STM32F103之SPI軟件讀寫W25Q64

一、W25Q64簡介

1.1 簡介? ? ? ?

W25Q64(Nor flash)、? ?24位地址，64Mbit/8MByte、是一種低成本、小型化、使用簡單的非易失性存儲器，常用于數據存儲、字庫存儲、固件程序存儲等場景?
? ? ? ? 時鐘頻率：最大80MHz(STM32F103系統時鐘為72MHz)、160MHz(MOSI,MISO同時發送，同時接受)、320MHz(將引腳DO、DI、WP、HOLD同時接收或發送)

W25Q64封裝
引腳描述

VCC：? 2.7-3.6V
WP：? ? 寫保護，低電平有效，當為低電平時，不可寫
HOLD：數據保持、低電平有效；如果在正常讀寫flash時，突然產生中斷，想用SPI去操控其他器件，要是把CS置1，則flash時序就會終止；若將HOLD置0，則時序可以保持原有狀態

1.2 框圖-地址劃分

24位地址，可尋址范圍：0x000000-0xFFFFFF；由于W25Q64的容量為8MB，所以其地址范圍為0x000000-0x7FFFFF

flash 框圖
flash 空間劃分

將8MB的空間劃分為塊(block),每一個塊的容量為64KB，共劃分128塊
將每一個64KB塊劃分為扇區，一個塊可劃分為16個扇區，一共有2048個扇區
將每一4KB的扇區劃分為頁，一個扇區可劃分16個頁；也可以看作一個flash可劃分為32768個頁
一頁是256字節 ，一塊是256頁

如果想要往第3個塊第210頁的第118個字節寫入，物理地址是多少呢？
第三個塊對應高八位字節：0x020000
第210個頁對應中間八位(頁地址鎖存器)：0x00D100
第118個字節對應第八位((字節地址鎖存器)：0x000075
所以物理地址為：0x02D175(24位地址)


例如寫入地址為0x123456,對應的是多少呢
0x12->18,也就是塊17(或第18個塊)
0x34->52,也就是塊17頁51(或第52個頁)
0x56->86,也就是塊17頁51的85字節(或第86個字節)

也就是說18*16+52-1=4659，對應4659頁的85字節開始寫入

當往flash中寫入數據時，寫入的數據先緩存到256字節頁緩沖區，再從緩沖區轉到flash里，這需要一定的時間，在這期間，芯片的flash的busy標志位將被置1；
注意：由于緩沖區只有256個字節，所以寫入的一個時序連續寫入的數據量不能超過256個字節

1.3 讀寫flash注意事項

寫入時
<1>寫入操作前必須進行寫使能
<2>每個數據位只能由1改寫為0，不能由0改寫為1
? ? ? 例如 原來數據為0x78(01111000),想要在本地址直接寫入0x11(00010001)，就會變為? ? ? ? ? ? ? 00010000
<3>寫入前必須想先要擦除，擦除后，所有數據位變為1（0xFF表示空白）
<5>擦除必須按最小單元進行（最小單元為扇區(4KB=4096字節)）
? ? ? ?想要單獨改寫某一個字節，可以先將扇區的全部數據讀出后，該寫完讀出來的數據后再? ? ? ? ? 寫入或者一個字節占一個扇區
<6>連續寫入多字節時，最多寫入一頁的數據;超過尾頁的數據會回到頁尾覆蓋數據(不能跨頁)
<7>寫入操作結束后，芯片進入忙狀態，不響應新的讀寫操作(擦除時也會進入忙狀態)(可讀狀態寄存器的busy位)

讀取
<1>直接調用讀取時序、無需使能、無需額外操作，沒有頁的限制，讀取操作結束后不會進入忙狀態，但不能在忙狀態時讀取

?注意：當給定一個地址時，數據會按地址自增寫入，且不可跨頁寫入，如果大于頁的容量會從本頁頭開始覆蓋；寫使能只對之后跟隨的一條指令有效

?二、軟件模擬SPI讀取flash

SPI是一種協議，軟件可以進行模擬，如果板子上沒有SPI端口或者SPI的端口被占用時，軟件可以進行模擬，通過軟件控制四個引腳的高低電平，從而達到硬件的效果，本節進行軟件模擬SPI(模式0)，與硬件不同的是，對于軟件的四個引腳，輸入引腳(CS,CLK,MOSI)配置為上拉或浮空輸入，輸出引腳(MISO)配置為推挽輸出
對于SPI不了解的可以看一下https://mpbeta.csdn.net/mp_blog/creation/editor/148934665

引腳配置

/****************************
*@brief    SPI引腳初始化
*@param  void
*@return   void
*@note     PB13->CLK PB14->MISO->DOPB12->CS  PB15->MOSI->DI/
對于軟件來說輸出引腳配置為推挽輸出
輸入引腳配置為上拉輸入或浮空輸入
*@time  2025-6-27
******************************/
void Soft_SPI_Init(void)
{/*1.打開IO引腳時鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);/*2.引腳模式配置*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP                   ;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_15|GPIO_Pin_12 ;//輸出配置為推挽輸出GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz                  ;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct)                            ;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU                      ;//輸入配置為浮空輸入GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_14                         ;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct)                            ;/*3.CS片選默認高電平、CLK默認低電平*/SOFT_SPI_CS(1)                                               ;//宏定義SOFT_SPI_CLK(0)                                              ;//宏定義
}
SPI模式0 時序

對于模式0，時鐘默認低電平且在時鐘的第一個邊沿進行采樣 ，有時序圖可知，MCU在時鐘下降沿通過MOSI輸出高位，在時鐘上升沿時，采樣 從機通過MOSI(對應主機MISO的)輸出的電平，在寫數據收發時序時只需要盯著主機，從機我們無法干涉

