STM32通信模拟SPI

Posted 2021-05-23 韦东山

21.1 关于 SPI

21.1.1 SPI 协议

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是由摩托罗拉（Motorola）在1980前后提出的一种全双工同步串行通信接口，它用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，通信速度最高可达25MHz以上。

SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、网络控制器、OLED显示驱动器、AD转换器，数字信号处理器、数字信号解码器等设备之间。

SPI通常由四条线组成，一条主设备输出与从设备输入（Master Output Slave Input，MOSI），一条主设备输入与从设备输出（Master Input Slave Output，MISO），一条时钟信号（Serial Clock，SCLK），一条从设备使能选择（Chip Select，CS）。与I²C类似，协议都比较简单，也可以使用GPIO模拟SPI时序。

SPI和I²C对比如表 21.1.1 所示。SPI可以同时发出和接收数据，因此SPI的理论传输速度比I²C更快。SPI通过片选引脚选择从机，一个片选一个从机，因此在多从机结构中，需要占用较多引脚，而I²C通过设备地址选择从机，只要设备地址不冲突，始终只需要两个引脚。

物理拓扑结构

SPI可以一个主机连接单个或多个从机，每个从机都使用一个引脚进行片选，物理连接示意图如图21.1.1 和 图 21.1.2 所示。

数据交换

在SCK时钟周期的驱动下，MOSI和MISO同时进行，如图 21.1.3 所示，可以看作一个虚拟的环形拓扑结构。

主机和从机都有一个移位寄存器，主机移位寄存器数据经过MOSI将数据写入从机的移位寄存器，此时从机移位寄存器的数据也通过MISO传给了主机，实现了两个移位寄存器的数据交换。无论主机还是从机，发送和接收都是同时进行的，如同一个“环”。

如果主机只对从机进行写操作，主机只需忽略接收的从机数据即可。如果主机要读取从机数据，需要主机发送一个空数据来引发从机发送数据。

传输模式
SPI有四种传输模式，如表 21.1.2 所示，主要差别在于CPOL和CPHA的不同。

CPOL（Clock Polarity，时钟极性）表示SCK在空闲时为高电平还是低电平。当CPOL=0，SCK空闲时为低电平，当CPOL=1，SCK空闲时为高电平。

CPHA（Clock Phase，时钟相位）表示SCK在第几个时钟边缘采样数据。当CPHA=0，在SCK第一个边沿采样数据，当CPHA=1，在SCK第二个边沿采样数据。

如图 21.1.4 所示，CPHA=0时，表示在时钟第一个时钟边沿采样数据。当CPOL=1，即空闲时为高电平，从高电平变为低电平，第一个时钟边沿（下降沿）即进行采样。当CPOL=0，即空闲时为低电平，从低电平变为高电平，第一个时钟边沿（上升沿）即进行采样。

如图 21.1.5 所示，CPHA=1时，表示在时钟第二个时钟边沿采样数据。当CPOL=1，即空闲时为高电平，从高电平变为低电平再变为高电平，第二个时钟边沿（上升沿）即进行采样。当CPOL=0，即空闲时为低电平，从低电平变为高电平再变为低电平，第二个时钟边沿（下降沿）即进行采样。

有了以上基础知识，基本可以想象出如何使用GPIO模拟SPI通信时序。首先主机和从机都选择同一传输模式。然后主机片选拉低，选中从机。接着在时钟的驱动下，MOSI发送数据，同时MISO读取接收数据。最后完成传输，取消片选。

21.1.2 FLASH 介绍

关于Flash，前面EEPROM章节，有过简单介绍。EEPROM和Flash的本质上是一样的，都用于保存数据，Flash包括MCU内部的Flash和外部扩展的Flash，本开发板的W25Q64就是一颗SPI接口的外部Flash。从功能上，Flash通常存放运行代码，运行过程中不会修改，而EEPROM存放用户数据，可能会反复修改。从结构上，Flash按扇区操作，EEPROM通常按字节操作。

结构组成

Flash类型众多，其中比较常见是W25Qxx系列，从命名上看，W25Qxx中xx的单位是M Bit，如W25Q16，其存储容量为16M Bit。本开发板上的Flash型号为W25Q64，其存储容量为64M Bit。

