前一篇博客总结了SPI的原理、STM32F1和F4的SPI的配置、库函数以及两块STM32之间的SPI通信。本博面向高级外设，通过SPI通信完成STM32F1访问外部高速Flash，板载的外部flash芯片为W25Q128，博客总结风格类似前面IIC通信总结的风格，会对W25Q128参考文档仔细分析，然后根据参考文档的时序一步步去编写代码。

相信通过本博的总结，会对STM32的SPI通信、面向高级外设编程有深刻的认识。

对W25Q128参考文档总结时，会对部分重要内容截屏，博主会尽量将文档页码截入图片，察看博客时方便定位内容所在位置。

本博中的代码是完整的，可以直接拷贝使用，同时也会以资源的形式上传…

W25Q128中文和引文版

本博编写的函数

一、W25Q128简述

1、外形及引脚说明

pcb模型如下：

原理图模型如下：

引脚：

1引脚：CS 片选信号引脚，用于MCU选中外设。

2引脚：DO 有时候也叫SO，为外设的数据输出引脚，MCU的数据输入引脚，即SPI通信的MISO线连接点。

3引脚：WP 写保护

4引脚：GND

5引脚：DI 有时候也叫SI，为外设的数据输入引脚，MCU的数据输出引脚，即SPI通信的MOSI线连接点。

6引脚：CLK 接MCU SPI的CLK引脚，通信的时钟由该引脚提供。

7引脚：HOLD

8引脚：VCC

SPI通信访问外设，一般情况下MCU为主设备，外设为从设备

2、容量

W25Q128 容量为128M-bit，即128/8=16MB。

W25Q128 由65536个可编程页面（programmable page）组成，每页（page）大小：16MB * 1024 * 1024/65536=256B。

W25Q128 由256个块（block）组成，每一个块的容量：16MB*1024/256=64KB。

W25Q128 由4096个可擦除扇区（sector）组成，故一个块中扇区数量：4096/256=16（个），每个扇区的容量：64KB/16=4KB

扇区是W25Q128 的最小擦除单位，即如果想要擦除flash的某个字节就必须把它所在的扇区的4KB全部擦除。如果本扇区有其他数据，则需要将数据备份，擦除扇区后，再将备份的数据重新写入该扇区。

3、时钟

W25Q128 支持标准串行外围接口（SPI）、双/快速IO SPI 和2锁指令周期外围接口（QPI），当使用标准串行外围接口（SPI）时时钟最大可支持104MHZ；使用双/快速IO SPI 时等效时钟速率为104 *2=208MHZ；使用2锁指令周期外围接口（QPI）时等效时钟速率为104 *4=416MHZ

4、板载原理图

上图为我所用板子的原理图，可以看到写保护（WP）和HOLD都接了高电平，这个地方后面总结到两者的时候就知道它是什么模式了…SO引脚接MISO线、SI接MOSI线、CLK接SPI2的CLK引脚，原理图比较简单，应该不难理解…

再总结一下引脚细节：

（1）片选（CS）

当CS引脚为高电平时，设备不能选中，数据输出口DO（即SO、MISO）处于高阻态。

当CS引脚为低电平时，设备被选中，此时可以对设备进行读、写。

注意：
上电后，CS引脚必须从高到低过渡，才能接收新的指令，所以在程序中初始化W25Q128时，要先将CS引脚拉高再拉低。

（2）串行输入输出（DI、DO）

DI引脚为MCU发送数据到W25Q128的接收引脚，在时钟CLK的上升沿写入数据。

DO引脚是W25Q128的数据输出引脚，在时钟CLK的下降沿被读出。

（3）写保护（WP）

写保护低电平有效，用来防止状态寄存器被写入。前面原理图中WP引脚接了一个高电平，这样使写保护失效，在任何有效时间内都可以对状态寄存器写操作。

（4）HOLD
hold可以暂停操作，低电平有效。当HOLD引脚被拉低时，如果CS处于低电平（即当片选外设期间拉低HOLD引脚），此时DO、DI、CLK引脚的信号都被忽略，HOLD引脚拉高后，可以恢复操作。

前面原理图中HOLD引脚接了一个高电平，表示在任何有效时间内，DI、DO、CLK引脚的信号不被忽略。

具体内容请参考W25Q128的手册：

4、W25Q128的状态寄存器1

位S0 - BUSY：
忙标志位，该位只能进行读操作，当执行读写数据、擦除扇区、擦除块、擦除芯片、写入状态寄存器、擦除安全寄存器时，该位被置1，当操作、指令完成后该位自动被清除为0。可以通过该位标志判断扇区擦除是否完成、数据写入、读出是否完成等操作。

