I2C_MEMADD_SIZE_16BIT和I2C_MEMADD_SIZE_8BIT
        //由于24C65的存儲(chǔ)地址是16位的
        //所以我們選擇I2C_MEMADD_SIZE_16BIT
        //1表示一次寫一個(gè)字節(jié)
                while(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, WriteAddr, MemAddr, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT, Wbuf, 1, 100) != HAL_OK){};
MemAddr++;
Wbuf++;
}
}




/*********  24C65讀數(shù)據(jù)函數(shù)*****************************/


void  Eeprom_Read(uint16_t MemAddr, uint8_t *Rbuf, uint16_t len ){
        //可以連續(xù)讀，所以無(wú)需循環(huán)
        while(HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ReadAddr, MemAddr, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT, Rbuf, len, 100) != HAL_OK );
}
int mian(){
      MX_GPIO_Init();
      MX_I2C1_Init();
      MX_USART1_UART_Init();
      printf("this is i2c eeprom testn");


      Eeprom_Write(0, Wbuf, sizeof(Wbuf) );
      HAL_Delay(500);
      Eeprom_Read(0 , Rbuf, sizeof(Rbuf));
      printf("READ:  %sn", Rbuf);


      while(){


      }
}

• STM32 SPI總線通信專題講解

SPI接口是Motorola 首先提出的全雙工三線同步串行外圍接口，采用主從模式（Master Slave）架構(gòu)；支持多slave模式應(yīng)用，一般僅支持單Master。時(shí)鐘由Master控制，在時(shí)鐘移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，是高位在前還是低位在前是可以配置的，配置時(shí)根據(jù)從設(shè)備的通信進(jìn)行相應(yīng)配置，一般是高位在前，低位在后（MSB first）。SPI接口有2根單向數(shù)據(jù)線，為全雙工通信，目前應(yīng)用中的數(shù)據(jù)速率可達(dá)幾Mbps的水平。

SPI總線被廣泛地使用在FLASH、ADC、LCD等設(shè)備與MCU間，要求通訊速率較高的場(chǎng)合。

SPI接口共有4根信號(hào)線，分別是：設(shè)備選擇線、時(shí)鐘線、串行輸出數(shù)據(jù)線、串行輸入數(shù)據(jù)線。

（1）MOSI：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入，連接從機(jī)的MOSI，與串口不同，串口需要反著連接（Rx-----Tx）

（2）MISO：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出，連接從機(jī)的MISO

（3）SCLK ：時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生

（4）/SS：從器件使能信號(hào)，由主器件控制（片選），一般情況下為地電平選中設(shè)備，高電平釋放設(shè)備。

• SPI總線協(xié)議

1.數(shù)據(jù)交換邏輯：主機(jī)和從機(jī)都包含一個(gè)串行移位寄存器，主機(jī)通過(guò)向它的SPI串行寄存器寫入一個(gè)字節(jié)發(fā)起一次傳輸。寄存器通過(guò)MOSI信號(hào)線將字節(jié)傳送給從機(jī)，從機(jī)也將自己的移位寄存器中的內(nèi)容通過(guò)MISO信號(hào)線返回給主機(jī)。這樣兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就被交換了。從機(jī)的寫操作和讀操作時(shí)同步完成的，因此SPI成為一個(gè)很有效的協(xié)議。

如果主機(jī)只想寫不想讀，只需把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)寄存器，SPI控制器會(huì)自動(dòng)傳給外設(shè)，同時(shí)忽略掉外設(shè)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)即可；如果主機(jī)只想讀不想寫，主機(jī)寫給外設(shè)一個(gè)空字符或者隨便寫一個(gè)數(shù)據(jù)，外設(shè)就會(huì)把數(shù)據(jù)傳過(guò)來(lái)，不管是只讀還是只寫，主機(jī)與外設(shè)的讀和寫都h會(huì)發(fā)生且同時(shí)進(jìn)行。

2.起始信號(hào): NSS信號(hào)線由高變低，是SPI通訊的起始信號(hào)。

3.結(jié)束信號(hào)：NSS信號(hào)由低變高，是SPI通訊的停止信號(hào)。

4.數(shù)據(jù)傳輸：SPI使用MOSI及MISO信號(hào)線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，使用SCK信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。MOSI及MISO數(shù)據(jù)線在SCK的每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)，按位傳輸，且數(shù)據(jù)輸入輸出是同時(shí)進(jìn)行的。SPI每次數(shù)據(jù)傳輸可以 8 位或 16 位為單位，每次傳輸?shù)膯挝粩?shù)不受限制，要么是8位，要么是16位，可以配置。