对于W25Q64，每页大小为256 Byte。如图 21.1.6 所示，W25Q64由128块（Block）组成，每块由16扇 区（Sector）组成，每个扇区由16页（Page）组成，每一页由256个字节（Byte）组成，每个Byte由8位（Bit）组成，Bit为最小存储单位，存放1个0或1。

Flash有个物理特性：只能写0，不能写1。如果把Flash的每个Bit，都看作一张纸，bit=1表示纸没有内容，bit=0表示纸写入了内容。当纸为白纸时（bit=1），这时往纸上写东西是可以的，写完后纸的状态变为bit=0。当纸有内容时（bit=0），这时往纸上写东西只能让数据越乱，也就无法正常写数据。此时需要橡皮檫，进行擦除操作，将有内容的纸（bit=0）变为白纸（bit=1），使得以后可以重新写入数据。

因此，对Flash写数据前，通常需要擦除操作。对于W25Q64，数据擦除可以以Sector为单位也可以以Block为单位。数据写入只能按照Page来写入，也就一次最多只能写256个Byte。

读写、擦除操作

通过SPI向W25Q64发送指令，即可操作W25Q64，完整指令表参考配套资料里的《W25Q64JV.pdf》，部分指令如图 21.1.7 所示。第一列是功能说明，后续几列为SPI收/发的数据。

以读数据为例，时序如图 21.1.8 所示。首先拉低CS片选，在8个CLK时钟周期里，DI（从机Data Input，主机MOSI）发出指令0x03，在随后的24个CLK时钟周期里，发送24 Bit的地址，最后8个CLK里，DO（从机Data Output，主机MISO）收到8 Bit数据。

以页编程（写数据）为例，时序如图 21.1.9 所示。首先拉低CS片选，在8个CLK时钟周期里，DI（从机Data Input，主机MOSI）发出指令0x02，在随后的24个CLK时钟周期里，发送24 Bit的地址，最后256*8个CLK里，发送256 Byte数据。

以扇区擦除为例，时序如图 21.1.10 所示。首先拉低CS片选，在8个CLK时钟周期里，DI（从机Data Input，主机MOSI）发出指令0x20，在随后的24个CLK时钟周期里，发送24 Bit的地址。W25Q64会将所指定扇区的数据全设置为0x01。

理解了这三个指令的时序，其它指令大同小异，根据芯片手册指令表，可对W25Q64进行其它所需操作。

21.2 硬件设计

如图 21.2.1 为开发板Flash部分的原理图。U6为W25Q64芯片，1脚CS为片选引脚，拉低有效，6脚为SPI时钟CLK，2脚、3脚、4脚、5脚在不同的SPI工作方式下，具体不同的功能。

W25Q64支持三种SPI工作方式：Standard SPI、Dual SPI、Quad SPI。Standard SPI即标准SPI，在数据传输时，DI/DO分别负责收发，此时为全双工状态；Dual SPI即双线SPI，对于Flash外设，全双工效率反而不高，因此扩展了SPI用法，让其工作在半双工模式，DI/DO作为双向IO，加倍数据传输；Quad SPI即四线SPI，类似双线SPI的工作模式，此时再加两个IO，最高同时四个IO传输数据，再次加倍数据传输。

在标准SPI工作方式，DO用于输出数据，3脚为写保护引脚（Write Protect，WP），拉低则禁止修改W25Q64的寄存器，7脚为设备暂停引脚（HOLD），拉低暂停W25Q64的数据传输；在双线SPI工作方式，DO和DI都用于输出数据，WP和HOLD与标准SPI功能一致；在四线SPI工作方式，DO、DI、WP、HOLD都用于输出数据。不同工作方式下，引脚功能如表 21.2.1 所示。

如图 21.2.1 所示，使用不同的指令对W25Q64进行读，会有不同的效果。①为标准SPI读，8 Bits数据需要8个时钟周期；②为双线SPI读，8 Bits数据只需4个时钟周期；③为四线SPI读，8 Bits数据只需要2个时间周期。

本开发板硬件上只接了DI和DO，HOLD和WP都上拉处理，因此只支持Standard SPI、Dual SPI工作方式。本章重点讲解SPI时序，因此后面软件设计将使用Standard SPI进行讲解。