位S1 -WEL：

写使能标志位，该位只能进行读操作，当执行写使能指令后，该位被置1，当写操作被禁用后，该位被清零。

位S2、S3、S4- BP0、BP1、BP2：
块保护位、对内存块进行保护，默认为S4 S3 S2=000 。（具体情况与后面两位一起总结）

位S5-TB：
TB位，顶部、底部位保护，默认该位为0 。

位S6-SEC：
SEC位，扇区、块保护位，默认该位为0 。

接下来一起看一下S2、S3、S4、S5、S6这5五位：

从上表可以看到当BP2、BP1、BP0（S4位、S3位、S2位）都为0时（表格第一行），flash的所有块都不保护

之后的表格可以很容易看出对于SEC、TB、PB2、PB1、PB0的不同组合，实现保护不同的块。

位S7-SRP0：
状态寄存器保护0，与状态寄存器2的S8位一起总结。

5、W25Q128的状态寄存器2

位S8-SRP1：

状态寄存器保护1，与前面寄存器的S7位一起使用。它们可以控制保护读、写操作，有：软件保护、硬件保护、电源封锁、一次性可编程保护。如下表格：

翻译一下：

SRP1(S8位)	SRP0（S7位）	/WP（写保护）	寄存器状态	描述
0	0	x	软件保护	/WP引脚没有控制。在写使能指令后，（状态寄存器1的S1位）WEL=1，此时状态寄存器可以被写（工厂默认）
0	1	0	硬件保护	当/WP引脚较低时，状态寄存器被锁定，无法写入
0	1	1	无硬件保护	当/WP引脚高电平时，状态寄存器被解锁，并且在写使能指令后，WEL=1，
1	0	x	电源封锁	状态寄存器受到保护，在下一个断电、断电周期之前不能被写入
1	1	x	一次性编程	状态寄存器是永久保护的，不能被写入

位S9-QE：
QPI模式，不总结

位S10-R：
保留位

位S11、S12、S13-LB1、LB2、LB3：

安全寄存器解锁位，默认都为0。如果都设置为1，则安全寄存器变为永久只读模式。

位S14-CMP：
互补保护位，与前面的SEC、TB、BP2、BP1、BP0一起使用，如果CMP为被设置为1，则这几位设置的保护部分不再被保护，而未保护的部分将被保护。默认为0 。

位S15-SUS：
挂起状态标志位，该位只读。在执行擦除、挂起指令（75h）后该位置1，执行擦除、挂起恢复指令（7Ah）指令以及断电、上电周期后，该位被清零。

6、W25Q128的状态寄存器3

位S16、S17、S19、S20为保留位

位S18-WPS：

写保护选择位。

当WPS=0时，写保护采用CMP、SEC、TB、BP2、BP1、BP0设置的区域保护。

当WPS=1时，采用单独的块锁来保护任意扇区或块。默认为1，即使用块锁来写保护。

位S21、S22-DRV0、DRV1：

输出驱动强度设置位：

DRV1	DVR0	驱动强度
0	0	100%
0	1	75%
1	0	50%
1	1	25%（默认）

位S23-HOLD/RST：

HOLD/RST只在QPI模式下有效，默认为0

7、块地址、扇区地址、页地址计算(重要)

推断各个块、各个扇区、页的地址范围在清除指定扇区时非常重要。W25Q128清除的最小单位为扇区，并且W25Q128由256个块组成，每块64KB；每个块由16个扇区组成，每个扇区为4KB。因为擦除、写数据、读数据都需要传递地址，要精准找到操作的地址，需要会计算地址。

地址计算：

一个地址存储8位的数，即一个地址空间存储1B的数据，则一个块的地址增量为64*1024=65536
第1块：000000h~00FFFFh
第2块：010000h~01FFFFh
第3块：020000h~02FFFFh
…
第11块：0A0000h~0AFFFFh
…
第100块：630000h~63FFFFFFh
…
第256块：FF0000h~FFFFFFh

规律已经看出来了，后四位数不变，都是0000~FFFF，如果是第n块，则前两位是（n-1）的16进制数

即块地址规律：

第n块地址：(0x)(n-1)0000h~(0x)(n-1)FFFF

其中(0x)(n-1)含义：n-1的两位16进制数；

总共256个块，刚好(0x)(n-1)为00~FF
-----------------------------------------------
-----------------------------------------------
一个地址存储8位的数，即一个地址空间存储1B的数据，则一个扇区的地址增量为4*1024=4096
第1块第1扇区地址：000000h~000FFFh
第1块第2扇区地址：001000h~001FFFh
第1块第3扇区地址：002000h~002FFFh
…
第1块第11扇区地址：00A000h~00AFFFh
…
第1块第16扇区地址：00F000h~00FFFFh