• SPI的4種通信模式

在SPI操作中，最重要的兩項(xiàng)設(shè)置就是時(shí)鐘極性（CPOL）和時(shí)鐘相位（CPHA）這兩項(xiàng)即是主從設(shè)備間數(shù)據(jù)采樣的約定方式。由CPOL及CPHA的不同狀態(tài)，SPI分成了四種模式，主機(jī)與從機(jī)需要工作在相同的模式下才可以正常通訊，因此通常主機(jī)要按照從機(jī)支持的模式去設(shè)置。同樣在配置時(shí)一定要弄明白從機(jī)支持什么通信模式進(jìn)行相應(yīng)的配置。

1.時(shí)鐘極性CPOL : 設(shè)置時(shí)鐘空閑時(shí)的電平：

a.當(dāng)CPOL= 0 ，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持低電平；

b.當(dāng)CPOL= 1 ，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持高電平。

2.時(shí)鐘相位CPHA ：設(shè)置數(shù)據(jù)采樣時(shí)的時(shí)鐘沿：

a.當(dāng) CPHA=0時(shí)，MOSI或 MISO 數(shù)據(jù)線上的信號(hào)將會(huì)在 SCK時(shí)鐘線的奇數(shù)邊沿被采樣

b.當(dāng) CPHA=1時(shí)， MOSI或 MISO 數(shù)據(jù)線上的信號(hào)將會(huì)在 SCK時(shí)鐘線的偶數(shù)邊沿被采樣

• STM32F4-SPI控制器特性

1.通訊引腳：

STM32F4芯片最多支持6個(gè)SPI外設(shè)控制器，它們的SPI通訊信號(hào)引出到不同的GPIO引腳上，使用時(shí)必須配置到這些指定的引腳，以《STM32F4xx規(guī)格書》為準(zhǔn)。f407只有SPI1、SPI2、SPI3。

其中SPI1、SPI4、SPI5、SPI6是APB2上的設(shè)備，最高通信速率達(dá)42Mbtis/s，SPI2、SPI3是APB1上的設(shè)備，最高通信速率為21Mbits/s。其它功能上沒(méi)有差異。

2.時(shí)鐘控制邏輯：

SCK線的時(shí)鐘信號(hào)，由波特率發(fā)生器根據(jù)“控制寄存器CR1”中的BR[0:2]位控制，該位是對(duì)f pclk 時(shí)鐘的分頻因子，對(duì)f pclk 的分頻結(jié)果就是SCK引腳的輸出時(shí)鐘頻率。

其中的fpclk 頻率是指SPI所在的APB總線頻率，APB1為fpclk1 ，APB2為fpckl2

3.數(shù)據(jù)控制邏輯：

STM32F4的MOSI及MISO都連接到數(shù)據(jù)移位寄存器上，數(shù)據(jù)移位寄存器的數(shù)據(jù)來(lái)源來(lái)源于接收緩沖區(qū)及發(fā)送緩沖區(qū)。

a.通過(guò)寫SPI的“數(shù)據(jù)寄存器DR”把數(shù)據(jù)填充到發(fā)送緩沖區(qū)中。

b.通過(guò)讀“數(shù)據(jù)寄存器DR”，可以獲取接收緩沖區(qū)中的內(nèi)容。

c.其中數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度可以通過(guò)“控制寄存器CR1”的“DFF位”配置成8位及16位模式；配置“LSBFIRST位”可選擇MSB先行（高位在前）還是LSB先行（低位在前）。

4.整體控制邏輯：

a.整體控制邏輯負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)SPI外設(shè)，控制邏輯的工作模式根據(jù)“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數(shù)而改變，基本的控制參數(shù)包括前面提到的SPI模式、波特率、LSB先行、主從模式、單雙向模式（同時(shí)發(fā)送和接收、只發(fā)送關(guān)掉接收、只接收關(guān)掉發(fā)送）等等。

b.在外設(shè)工作時(shí)，控制邏輯會(huì)根據(jù)外設(shè)的工作狀態(tài)修改“狀態(tài)寄存器(SR)”，只要讀取狀態(tài)寄存器相關(guān)的寄存器位，就可以了解SPI的工作狀態(tài)了。除此之外，控制邏輯還根據(jù)要求，負(fù)責(zé)控制產(chǎn)生SPI中斷信號(hào)、DMA請(qǐng)求及控制NSS信號(hào)線。

c.實(shí)際應(yīng)用中，一般不使用STM32 SPI外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)NSS信號(hào)線，而是更簡(jiǎn)單地使用普通的GPIO，軟件控制它的電平輸出，從而產(chǎn)生通訊起始和停止信號(hào)。