由原理图可知，SPI的四个引脚分别为PA5（SCK）、PA6（MISO）、PA7（MOSI）、PA4（CS0）。

21.3 软件设计

21.3.1软件设计思路

实验目的：本实验通过GPIO模拟SPI总线时序，对Flash设备W25Q64进行读写操作。

1. 引脚初始化：GPIO端口时钟使能、GPIO引脚设置为输入/输出模式（PA4、PA5、PA6、PA7）；
2. 封装SPI的读写时序函数；
3. 使用SPI协议函数，实现对W25Q64的初始化、擦除、读写；
4. 主函数，每按一次按键，写一次W25Q64，接着读出来验证是否和写的数据一致；

本实验配套代码位于“5_程序源码\\13_通信—模拟SPI\\”。

21.3.2 软件设计讲解

1. GPIO选择与接口定义
   首先定义SPI传输涉及的四个引脚PA4、PA5、PA6、PA7，其中MISO（PA6）为输入引脚，其它全为输出引脚，如代码段 21.3.1 所示。

代码段 21.3.1 SPI 硬件相关宏定义（driver_spi.h）

/************************* SPI 硬件相关定义 *************************/
#define SPIx SPI1
#define SPIx_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE()
#define SPIx_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPIx_MISO_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPIx_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define W25_CS_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define SPIx_FORCE_RESET() __HAL_RCC_SPI1_FORCE_RESET()
#define SPIx_RELEASE_RESET() __HAL_RCC_SPI1_RELEASE_RESET()
#define SPIx_SCK_PIN GPIO_PIN_5
#define SPIx_SCK_GPIO_PORT GPIOA
#define SPIx_MISO_PIN GPIO_PIN_6
#define SPIx_MISO_GPIO_PORT GPIOA
#define SPIx_MOSI_PIN GPIO_PIN_7
#define SPIx_MOSI_GPIO_PORT GPIOA
#define W25_CS_PIN GPIO_PIN_4
#define W25_CS_GPIO_PORT GPIOA
#define SPI_CLK(level) HAL_GPIO_WritePin(SPIx_SCK_GPIO_PORT, SPIx_SCK_PIN, level?GPIO_PIN_SET:GPIO_P
IN_RESET)
#define SPI_MISO() HAL_GPIO_ReadPin(SPIx_MISO_GPIO_PORT, SPIx_MISO_PIN)
#define SPI_MOSI(level) HAL_GPIO_WritePin(SPIx_MOSI_GPIO_PORT, SPIx_MOSI_PIN, level?GPIO_PIN_SET:GPIO
_PIN_RESET)
#define W25_CS(level) HAL_GPIO_WritePin(W25_CS_GPIO_PORT, W25_CS_PIN, level?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_R
ESET)
/************************* SPI 硬件相关定义结束 *************************/

随后将四个GPIO引脚初始化，使能引脚时钟，设置输入/输出模式。SCK、MOSI、CS引脚，始终为输出模式，MISO引脚为数据输入引脚，始终为输入模式，如代码段所示。

代码段 21.3.2 SPI 硬件初始化（driver_spi.c）

/*
* 函数名：void SPI_Init(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：初始化 SPI 的四根引脚
*/
void SPI_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
SPIx_SCK_GPIO_CLK_ENABLE();
SPIx_MISO_GPIO_CLK_ENABLE();
SPIx_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE();
W25_CS_GPIO_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = SPIx_SCK_PIN | W25_CS_PIN | SPIx_MOSI_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(SPIx_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); // SCK CS MOSI 为输出
GPIO_InitStruct.Pin = SPIx_MISO_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(SPIx_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); // MISO 为输入
W25_CS(1); // CS 初始化高
SPI_CLK(0); // CLK 初始化低
}

