SPI Flash

首先它是個(gè)Flash，F(xiàn)lash是什么東西就不多說(shuō)了（非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)），分為NOR和NAND兩種（NOR和NAND的區(qū)別本篇不做介紹）。SPI一種通信接口。那么嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)SPI Flash是一種使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但現(xiàn)在大部分情況默認(rèn)下人們說(shuō)的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把數(shù)據(jù)線和地址線并排與IC的管腳連接。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)不同容量的Norflash不能硬件上兼容（數(shù)據(jù)線和地址線的數(shù)量不一樣），并且封裝比較大，占用了較大的PCB板位置，所以后來(lái)逐漸被SPI（串行接口）Norflash所取代。同時(shí)不同容量的SPI Norflash管腳也兼容封裝也更小。，至于現(xiàn)在很多人說(shuō)起NOR flash直接都以SPI flash來(lái)代稱(chēng)。

NorFlash根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)可以分為并行（Parallel，即地址線和數(shù)據(jù)線直接和處理器相連）NorFlash和串行（SPI，即通過(guò)SPI接口和處理器相連）NorFlash；區(qū)別主要就是：1、SPI NorFlash每次傳輸一bit位的數(shù)據(jù)，parallel連接的NorFlash每次傳輸多個(gè)bit位的數(shù)據(jù)（有x8和x16bit兩種）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口簡(jiǎn)單點(diǎn)，但速度慢。

NandFlash是地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本沒(méi)什么問(wèn)題。但是目前對(duì)產(chǎn)品的需求越來(lái)越小型化以及成本要求也越來(lái)越高，所以SPI NandFlash漸漸成為主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要傳統(tǒng)NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作訪問(wèn)，從而降低成本。另外SPI NandFlash封裝比傳統(tǒng)的封裝也小很多，故節(jié)省了PCB板的空間。

怎么用說(shuō)白了對(duì)于Flash就是讀寫(xiě)擦，也就是實(shí)現(xiàn)flash的驅(qū)動(dòng)。先簡(jiǎn)單了解下spi flash的物理連接。

之前介紹SPI的時(shí)候說(shuō)過(guò)，SPI接口目前的使用是多種方式（具體指的是物理連線有幾種方式），Dual SPI、Qual SPI和標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口（這種方式肯定不會(huì)出現(xiàn)在連接外設(shè)是SPI Flash上，這玩意沒(méi)必要全雙工），對(duì)于SPI Flash來(lái)說(shuō)，主要就是Dual和Qual這兩種方式。具體項(xiàng)目具體看了，理論上在CLK一定的情況下， 線數(shù)越多訪問(wèn)速度也越快。我們項(xiàng)目采用的Dual SPI方式，即兩線。

前一段時(shí)間在弄SPI，之前沒(méi)接觸過(guò)嵌入式外圍應(yīng)用，就是單片機(jī)也只接觸過(guò)串口通信，且也是在學(xué)校的時(shí)候了。從離開(kāi)手機(jī)硬件測(cè)試崗位后，自己一直想在嵌入式方面發(fā)展，在1月4號(hào)開(kāi)始自己的第二份工作后，首先接觸到的是為STM32F103寫(xiě)SPI控制flash讀寫(xiě)操作，現(xiàn)記下曾經(jīng)的腳印，希望以后能少走彎路！心得：細(xì)心活！

簡(jiǎn)單的一種應(yīng)用，ARM芯片作為master，flash為slaver，實(shí)現(xiàn)單對(duì)單通信。ARM主控芯片STM32F103，flash芯片為MACRONIX INTERNATIONAL的MX25L6465E，64Mbit。

SPI應(yīng)該是嵌入式外圍中最簡(jiǎn)單的一種應(yīng)用了吧！一般SPI應(yīng)用有兩種方法：軟件仿真，手動(dòng)模擬產(chǎn)生時(shí)序和應(yīng)用主控芯片的SPI控制器。

一般采用第二種方法比較好，比較穩(wěn)定。應(yīng)用主控芯片的SPI控制器，要點(diǎn)：正確的初始化SPI、操作SPI各寄存器和正確理解flash的時(shí)序。下面是過(guò)程，采用的是STM32F10X自帶的庫(kù)函數(shù)