數據交換

/****************************
*@brief  交換數據
*@param     void
*@return    void
*@note     高位先發,SPI模式0
*@time  2025-6-27
******************************/
int8_t Soft_SPI_Dataswap(int8_t Send_Data)
{int8_t Receive_Data=0x00;for(int8_t i=0;i<8;i++){SOFT_SPI_MOSI(Send_Data>>(7-i)&0x01)  ;//高位數據通過MOSI送出SOFT_SPI_CLK(1)                       ;//時鐘上升沿//if(Soft_SPI_MISO()==1){Receive_Data |=(0x80>>i);}Receive_Data|=SOFT_SPI_MISO()<<(7-i)  ;//主機從從機的MOSI口接收的高位數據SOFT_SPI_CLK(0)                       ;//時鐘下降沿}return Receive_Data;
}

當時鐘為低電平時，主機通過 SOFT_SPI_MOSI(Send_Data>>(7-i)&0x01)? 將1位數據通過MOSI口送出；當時鐘位上升沿時，主機進行采樣，通過?Receive_Data|=SOFT_SPI_MISO()<<(7-i)? 將從機的MOSI上的數據采入
注意：由于C語言時逐語句進行的，所以不可能發送的同時進行接收，可以利用RTOS或者FPGA

flash函數封裝

/****************************
*@brief  讀取ID
*@param  uint8_t *MID 廠商IDuint16_t *DID 設備ID
*@return void
*@note   void
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_ReadID_W25Q64(uint8_t *MID,uint16_t *DID)
{SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_R_ID)  ;*MID = Soft_SPI_Dataswap(0XFF)    ;*DID = Soft_SPI_Dataswap(0XFF)    ;*DID <<= 8;*DID |=  Soft_SPI_Dataswap(0XFF);SOFT_SPI_STOP;
}
/****************************
*@brief    寫使能
*@param  void
*@return   void
*@note     void
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_W_ENABLE_W25Q64(void)
{SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_W_ENABLE)  ;//指令SOFT_SPI_STOP;
}	
/****************************
*@brief   等待寄存器忙狀態
*@param    void
*@return   void
*@note    busy位維1，表示忙
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_R_Status_W25Q64_busy(void)
{SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_GetStatus);//讀取指令while(Soft_SPI_Dataswap(0xFF)&0x01)  ;//busy=1時等待SOFT_SPI_STOP;
}	
/****************************
*@brief    頁編程
*@param  uint8_t ArrayData[]數據uint32_t Address寫入的數據地址uint16_t len     字節個數
*@return   void
*@note     void
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_W_Data_W25Q64(uint8_t *ArrayData,uint32_t Address,uint16_t cnt)
{Soft_SPI_W_ENABLE_W25Q64();//寫使能SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_W_DATA);//寫指令/*函數Soft_SPI_Dataswap()一次只能交換8位*/Soft_SPI_Dataswap(Address>>16);   //高地址，決定哪塊Soft_SPI_Dataswap(Address>>8);    //中間地址，決定哪個扇區Soft_SPI_Dataswap(Address>>0);    //低地址，決定哪個頁/*寫數據*/for(uint16_t i=0;i<cnt;i++){Soft_SPI_Dataswap(ArrayData[i]);}SOFT_SPI_STOP;Soft_SPI_R_Status_W25Q64_busy();//busy等待
}
/****************************
*@brief   扇區擦除
*@param  uint32_t Address擦除地址
*@return   void
*@note     void
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_Sector_Clean_W25Q64(uint32_t Address)
{Soft_SPI_W_ENABLE_W25Q64();//寫使能SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_SECTOR_CLEAN );//指令/*函數Soft_SPI_Dataswap()一次只能交換8位*/Soft_SPI_Dataswap(Address>>16);   //高地址，決定哪塊Soft_SPI_Dataswap(Address>>8);    //中間地址，決定哪個扇區Soft_SPI_Dataswap(Address>>0);    //低地址，決定哪個頁SOFT_SPI_STOP;Soft_SPI_R_Status_W25Q64_busy();//busy等待
}
/****************************
*@brief    讀數據
*@param  uint8_t* ArrayData 輸出數據uint32_t Address   讀出的數據起始地址uint16_t len       字節個數
*@return   void
*@note     void
*@time  2025-6-28
******************************/
void Soft_SPI_R_Data_W25Q64(uint8_t *ArrayData,uint32_t Address,uint32_t cnt)
{SOFT_SPI_START;Soft_SPI_Dataswap(SOFT_SPI_R_DATA);//寫指令/*函數Soft_SPI_Dataswap()一次只能交換8位*/Soft_SPI_Dataswap(Address>>16);   //高地址，決定哪塊Soft_SPI_Dataswap(Address>>8);    //中間地址，決定哪個扇區Soft_SPI_Dataswap(Address>>0);    //低地址，決定哪個頁/*讀數據*/for(uint32_t i=0;i<cnt;i++){ArrayData[i]= Soft_SPI_Dataswap(0xFF);}SOFT_SPI_STOP;
}

上述代碼對讀取ID，寫使能，讀數據，寫數據，擦除進行了封裝，相同的流程是
①片選語句拉低(SOFT_SPI_START)
②flash操作指令(Soft_SPI_Dataswap(指令)）
③讀/寫數據
④片選語句拉低(SOFT_SPI_STOP)
注意：
可以跨頁讀但不能跨頁寫；
寫之前須寫使能；
一次最多寫入256字節數據；
再次寫入相同地址需要先擦除，再寫入；
擦除、寫入操作(包括寫入寄存器)會使busy置1，busy置1不再響應讀，寫，擦除操作（讀不能使busy置1，但busy置1時不可讀）

三、整個代碼

運行代碼：

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