2. SPI读写函数
   W25Q64芯片手册提到只支持表 21.1.2 中的SPI模式0和3，这里假设SPI主机工作在模式0，参考前面的SPI时序，SPI读/写一字节数据如代码段 21.3.3 所示。

代码段 21.3.3 模拟 SPI 读/写一字节数据（driver_spi.c）

/*
* 函数名：void SPI_WriteByte(uint8_t data)
* 输入参数：data -> 要写的数据
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：模拟 SPI 写一个字节
*/
void SPI_WriteByte(uint8_t data)
{
uint8_t i = 0;
uint8_t temp = 0;
for(i=0; i<8; i++) {
temp = ((data&0x80)==0x80)? 1:0;
data = data<<1;
SPI_CLK(0); //CPOL=0
SPI_MOSI(temp);
SPI_Delay();
SPI_CLK(1); //CPHA=0
SPI_Delay(); }
SPI_CLK(0); }
/*
* 函数名：uint8_t SPI_ReadByte(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：读到的数据
* 函数作用：模拟 SPI 读一个字节
*/
uint8_t SPI_ReadByte(void) {
uint8_t i = 0;
uint8_t read_data = 0xFF;
for(i=0; i<8; i++) {
read_data = read_data << 1;
SPI_CLK(0);
SPI_Delay();
SPI_CLK(1);
SPI_Delay();
if(SPI_MISO()==1) {
read_data = read_data + 1; } }
SPI_CLK(0);
return read_data;
}

• 13~23行：SPI写1 Byte，循环8次，每次发送1 Bit；
  – 15行：将data最高位保存到temp；
  – 16行：data左移一位，将次高位变为最高位，用于下次取最高位；
  – 18行：拉低时钟，即空闲时钟为低电平，CPOL=0；
  – 19行：根据temp值，设置MOSI引脚的电平；
  – 20行：简单延时，可以定时器或延时函数实现；
  – 21行：拉高时钟，W25Q64只支持SPI模式0或1，即会在时钟上升沿采样MOSI数据；
• 24行：最后SPI发送完后，拉低时钟，进入空闲状态；
• 39~51行：SPI读1 Byte，循环8次，每次接收1 Bit；
  – 40行：“腾空”read_data最低位，8次循环后，read_data将高位在前；
  – 41行：拉低时钟，即空闲时钟为低电平；
  – 44~49行：拉高时钟，此时从设备会发送数据，主机稍微延时一会，再读取MISO电平，得知传入数据；
• 52行：最后SPI读取完后，拉低时钟，进入空闲状态；

前面提到SPI传输可以看作一个虚拟的环形拓扑结构，即输入和输出同时进行。在前面“SPI_WriteByte()”函数里，发送了1 Byte，也应该接收1 Byte，只是代码中忽略了接收引脚MISO的状态；在前面“SPI_ReadByte ()”函数里，接收了1 Byte，也应该发送1 Byte，只是代码中忽略了发送引脚MOSI的内容。有些场景，SPI需要同时读写，因此还需要编写SPI同时读写函数，如代码段 21.3.4 所示。

代码段 21.3.4 模拟 SPI 读写一字节数据（driver_spi.c）

/*
* 函数名：uint8_t SPI_WriteReadByte(uint8_t data)
* 输入参数：data -> 要写的一个字节数据
* 输出参数：无
* 返回值：读到的数据
* 函数作用：模拟 SPI 读写一个字节
*/
uint8_t SPI_WriteReadByte(uint8_t data)
{
uint8_t i = 0;
uint8_t temp = 0;
uint8_t read_data = 0xFF;
for(i=0;i<8;i++) {
temp = ((data&0x80)==0x80)? 1:0;
data = data<<1;
read_data = read_data<<1;
SPI_CLK(0);
SPI_MOSI(temp);
SPI_Delay();
SPI_CLK(1);
SPI_Delay();
if(SPI_MISO()==1) {
read_data = read_data + 1; } }
SPI_CLK(0);
return read_data;
}

• 14~31行：SPI读和写1 Byte，循环8次，每次发送和接收1 Bit；
  – 16行：将data最高位保存到temp；
  – 17行：data左移一位，将次高位变为最高位，用于下次取最高位；
  – 18行：“腾空”read_data最低位，8次循环后，read_data将高位在前；
  – 20行：拉低时钟，即空闲时钟为低电平；
  – 21行：根据temp值，设置MOSI引脚的电平；
  – 23行：拉高时钟，此时从设备会读取MOSI的数据，并写数据到MISO；
  – 25~28行：读取MISO上的数据，保存到当前read_data最低位；
• 32行：最后SPI读写完后，拉低时钟，进入空闲状态；