1、初始化：void SpiFlashInitialzation（void）；

要知道硬件是怎么連接的，是SPI1還是SPI2連接到flash中去，通過(guò)連接圖知道我們要操作的是SPI2。初始化大概3個(gè)部分，配置時(shí)鐘；配置GPIO；配置SPI2。這里要注意的是，CS片選腳是作為普通的GPIO來(lái)使用，輸出方式為“推挽式輸出”，其他CLK，MISO，MOSI為“復(fù)用功能推挽式輸出”；

代碼：

［c-sharp］ view plain copyvoid SpiFlashInitialzation（void）

{

/*初始化的SPI，GPIO結(jié)構(gòu)體*/

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd（ RCC_APB1Periph_SPI2， ENABLE）; /*在RCC_APB1ENB中使能SPI2時(shí)鐘（位14）*/

RCC_APB2PeriphClockCmd（ RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）;/*因?yàn)榕cSPI2相關(guān)的4個(gè)引腳和GPIOB相*/

/*關(guān)，GPIOB時(shí)鐘（位3），這句現(xiàn)在還不 */

/*確定要不要，待調(diào)試時(shí)再確定 */

/*上面這一句是必須的，因?yàn)镃S腳是當(dāng)做GPIO來(lái)使用的，2011-01-30調(diào)試*/

/*配置SPI_FLASH_CLK（PB13），SPI_FLASH_MISO（PB14），SPI_FLASH_MOSI（PB15）*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; /*復(fù)用功能推挽式輸出*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init（ GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

/*配置輸入SPI_FLASH_CS（PB12）*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /*推挽式輸出*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init（ GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

SPI_FLASH_CS_SET; /*不選flash*/

/* SPI2配置 增加于2010-01-13*/

/* 注意： 在SPI_NSS_Soft模式下，SSI位決定了NSS引腳上（PB12）的電平，

* 而SSM=1時(shí)釋放了NSS引腳，NSS引腳可以用作GPIO口*/

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; /*雙線雙向全雙工BIDI MODE=0*/

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; /*SSI位為1，MSTR位為1*/

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; /*SPI發(fā)送接收8位幀結(jié)構(gòu)*/

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; /*CPOL=1，CPHA=1，模式3*/

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; /*內(nèi)部NSS信號(hào)由SSI位控制，SSM=1*/

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; /*波特率預(yù)分頻值為4*/

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; /*數(shù)據(jù)傳輸從MSB位開(kāi)始*/

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; /*復(fù)位默認(rèn)值*/

SPI_Init（SPI_SELECT， &SPI_InitStructure）;

SPI_Cmd（SPI_SELECT，ENABLE）; /*使能SPI2*/

}

2、正確的操作SPI控制器；

這里需要注意的是理解SPI狀態(tài)寄存器，特別是SPI_SR位7忙標(biāo)志位BSY要小心，每次操作SPI要先讀SPI_SR，BSY不忙才可下一步，然后就是操作緩沖器了。這里還有一個(gè)問(wèn)題曾經(jīng)困擾了我好久，SPI的時(shí)序問(wèn)題，就是CLK怎么輸出時(shí)序，最后我的理解是SPI每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，CLK就自動(dòng)會(huì)產(chǎn)生時(shí)序，如果沒(méi)發(fā)送，CLK也就停止，這樣節(jié)省了功耗。于是，如果SPI要接收字節(jié)，就必須先要發(fā)一個(gè)字節(jié)，例如發(fā)一個(gè)SPI_DUMMY_BYTE，Dummy byte有些flash有定義有些沒(méi)有，沒(méi)有的話自己隨便定義一個(gè)，只要不和命令字相同就可以了。

u8 SpiFlashSendByte（u8 send_data）;

u8 SpiFlashReceiveByte（void）;

代碼：

［cpp］ view plain copy/*******************************2011-01-13******************************/

/*功能： SPI發(fā)送一個(gè)字節(jié)

*參數(shù)： send_data： 待發(fā)送的字節(jié)

*返回： 無(wú)*/

u8 SpiFlashSendByte（u8 send_data）

{

/*檢查Busy位，SPI的SR中的位7，SPI通信是否為忙，直到不忙跳出*/

//while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;