规律已经看出来了，第一块地址范围：000000h~00FFFFh
则第n个扇区： 000000h+(0x)(n-1)000h~000000h+(0x)(n-1)FFFh

再如：

第11块地址范围：0A0000h~0AFFFF…
第11块第1扇区地址：0A0000h+0000h~0A0000h+0FFFh，即0A0000h ~0A0FFF；
第11块第2扇区地址：0A0000h+1000h~0A0000h+1FFFh，即0A1000h ~0A1FFF；
…
第11块第12扇区地址：0A0000h+B000h~0A0000h+B000h，即0AB000h ~0ABFFF;
…
第11块第16扇区地址：0A0000h+F000h~0A0000h+F000h，即0AF000h ~0AFFFF；

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-----------------------------------------------
W25Q128由65536个可编程页面（programmable page）组成，每页（page）大小：16MB10241024/65536=256B。则一页的地址增量为256

第一页地址范围：000000h ~ 0000FF
第二页地址范围：000100h ~0001FF
…
第11页地址范围：000A00h~000AFF
…
第K页地址范围：(0x)(K-1)00h~(0x)(K-1)FFh

将公式写在一起：【（0x）运算为：将后面的数变为16进制数】

第n块的地址范围：【24位地址、(0x)(n-1)为00~FF】

(0x)(n-1)0000h~(0x)(n-1)FFFF

可以变为：

(0x)(n-1)×65536 ~ (0x)(n-1)×65536 +65535

第n块第m扇区的地址范围：【24位地址、(0x)(n-1)为00~FF、(0x)(m-1)为0 ~F】

(0x)(n-1)0000h+(0x)(m-1)000h~(0x)(n-1)0000h+(0x)(m-1)FFFh

可以合并为：

(0x)(n-1) (0x)(m-1) 000h~(0x)(n-1) (0x)(m-1) FFFh

可以变为：
（0x）65536×(n-1) +4096×(m-1) ~ (0x)65536×(n-1) +4096×(m-1)+4095

如上面推导：

第11块第12扇区地址：0A0000h+B000h~0A0000h+B000h，即0AB000h ~0ABFFF;

n=11，m=12，利用公式：

（0x）(65536×10 +4096×11) ~ (0x)(65536×10 +4096×11 +4095)

=(0x)700416 ~ (0x)704511

=0AB000~0ABFFF

第K页的地址范围：【24位地址、(0x)(K-1)为0000~FFFF】

(0x)(K-1)00h~(0x)(K-1)FFh
可以变为：
（0x)256×(K-1) ~ （0x)256×(K-1)+255

如果记不住，就这样记：

块地址：XX0000~XXFFFF

扇区地址：XXX000~XXXFFF

页地址：XXXX00~XXXXFF

XX…就编号，从0开始…

二、面向外设–根据时序编写函数

1、MCU端数据传输函数

还是沿用上一篇博客的代码：

u8 SPI2_Send_Data(u8 data)

	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET)
	
		//等待发送缓存寄存器为空
		
	  SPI_I2S_SendData(SPI2,data);
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET)
	
		//等待接收缓存器非空
	
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);

2、写使能函数（指令：06h）

发送写使能指令后，状态寄存器器1的写使能标志位WEL被置1。通过驱动CS低电平，将0x06在时钟上升沿通过DI引脚输入到外设，然后驱动CS引脚为高。

因为用到片选，为了方便，来个宏定义并放入头文件：

#define CS 	PBout(12)

代码：

//写使能函数 指令：0x06(宏定义：Write_Enable)
void W25Q128_Write_Enable(void)						//写使能函数

	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Enable);
	CS=1;

3、状态寄存器写使能函数（指令：50h）

根据时序可以看到，当CS拉低时，发送0x50指令，完成后拉高CS。

需要注意的是对状态寄存器写操作时，不需要使能写（上一个函数），即不对状态寄存器的WEL位操作。

代码：

//状态寄存器写使能函数 指令：0x50（宏定义：Status_Register_Write_Enable）
void W25Q128_Status_Register_Write_Enable(void)		//状态寄存器写使能

	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Status_Register_Write_Enable);
	CS=1;