3. W25Q64操作函数
   前面介绍提到W25Q64有很多指令，擦除就包含四种： 扇区擦除4KB（0x20）、块擦除32KB（0x52）、块擦除64KB（0xD8）、整片擦除（0xC7/0x60）。这里每种操作只讲解一种方式，其它方式读者可以参考示例代码和芯片手册。

获取设备ID W25Q64主要有三个ID：制造商编号ID（Manufacturer）、设备ID（Device ID）、唯一标识ID（Unique ID）。

制造商编号ID表示制造商名字，Winbond生产的，该值MF[7:0]为0xEF。

设备ID包含两部分：ID[7:0]表示存储容量，W25Q64系列都为0x16；ID[15:0]表示芯片类型，为0x4017或0x7017。

唯一标识ID表示该Flash芯片唯一性，常用于加密。


这里使用0xAB指令获取设备ID[7:0]，使用0x9F指令获取JEDEC ID（MF[7:0]+ ID[15:0]），如代码段 21.3.6所示。

代码段 21.3.6 获取 W25Q64 ID（driver_w25qxx.c）

// 函数重定义
#define W25_CS_ENABLE() {W25_CS(0); us_timer_delay(10);}
#define W25_CS_DISABLE() {W25_CS(1); us_timer_delay(10);}
#define W25_RW_Byte(data) SPI_WriteReadByte(data)
/*
* 函数名：uint32_t FLASH_ReadDeviceID(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：读到外部 FLASH 的设备 ID
* 函数作用：读外部 FLASH 的设备 ID
*/
uint32_t FLASH_ReadDeviceID(void) {
uint32_t temp[4];
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_DeviceID);
temp[0] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
temp[1] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
temp[2] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
temp[3] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte); //deviceID
W25_CS_DISABLE();
return temp[3];
}
/*
* 函数名：uint32_t Flash_ReadFlashID(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：读到外部 FLASH 的芯片 ID
* 函数作用：读外部 FLASH 的芯片 ID
*/
uint32_t Flash_ReadFlashID(void) {
uint32_t temp[4];
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_JedecDeviceID);
temp[0] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
temp[1] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
temp[2] = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
W25_CS_DISABLE();
temp[3] = (temp[0] << 16) | (temp[1] << 8) | temp[2];
return temp[3];
}

• 17行：片选W25Q64；
• 19行：向W25Q64发送W25X_DeviceID（0xAB）指令；
• 20~23行：连续获取4 Byte数据，其中前3 Byte都为填充数据，第4 Byte为设备ID；
• 25行：释放WA25Q64片选；
• 43行：向W25Q64发送W25X_JedecDeviceID（0x9F）指令；
• 20~23行：连续获取3 Byte数据，第1 Byte为制造商ID，后2 Byte为设备ID；

扇区擦除

参考芯片手册，得知先发送0x20指令，再发送24位的扇区地址，即可对该扇区进行擦除，如代码段 21.3.7所示。

代码段 21.3.7 W25Q64 扇区擦除（driver_w25qxx.c）

/*
* 函数名：void FLASH_SectorErase(uint32_t SectorAddr)
* 输入参数：SectorAddr -> 要擦的扇区地址
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：扇区擦除
*/
void FLASH_SectorErase(uint32_t SectorAddr)
{
Flash_WritenEN();
FLASH_WaitForWriteEnd();
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_SectorErase);
W25_RW_Byte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
W25_RW_Byte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
W25_RW_Byte(SectorAddr & 0xFF);
W25_CS_DISABLE();
FLASH_WaitForWriteEnd();
}

这里有一个等待Flash写完成函数“FLASH_WaitForWriteEnd()”，其内容如代码段 21.3.8 所示。

W25Q64有三个状态寄存器，其中状态寄存器1的bit[0]为擦除/写入状态标志位，如图 21.3.1 所示。如果该位为1，表示正在擦除或写数据，如果该位为0，表示可以对W25Q64进行擦除/写数据操作。

代码段 21.3.8 W25Q64 等待写完成（driver_w25qxx.c）

/*
* 函数名：static void FLASH_WaitForWriteEnd(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：等待写完成
*/
static void FLASH_WaitForWriteEnd(void) {
uint8_t flash_status = 0;
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_ReadStatusReg);
do
{
flash_status = W25_RW_Byte(Dummy_Byte); }
while ((flash_status & WIP_Flag) == SET);
W25_CS_DISABLE(); }