/*檢查T(mén)XE位，SPI的SR中的位1，發(fā)送緩沖器是否為空，直到空跳出*/

while（ RESET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT，SPI_I2S_FLAG_TXE））;

SPI_I2S_SendData（SPI_SELECT， send_data）; /*發(fā)送一個(gè)字節(jié)*/

/*發(fā)送數(shù)據(jù)后再接收一個(gè)字節(jié)*/

while（ RESET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_RXNE） ）;

return（ SPI_I2S_ReceiveData（SPI_SELECT） ）;

}

［cpp］ view plain copy/*******************************2011-01-13******************************/

/*功能： SPI接收f(shuō)lash的一個(gè)字節(jié)

*參數(shù)： 接收到的字節(jié)

*返回： 無(wú)*/

u8 SpiFlashReceiveByte（void）

{

/*檢查RXNE位，SPI的SR中位0，確定接收緩沖器是有數(shù)據(jù)的*/

return（SpiFlashSendByte（SPI_DUMMY_BYTE））;

}

3、理解flash的讀寫(xiě)操作

首先，寫(xiě)數(shù)據(jù)之前必須要擦除，因?yàn)樗械膄lash只能從1變?yōu)?，擦除將flash全部置1，寫(xiě)的時(shí)候相應(yīng)位置0。

讀寫(xiě)操作這部分，flash芯片手冊(cè)詳細(xì)的說(shuō)明了操作步驟，需要注意的是：flash MX25L64的狀態(tài)寄存器。對(duì)flash操作之前，先讀flash_SR，確保WIP=0（flash空閑），對(duì)flash擦除、編程等操作確保WEL=1（flash能夠接受擦出編程等操作）。

在對(duì)flash進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，要理解一點(diǎn)：對(duì)flash寫(xiě)數(shù)據(jù)（也就是Page Program（PP），Command 02）是基于頁(yè)（256bytes）為單位的，如果數(shù)據(jù)寫(xiě)到頁(yè)的末尾，會(huì)從當(dāng)前頁(yè)的首地址繼續(xù)開(kāi)始寫(xiě)剩余的數(shù)據(jù)，這樣就有可能造成成數(shù)據(jù)的丟失，注意就可以了！主要是理解手冊(cè)中的這段話：The Page Program（PP） instruction is for programming the memory to be “0”。..。..If the eight least significant address bits（A7-A0） are not all 0，all transmitted data going beyond the end of the current page are grogrammed from the start address of the same page（from the address A7-A0 are all 0）.If more than 256 bytes are sent to the device，the data of the last 256-byte is programmed at the requtest page and previous data will be disregarded. If less than 256 bytes 。..。..。

代碼：

［cpp］ view plain copy/*********************************2011-01-29*****************************/

/*功能： 在指定地址處開(kāi)始從flash讀取數(shù)據(jù)

參數(shù)： pData_from_flash，讀取到的數(shù)據(jù)存放指針

address_to_read， 待讀取的數(shù)據(jù)開(kāi)始地址，地址格式有效位為：A23-A0

返回： 指向讀取到的數(shù)據(jù)指針pData_from_flash

*/

void SpiFlashReadData（ u8 *pData_from_flash， u32 address_to_read ， u16 size_to_read）

{

/*先檢查flash設(shè)備是否為忙，然后檢查SPI控制器是否處于忙狀態(tài)*/

while（ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP） ）;/*讀flash_SR*/

while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;/*讀SPI_SR*/

SPI_FLASH_CS_RESET; /*失能設(shè)備*/

SpiFlashSendByte（SPI_COMMAND_READ）; /*發(fā)送讀命令*/

SpiFlashSendByte（ （u8）（（address_to_read & 0xFF0000） 》》 16） ）;/*發(fā)送A23~A16*/

SpiFlashSendByte（ （u8）（（address_to_read & 0xFF00） 》》 8） ）; /*發(fā)送A15~A8 */

SpiFlashSendByte（ （u8）（address_to_read & 0xFF） ）; /*發(fā)送A7~A0 */

while（ size_to_read》0 ）

{

*pData_from_flash=SpiFlashReceiveByte（）; /*讀取數(shù)據(jù)*/

pData_from_flash++;

size_to_read--;