4、写失能函数（指令：04h）

根据时序，将CS拉低，再在接下来的8个时钟周期内发送0x04指令，完成后将CS拉高。

写失能后状态寄存器的WEL被硬件置0 。

代码：

//写失能函数 指令：0x04（宏定义：Write_Disable）
void W25Q128_Write_Disable(void)					//写失能函数

	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Disable);
	CS=1;

5、读状态寄存器函数（指令：05h、35h、15h）

读状态寄存器通过将CS拉低，发送指令，在8个时钟周期内传输指令。接下来的8个时钟周期DO引脚输出状态寄存器的值（8位）。状态寄存器可以连续读取，即如果CS一直处于低电平，则持续输出状态寄存器的值，当CS拉高后，停止状态值输出，此时DO引脚又变为高阻态。

由于SPI通信时传输和接收时同时进行的，如果不把CS拉高，会持续读取状态寄存器，DI、DO引脚会一直被占用，无法进行其他操作，为了避免忘记拉高CS结束读取状态寄存器，读取完一次后直接拉高CS就好，要想多次获取状态寄存器，就多次调用这个函数就好了。

需要返回状态寄存器的值，在返回数据的周期内，DI引脚也是有值的，因为SPI通信时，MCU需发送数据同时才能接收到外设数据。

传递8位的指令，返回8位的状态值，代码：

状态寄存器1：

//读状态寄存器1 指令：0x05（宏定义：Read_Status_Register1）
u8 W25Q128_Read_Status_Register1(void)			// 读状态寄存器1

	u8 temp;
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Read_Status_Register1);
	temp=SPI2_Send_Data(0xff);
	CS=1;
	return temp;

状态寄存器2：

//读状态寄存器2 指令：0x35（宏定义：Read_Status_Register2）
u8 W25Q128_Read_Status_Register2(void)			// 读状态寄存器2

	u8 temp;
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Read_Status_Register2);
	temp=SPI2_Send_Data(0xff);
	CS=1;
	return temp;

状态寄存器3：

//读状态寄存器3 指令：0x15（宏定义：Read_Status_Register3）
u8 W25Q128_Read_Status_Register3(void)			// 读状态寄存器1

	u8 temp;
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Read_Status_Register3);
	temp=SPI2_Send_Data(0xff);
	CS=1;
	return temp;

6、写状态寄存器函数（指令：01h、31h、11h）

状态寄存器不是全部能进行写操作的。能进行写操作的位：

状态寄存器1：BP0、BP1、TB、SEC、SRP0

状态寄存器2：SRP1、QE、LB1、LB2、LB3、CMP

状态寄存器3：WPS、DRV0、DRV1、HOLD

注意下面这段话：

对状态寄存器进行写操作前，必须写使能状态寄存器写操作；同时要保持WEL为0 。换句话说，在对状态寄存器进行写操作前，必须使能状态寄存器写、失能内存写操作

时序：

CS拉低后，传入指令，之后再传入寄存器的值。注意时序这里没有延时周期，所以传递完指令后，直接传送状态寄存器的值。

写状态寄存器1：

//写状态寄存器1  指令：0x01（宏定义：Write_Status_Register1）
void W25Q128_Write_Status_Register1(u8 data)		//写状态寄存器1
 
	W25Q128_Status_Register_Write_Enable();			//使能寄存器写
	W25Q128_Write_Disable();						//失能内存写操作
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Status_Register1);
	SPI2_Send_Data(data);
	CS=1;

写状态寄存器2：

//写状态寄存器2  指令：0x31（宏定义：Write_Status_Register2）
void W25Q128_Write_Status_Register2(u8 data)		//写状态寄存器2

	W25Q128_Status_Register_Write_Enable();			//使能寄存器写
	W25Q128_Write_Disable();
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Status_Register2);
	SPI2_Send_Data(data);
	CS=1;

写状态寄存器3：

//写状态寄存器3  指令：0x11（宏定义：Write_Status_Register3）
void W25Q128_Write_Status_Register3(u8 data)		//写状态寄存器3

	W25Q128_Status_Register_Write_Enable();			//使能寄存器写
	W25Q128_Write_Disable();
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Status_Register3);
	SPI2_Send_Data(data);
	CS=1;

7、读数据函数（指令：03h）

读取数据指令可以在内存中顺序读取一个或多个数据。将CS拉低后，先发送8位的指令，再发送24位地址。之后就开始输出数据，数据可以连续输出，读取一个地址空间的数据后，地址会自增，然后读取下一个地址空间的数据。地址自增到最大后又会从0开始自增。CS拉高后结束读取，如果CS一直不拉高，可以对整个内存进行单指令访问。