• 13行：发送指令W25X_ReadStatusReg（0x05），获取状态寄存器1数据；
• 15~19行：循环获取状态寄存器1的值，直到bit[0]的值不为1，跳出循环；

页写W25Q64

W25Q64只能按页写数据，每页大小为256字节，因此一次最多写256字节，如代码段 21.3.9 所示。

代码段 21.3.9 页写 W25Q64（driver_w25qxx.c）

/*
* 函数名：void FLASH_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
* 输入参数：pBuffer -> 要写的数据指针; WriteAddr -> 要写的 FLASH 初始地址; NumByteToWrite -> 要写的字节个数
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：页写
*/
void FLASH_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
Flash_WritenEN();
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_PageProgram);
W25_RW_Byte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
W25_RW_Byte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
W25_RW_Byte(WriteAddr & 0xFF);
if(NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize) {
NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize; }
while (NumByteToWrite--) {
W25_RW_Byte(*pBuffer);
pBuffer++; }
W25_CS_DISABLE();
FLASH_WaitForWriteEnd(); }

• 10行：写数据前，需要先发送指令W25X_WriteEnable（0x06），设置写使能；
• 12行：片选W25Q64；
• 13行：发送页写指令W25X_PageProgram（0x02）；
• 14~16行：发送24位地址；
• 18~21行：判断发送数据不超过256字节；
• 23~27行：依次发送数据；
• 29行：取消此次片选；
• 31行：等待页写完成；

读W25Q64

读取W25Q64没有什么限制，发送指令、地址后，正常读取即可，如代码段 21.3.10 所示。

代码段 21.3.10 读 W25Q64（driver_w25qxx.c）

/*
* 函数名：void FLASH_BufferRead(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite))
* 输入参数：pBuffer -> 要读的数据指针; WriteAddr -> 要读的 FLASH 初始地址; NumByteToWrite -> 要读的字节个数
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：读 N 个字节出来
*/
void FLASH_BufferRead(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead)
{
W25_CS_ENABLE();
W25_RW_Byte(W25X_ReadData);
W25_RW_Byte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
W25_RW_Byte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
W25_RW_Byte(ReadAddr & 0xFF);
while (NumByteToRead--) { *pBuffer = W25_RW_Byte(Dummy_Byte);
pBuffer++; }
W25_CS_DISABLE(); }

• 10行：片选W25Q64；
• 12行：发送页写指令W25X_ReadData（0x03）；
• 14~18行：发送24位地址；
• 20~24行：循环读取指定长度的数据；
• 26行：取消此次片选；

4. 主函数控制逻辑
   在主函数里，首先读取设备ID，以验证是否通信正常。随后每按一下按键KEY_1（UP），调用“FLASH_SectorErase ()”擦除数据，然后调用“FLASH_PageWrite ()”写数据，最后调用“FLASH_BufferRead()”读出数据，如代码段 21.3.11 所示。

代码段 21.3.11 主函数控制逻辑（main.c）

// 初始化 SPI
SPI_Init();
// 读取外部 FLASH 的 ID
HAL_Delay(400);
device_id = FLASH_ReadDeviceID();
printf("-->读取的外部设备 ID: 0x%x\\n\\r", device_id);
flash_id = Flash_ReadFlashID();
printf("-->读取外部 FLASH ID: 0x%x\\n\\r", flash_id);
printf("-->实际外部 FLASH ID: 0x%x\\n\\r", FLASH_ID);
printf("\\n\\r");
if(flash_id != FLASH_ID)
{
printf("设备错误！\\n\\r");
Error_Handler(); }
while(1) {
if(rw_flag)
{
rw_flag = 0;
FLASH_SectorErase(FLASH_SECTOR_TO_ERASE);
printf("写入的数据：%s\\n\\r", tx_buffer);
FLASH_PageWrite(tx_buffer, FLASH_WRITEADDR, 256);
FLASH_BufferRead(rx_buffer, FLASH_READADDR, 256);
printf("读出的数据：%s\\n\\r", rx_buffer); } }

21.4 实验效果

本实验对应配套资料的“5_程序源码\\13_通信—模拟SPI\\”。打开工程后，编译，下载，按下按键KEY1（KEY_U），即可看到串口如图 21.4.1 所示。

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