• 串行FLASH_W25X16簡(jiǎn)介

FLSAH 存儲(chǔ)器又稱閃存，它與EEPROM都是掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)器，但FLASH存儲(chǔ)器容量普遍大于 EEPROM，現(xiàn)在基本取代了它的地位。我們生活中常用的 U盤、SD卡、SSD 固態(tài)硬盤以及我們 STM32 芯片內(nèi)部用于存儲(chǔ)程序的設(shè)備，都是 FLASH 類型的存儲(chǔ)器。在存儲(chǔ)控制上，最主要的區(qū)別是FLASH 芯片只能一大片一大片地擦寫，而EEPROM可以單個(gè)字節(jié)擦寫。

W25X16有8192個(gè)可編程頁(yè)，每頁(yè)256字節(jié)。用“頁(yè)編程指令”每次就可以編程256個(gè)字節(jié)。用扇區(qū)擦除指令每次可以擦除16頁(yè)，即一個(gè)扇區(qū)包含16頁(yè)，用塊擦除指令每次可以擦除256頁(yè)，用整片擦除指令即可以擦除整個(gè)芯片。W25X16有512個(gè)可擦除扇區(qū)或32個(gè)可擦除塊。

1.W25X16的硬件連線如下：

CS: 片選引腳，低電平有效，連接到STM32-PH2管腳

SO: 連接到STM32-PB4管腳（MISO）

SI: 連接到STM32-PB5管腳（MOSI）

CLK: 連接到STM32-PA5管腳（CLK）

WP: 寫保護(hù)管腳，低電平有效，有效時(shí)禁止寫入數(shù)據(jù)。接電源未使用

HOLD: HOLD 引腳可用于暫停通訊，該引腳為低電平時(shí)，通訊暫停，未使用

2.W25X16控制指令：

我們需要了解如何對(duì)FLASH芯片進(jìn)行讀寫。FLASH 芯片自定義了很多指令，我們通過(guò)控制 STM32利用 SPI總線向 FLASH 芯片發(fā)送指令，F(xiàn)LASH芯片收到后就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

而這些指令，對(duì)主機(jī)端(STM32)來(lái)說(shuō)，只是它遵守最基本的 SPI通訊協(xié)議發(fā)送出的數(shù)據(jù)，但在設(shè)備端(FLASH 芯片)把這些數(shù)據(jù)解釋成不同的意義，所以才成為指令。

a.讀制造商/設(shè)備ID（90）：該指令通常在調(diào)試程序的時(shí)候用到，判斷SPI通信是否正常。該指令通過(guò)主器件拉低/CS片選使能器件開(kāi)始傳輸，首先通過(guò)DI線傳輸“90H”指令，接著傳輸000000H的24位地址（A23-A0），之后從器件會(huì)通過(guò)DO線返回制造商ID（EFH）和設(shè)備ID。（注：SPI為數(shù)據(jù)交換通信，主器件在發(fā)送“90H”指令時(shí)也會(huì)接收到一個(gè)字節(jié)FFH，但此數(shù)據(jù)為無(wú)效數(shù)據(jù)）

b.寫使能命令（06H）：在向 FLASH 芯片存儲(chǔ)矩陣寫入數(shù)據(jù)前，首先要使能寫操作，通過(guò)“Write Enable”命令即可寫使能。

c.扇區(qū)擦除（20H）：由于 FLASH 存儲(chǔ)器的特性決定了它只能把原來(lái)為“1”的數(shù)據(jù)位改寫成“0”，而原來(lái)為“0”的數(shù)據(jù)位不能直接改寫為“1”。所以這里涉及到數(shù)據(jù)“擦除”的概念。