为了连续读取数据，函数不仅需要传递24位的地址，还需要传递需要读取的字节数量，此外由于是SPI通信，所以要想返回数据，需要给外设发送数据才能返回数据，发送数据任意，但是时序中DO引脚一直为高电平，所以选用0xff为发送的数据。

代码：

extern u8 buff[65536];
//读数据 指令：0x03（宏定义：Read_Data）
void W25Q128_Read_Data(u32 address,u16 num)		//读数据

	u16 i;
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Read_Data);
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>16));//发送位23:16地址
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>8));//发送位15:8地址
	SPI2_Send_Data((u8)address);//发送位7:0地址
	
	for(i=0;i<num;i++)
	buff[i]=SPI2_Send_Data(0xff);
	CS=1;

8、忙标志等待结束函数

该函数直接对状态寄存器1访问，没有指令，代码：

void W25Q128_Wait_Busy(void)						//等待状态寄存器1的BUSY位清零

	while((W25Q128_Read_Status_Register1()&0x01));

9、页写入函数（指令：02h）

可以看到当CS拉低后，传输0x02指令，之后再传输24位地址，开始对页写入数据。

需要注意的是，一页的大小为256B，所以只能传入256个8位数据，如果超过256个数据，则超出的部分会从本页起始地址开始写入，覆盖原来的数据。传递的地址可以是某页的任意地址，然后从这个地址开始顺序存储，本页满后，从本页0地址（XXXX00）处开始存储。

还有就是在传输指令前需要使能写操作。

下面这句话：

当拉高CS后，页面程序才会开始执行，所以拉高CS后，需要等待忙标志结束。

代码：

//页写入数据 指令：0x02（宏定义：Write_Page）
void W25Q128_Write_page(u32 address,u16 num,u8 buff[])	//页写入数据函数

	u16 i;
	W25Q128_Write_Enable();
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Write_Page);
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>16));			//发送位23:16地址
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>8));			//发送位15:8地址
	SPI2_Send_Data((u8)address);				//发送位7:0地址	
	
	for(i=0;i<num;i++)
	SPI2_Send_Data(buff[i]);
	CS=1;
	W25Q128_Wait_Busy();

10、扇区擦除函数（指令：20h）

CS拉低后，首先输入8位的指令，然后接下来传递擦除扇区的地址，扇区地址计算前面已经总结过了…

传递的地址可以为扇区内的任意地址，会把该地址所在的扇区内数据全部擦除。并且地址传递完毕后，再将CS拉高才开始擦除，否则指令不会生效。擦除时状态寄存器的BUSY位为1，表示正在执行擦除指令；当擦除完成后BUSY位清0 。

扇区擦除完成后，写操作会自动失能，另外如果设置了块保护，而且保护区域与擦除区域重叠，则擦除指令失效。

传输擦除指令前，必须使能写操作

扇区擦除代码：

//扇区擦除函数 指令：0x20（宏定义：Sector_Erase）
void W25Q128_Sector_Erase(u32 address)				//扇区擦除函数

	W25Q128_Write_Enable();
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Sector_Erase);
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>16));				//发送位23:16地址
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>8));				//发送位15:8地址
	SPI2_Send_Data((u8)address);					//发送位7:0地址	
	CS=1;
	W25Q128_Wait_Busy();							//等待擦除成功

11、块擦除函数（指令：D8h）

在CS被拉低时，在接下来的8个时钟周期开始传输擦除指令，之后传送24位的地址，同样在擦除过程中，需要等待BUSY位清零。

当然如果设置了块保护，而且块保护的区域就在要擦除的这个区域，则擦除指令失效。

传输擦除指令前，必须使能写操作
代码：

//块擦除 指令：0xD8（宏定义：Block_Erase）
void W25Q128_Block_Erase(u32 address)				//块擦除

	W25Q128_Write_Enable();
	CS=0;
	SPI2_Send_Data(Block_Erase);
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>16));				//发送位23:16地址
	SPI2_Send_Data((u8)(address>>8));				//发送位15:8地址
	SPI2_Send_Data((u8)address);					//发送位7:0地址	
	CS=1;
	W25Q128_Wait_Busy();							//等待擦除成功

12、全片擦除函数（指令：C7h或60h）

当CS被拉低时，开始传输指令，指令传输完成后，需要及时拉高CS，再等待擦除完成。

传输擦除指令前，必须使能写操作
代码：

//全片擦除 指令：0xC7(宏定义：Chip_Erase)
void W25Q128_Chip_Erase(void)						//全片擦除
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