}

SPI_FLASH_CS_SET;

}

［c-sharp］ view plain copy/*******************************2011-01-29******************************/

/*功能： 往指定地址處開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)

*參數(shù)： pBuff_to_write： 指向待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)指針

* address_to_write： flash何處開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)的地址

* size_to_write： 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)

*返回： TRUE： 寫(xiě)入成功

* FALSE： 寫(xiě)入失敗

*注意： size_to_write，必須小于FLASH_PAGE_SIZE的大?。?56 bytes），如果數(shù)據(jù)寫(xiě)到頁(yè)

* 的末尾，會(huì)從當(dāng)前頁(yè)的首地址0x00繼續(xù)寫(xiě)剩余的數(shù)據(jù)，這樣就造成數(shù)據(jù)的丟失，

* 所以調(diào)用此函數(shù)得確保這一情況不會(huì)發(fā)生

*/

void SpiFlashWritePageData（u8 *pBuff_to_write，u32 address_to_write， u16 size_to_write）

{

/*先檢查flash設(shè)備是否為忙，然后檢查SPI是否處于忙狀態(tài)*/

while（ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP） ）;/*flash_SR*/

while（ SET==SPI_I2S_GetFlagStatus（SPI_SELECT， SPI_I2S_FLAG_BSY））;/*SPI_SR*/

/*獲得對(duì)flash的寫(xiě)權(quán)限*/

while（ FLASH_SR_WEL ！= （SpiReadFlash_SR（） &FLASH_SR_WEL） ）

{

SpiFlashWriteEnable（）; /*如果WEL為復(fù)位，則置位*/

}

SPI_FLASH_CS_RESET;

SpiFlashSendByte（SPI_COMMAND_PP）; /*發(fā)送寫(xiě)PP命令*/

SpiFlashSendByte（ （u8）（（address_to_write & 0xFF0000） 》》 16） ）; /*發(fā)送A23~A16*/

SpiFlashSendByte（ （u8）（（address_to_write & 0xFF00） 》》 8） ）; /*發(fā)送A15~A8 */

SpiFlashSendByte（ （u8）（address_to_write & 0xFF） ）; /*發(fā)送A7~A0 */

while（ size_to_write》0 ）

{

SpiFlashSendByte（*pBuff_to_write）;

pBuff_to_write++;

size_to_write--;

}

SPI_FLASH_CS_SET;

/*2011-01-14*/

/*檢查設(shè)備已經(jīng)寫(xiě)完才退出*/

while （ FLASH_SR_WIP==（SpiReadFlash_SR（） & FLASH_SR_WIP） ）;/**/

}

4、 讀寫(xiě)操作完成了，大概也就完成了，其它的參考flash手冊(cè)就OK啦，不在描述。

另外，還有一種方法，是用軟件模擬時(shí)序，這方法用在沒(méi)有SPI控制器的單片機(jī)上很實(shí)用。

［c-sharp］ view plain copyvoid SpiSendOneByte（u8 send_byte）

{

_nop_（）;

_nop_（）;

//SPI_SCLK_RESET;

/*第一個(gè)上升沿*/

for（ __IO u8 i=8; i》0; i-- ）

{

SPI_SCLK_RESET;

if（ 0X00 ！= （send_byte & 0x80） ）

{

SPI_MOSI_SET;

}

else

{

SPI_MOSI_RESET;

}

send_byte《《=1;

SPI_SCLK_SET;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

}

}

［cpp］ view plain copy/*******************************************************************/

/*Serial Modes Supported（for Normal Serial mode）*/

/* CPOL CPHA

Serial mode 0： 0 0

Serial mode 3： 1 1

*/

/*功能： 從高到低接收一個(gè)字節(jié)，高位先接收*/

/*輸出： 接收到的數(shù)據(jù)*/

/*下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)在SO，低電平的時(shí)候把數(shù)據(jù)讀到*/

u8 SpiGetOneByte（void）

{

__IO u8 get_byte=0;

for（ __IO u8 i=0; i《8; i++ ）

{

get_byte《《=1;

SPI_SCLK_RESET;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

if（ 1==SPI_MISO ）

{

get_byte |= SPI_MISO;

}

SPI_SCLK_SET;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

}

return（get_byte）;

}