在寫入前，必須要對(duì)目標(biāo)存儲(chǔ)矩陣進(jìn)行擦除操作，把矩陣中的數(shù)據(jù)位擦除為“1”，在數(shù)據(jù)寫入的時(shí)候，如果要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“1”，那就不修改存儲(chǔ)矩陣 ，在要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“0”時(shí)，才更改該位。

d.讀狀態(tài)寄存器（05H）：FLASH 芯片向內(nèi)部存儲(chǔ)矩陣寫入數(shù)據(jù)需要消耗一定的時(shí)間，并不是在總線通訊結(jié)束的一瞬間完成的，所以在寫操作后需要確認(rèn)FLASH芯片“空閑”。我們只需要讀取FLASH芯片內(nèi)部的狀態(tài)寄存器SRP的S0即可（當(dāng)這個(gè)位為“1”時(shí)，表明 FLASH芯片處于忙碌狀態(tài)，它可能正在對(duì)內(nèi)部的存儲(chǔ)矩陣進(jìn)行“擦除”或“數(shù)據(jù)寫入”的操作）

e.讀數(shù)據(jù)（03H）：讀數(shù)據(jù)指令可從存儲(chǔ)器依次一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，該指令通過(guò)主器件拉低/CS電平使能設(shè)備開(kāi)始傳輸，然后傳輸“03H”指令，接著通過(guò)DI管腳傳輸24位芯片存儲(chǔ)地址，從器件接到地址后，尋址存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)通過(guò)DO引腳輸出。每傳輸一個(gè)字節(jié)地址自動(dòng)遞增，所以只要時(shí)鐘繼續(xù)傳輸，可以不斷讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。

f.寫數(shù)據(jù)——頁(yè)編程（02H）:頁(yè)編程指令可以在已擦除的存儲(chǔ)單元中寫入256個(gè)字節(jié)。該指令先拉低/CS引腳電平，接著傳輸“02H”指令和24位地址。后面接著傳輸至少一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，最多256字節(jié)。

注:當(dāng)數(shù)據(jù)寫到一個(gè)新的扇區(qū)的時(shí)候，需要重新發(fā)起一個(gè)頁(yè)編程信號(hào)才能繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。

• STM32 SPI_FLASH基本配置和操作

根據(jù)如下的硬件連線圖進(jìn)行配置

步驟：

1.使能時(shí)鐘RCC

2.使能SPI1，配置相應(yīng)管腳

3.配置SPI協(xié)議

4.編碼

//main.c


#include "w25x16.h"


uint8_t RD_Buffer[5000] = {0};
uint8_t WR_Buffer[5000] = "SPI FLASH WRITE TESTn";


int main(){
    uint16_t FLASH_ID = 0;
    uint32_t i;

    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();
    FLASH_ID = sFLASH_ReadID();

    /******測(cè)試擦除******/
    sFLASH_EraseSector(4096*0);
    //sFLASH_EraseSector(4096*1);
    sFLASH_ReadBuffer(RD_Buffer,0,4096);
    printf("讀數(shù)據(jù)開(kāi)始n");
    for(i=0; i< 4096; i++)
    {
    printf("%x ",RD_Buffer[i]);
    }
    printf("讀數(shù)據(jù)結(jié)束n");




    /******測(cè)試寫操作1*****/
    //寫之前都需要擦除扇區(qū)
    sFLASH_EraseSector(4096*0);
    sFLASH_WritePage(WR_Buffer,0, 20);
    sFLASH_ReadBuffer(RD_Buffer,0,20);
    printf("READ DATA: %sn",RD_Buffer);

    /******測(cè)試寫操作2*****/
    //寫之前都需要擦除扇區(qū)
    sFLASH_EraseSector(4096*0);
    sFLASH_EraseSector(4096*1);                            
    for(i=0; i< 4096; i++)
    {
    WR_Buffer[i] = 0x55;
    }
    sFLASH_WriteBuffer(WR_Buffer,4090, 1000);
    sFLASH_ReadBuffer(RD_Buffer,4090,1000);
    for(i=0; i< 1000; i++)
    {
    printf("%x ",RD_Buffer[i]);
    }
    /*****************/
    while(){}
}

//w25x16.h


#ifndef __W25X16_H
#define __W25X16_H


#include "stm32f4xx_hal.h"


 //使用宏定義芯片指令
#define W25X_ManufactDeviceID  0x90  /* Read identification */
#define sFLASH_CMD_WREN        0x06/* Write enable instruction */
#define sFLASH_CMD_RDSR        0x05/* Read Status Register instruction  */
#define sFLASH_CMD_SE          0x20/* Sector Erase instruction */
#define sFLASH_CMD_WRITE       0x02  /* Write to Memory instruction */
#define sFLASH_CMD_READ        0x03/* Read from Memory instruction */
#define sFLASH_DUMMY_BYTE      0x00 //空字節(jié)，用于只讀傳回來(lái)的數(shù)據(jù)
#define sFLASH_BUSY_FLAG       0x01
#define sFLASH_SPI_PAGESIZE    0x100


/* 選中芯片，拉低信號(hào) */
#define sFLASH_CS_LOW()       HAL_GPIO_WritePin(GPIOH,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET)
/* 釋放芯片，拉高信號(hào) */
#define sFLASH_CS_HIGH()      HAL_GPIO_WritePin(GPIOH,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET)


//定義函數(shù)
uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte);
uint16_t sFLASH_ReadID(void);
void sFLASH_EraseSector(uint32_t SectorAddr);
void sFLASH_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite);
void sFLASH_WritePage(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite);
void sFLASH_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint32_t NumByteToRead);
#endif

//w25x16.c


#include "w25x16.h"


extern SPI_HandleTypeDef hspi1;


/*讀寫一個(gè)字節(jié)函數(shù)，因?yàn)镾PI讀和寫同時(shí)完成*/
/*發(fā)送數(shù)據(jù)一定會(huì)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)*/
uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
    uint8_t TX_DATA = byte;
    uint8_t RX_DATA = 0;
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &TX_DATA ,&RX_DATA , 1, 1000);
    return RX_DATA;
}


/*等待擦除或者寫數(shù)據(jù)完成*/
void sFLASH_WaitForEnd(void)
{
    uint8_t sr_value = 0;
    sFLASH_CS_LOW();
    sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_RDSR);
            //讀S0的值，為1表示忙碌，為0表示停止          
    do{
                //發(fā)一個(gè)空字節(jié)，得到S0的值             
                sr_value = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    }while( sr_value & sFLASH_BUSY_FLAG);


    sFLASH_CS_HIGH();
}


void sFLASH_WriteEnable(void)
{
    sFLASH_CS_LOW();

    sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_WREN);

    sFLASH_CS_HIGH();
}




/*讀設(shè)備ID*/ 
uint16_t sFLASH_ReadID(void)
{
    uint16_t FLASH_ID;
    uint8_t temp0,temp1;


    sFLASH_CS_LOW();

    sFLASH_SendByte(W25X_ManufactDeviceID);
    //讀設(shè)備指令后要發(fā)24位地址，所以要發(fā)三次
    sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    //制造商ID
    temp0 = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    //設(shè)備商ID
            temp1 = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);

    sFLASH_CS_HIGH();

    FLASH_ID = (temp0 < < 8) | temp1;

    return FLASH_ID;
}


 //擦除扇區(qū)，擦除為1，因?yàn)橹荒苡?變?yōu)? ，不能0變1
void sFLASH_EraseSector(uint32_t SectorAddr)
{
    //SectorAddr表示擦除第幾個(gè)扇區(qū)
    sFLASH_WriteEnable();  //開(kāi)啟寫使能
    sFLASH_CS_LOW();//拉低,片選
    //擦除命令
    sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_SE);
            //傳24位地址
            //傳送高8位，將中8位和低8位一共16位移出去，得到高8位                   
    sFLASH_SendByte( (SectorAddr >?>16) & 0xff);   
    sFLASH_SendByte( (SectorAddr >?>8) & 0xff);    //傳送中8位
    sFLASH_SendByte( (SectorAddr >?>0) & 0xff);    //傳送低8位

    sFLASH_CS_HIGH();

    /*讀狀態(tài)寄存器，等待擦除完成*/
    sFLASH_WaitForEnd();
}


 //讀數(shù)據(jù)
 //讀命令和讀地址發(fā)送后，芯片內(nèi)部會(huì)自動(dòng)不斷遞增讀數(shù)據(jù)
void sFLASH_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint32_t NumByteToRead)
{
    sFLASH_CS_LOW();

    sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_READ);
    sFLASH_SendByte( (ReadAddr >?>16) & 0xff);   //傳送高8位
    sFLASH_SendByte( (ReadAddr >?>8) & 0xff);    //傳送中8位
    sFLASH_SendByte( (ReadAddr >?>0) & 0xff);    //傳送低8位

    while(NumByteToRead--)
    {
    * pBuffer = sFLASH_SendByte(sFLASH_DUMMY_BYTE);
    pBuffer++;
    }

    sFLASH_CS_HIGH();
}


//寫一頁(yè)最多只能寫256個(gè)字節(jié)，一個(gè)扇區(qū)16頁(yè)，一個(gè)塊16個(gè)扇區(qū)                               
void sFLASH_WritePage(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite)
{
    if(NumByteToWrite > sFLASH_SPI_PAGESIZE )
    {
    NumByteToWrite = sFLASH_SPI_PAGESIZE;

    printf("寫數(shù)據(jù)量過(guò)大，超過(guò)一頁(yè)大小n");
    }

    sFLASH_WriteEnable();  //開(kāi)啟寫使能

    sFLASH_CS_LOW();

    sFLASH_SendByte(sFLASH_CMD_WRITE);
    sFLASH_SendByte( (WriteAddr >?>16) & 0xff);   //傳送高8位
    sFLASH_SendByte( (WriteAddr >?>8) & 0xff);     //傳送中8位
    sFLASH_SendByte( (WriteAddr >?>0) & 0xff);      //傳送低8位

    while(NumByteToWrite--)
    {
    sFLASH_SendByte(* pBuffer);
    pBuffer++;
    }

    sFLASH_CS_HIGH();

    /*擦除和寫數(shù)據(jù)都涉及到寫動(dòng)作，一定要等待完成*/
    sFLASH_WaitForEnd();
}


//寫任意地址、任意長(zhǎng)度
void sFLASH_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumByteToWrite)
{
    uint16_t NumOfPage, NumOfBytes, count, offset;
    //求WriteAddr在某一頁(yè)的位置        
    offset = WriteAddr % sFLASH_SPI_PAGESIZE;
    //求某一頁(yè)剩余的大小 
    count = sFLASH_SPI_PAGESIZE - offset;

    /*處理頁(yè)不對(duì)齊的情況，防止頁(yè)內(nèi)覆蓋*/
    //先把某一頁(yè)剩下的部分寫掉，之后的就能新頁(yè)的起始處開(kāi)始寫        /*offset有值表示需要頁(yè)對(duì)齊，如果要寫的字節(jié)數(shù)小于某一頁(yè)剩余的部分，那就無(wú)需對(duì)齊*/                   
    /*這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足*/
    if(offset && (NumByteToWrite > count ))
    {
    sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,count);
    NumByteToWrite -= count;//去掉已經(jīng)寫了的，從新頁(yè)開(kāi)始
    pBuffer += count;
    WriteAddr += count;
    }

    /*最多可分多少頁(yè)*/
    NumOfPage = NumByteToWrite / sFLASH_SPI_PAGESIZE;
    /*剩余多少字節(jié)*/
    NumOfBytes = NumByteToWrite % sFLASH_SPI_PAGESIZE;

    if(NumOfPage)
    {
        while(NumOfPage--)
        {
             //每一頁(yè)都發(fā)起頁(yè)編程
             sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,sFLASH_SPI_PAGESIZE);
             pBuffer += sFLASH_SPI_PAGESIZE;
     WriteAddr += sFLASH_SPI_PAGESIZE;
         }
    }

    if(NumOfBytes)
    {
    sFLASH_WritePage(pBuffer,WriteAddr,NumOfBytes);
    }
}

• 為什么會(huì)有兩種寫操作函數(shù)，是因?yàn)檫@里的寫操作有兩個(gè)特點(diǎn)：

1.無(wú)法突破頁(yè)限制，超過(guò)一頁(yè)需要重新發(fā)起頁(yè)編程信號(hào)。另外如果要寫的數(shù)據(jù)大于剩余一頁(yè)剩余的容量，那么超出的數(shù)據(jù)會(huì)寫到當(dāng)前頁(yè)起始地址出。例如，初始輸入的寫地址為200，而要寫的數(shù)據(jù)大小為100，那么要寫的前56個(gè)字節(jié)會(huì)從地址200開(kāi)始依次寫入，剩下的44個(gè)字節(jié)會(huì)從當(dāng)前頁(yè)的0地址開(kāi)始依次寫入，這很有可能覆蓋之前的數(shù)據(jù)。

2.無(wú)法突破扇區(qū)的限制，當(dāng)數(shù)據(jù)寫到一個(gè)新的扇區(qū)的時(shí)候，需要重新發(fā)起一個(gè)頁(yè)編程信號(hào)才能繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。