1. 前言

在嵌入式系統中，數據的存儲和備份是一個非常重要的功能。SPI FLASH 是一種常見的非易失性存儲器，具有容量大、速度快、接口簡單等優點。本文將介紹如何在 STM32F103 上使用 SPI 接口操作 QW128 SPI FLASH，并通過乒乓存儲的方式實現數據備份。

1.1 硬件準備

• STM32F103 開發板
• QW128 SPI FLASH 模塊
• 杜邦線若干

1.2 軟件準備

• Keil MDK 或 STM32CubeIDE
• STM32 HAL 庫

2. 硬件連接

將 QW128 SPI FLASH 模塊與 STM32F103 開發板連接，具體連接方式如下：

QW128 引腳	STM32F103 引腳
CS	PA4
SCK	PA5
MISO	PA6
MOSI	PA7
GND	GND
VCC	3.3V

3. 軟件實現

使用STM32CUBE配置SPI通信

3.1 SPI 初始化

首先，我們需要初始化 SPI 接口。使用 STM32CubeMX 配置 SPI1 外設，并生成初始化代碼。

void MX_SPI1_Init(void)
{hspi1.Instance = SPI1;hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK){Error_Handler();}
}

3.2 QW128 SPI FLASH 驅動

接下來，我們編寫 QW128 SPI FLASH 的驅動代碼，包括讀寫操作。

#define QW128_CMD_WRITE_ENABLE 0x06
#define QW128_CMD_WRITE_DISABLE 0x04
#define QW128_CMD_READ_STATUS_REG 0x05
#define QW128_CMD_WRITE_STATUS_REG 0x01
#define QW128_CMD_READ_DATA 0x03
#define QW128_CMD_PAGE_PROGRAM 0x02
#define QW128_CMD_SECTOR_ERASE 0x20
#define QW128_CMD_CHIP_ERASE 0xC7void QW128_WriteEnable(void)
{uint8_t cmd = QW128_CMD_WRITE_ENABLE;HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}void QW128_WriteDisable(void)
{uint8_t cmd = QW128_CMD_WRITE_DISABLE;HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}uint8_t QW128_ReadStatusReg(void)
{uint8_t cmd = QW128_CMD_READ_STATUS_REG;uint8_t status;HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);HAL_SPI_Receive(&hspi1, &status, 1, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);return status;
}void QW128_WriteStatusReg(uint8_t status)
{uint8_t cmd[2] = {QW128_CMD_WRITE_STATUS_REG, status};QW128_WriteEnable();HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 2, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}void QW128_ReadData(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t len)
{uint8_t cmd[4] = {QW128_CMD_READ_DATA, (addr >> 16) & 0xFF, (addr >> 8) & 0xFF, addr & 0xFF};HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);HAL_SPI_Receive(&hspi1, data, len, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}void QW128_PageProgram(uint32_t addr, uint8_t *data, uint16_t len)
{uint8_t cmd[4] = {QW128_CMD_PAGE_PROGRAM, (addr >> 16) & 0xFF, (addr >> 8) & 0xFF, addr & 0xFF};QW128_WriteEnable();HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, len, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}void QW128_SectorErase(uint32_t addr)
{uint8_t cmd[4] = {QW128_CMD_SECTOR_ERASE, (addr >> 16) & 0xFF, (addr >> 8) & 0xFF, addr & 0xFF};QW128_WriteEnable();HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}void QW128_ChipErase(void)
{uint8_t cmd = QW128_CMD_CHIP_ERASE;QW128_WriteEnable();HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}

3.3 乒乓存儲實現

乒乓存儲是一種常用的數據備份策略，通過交替使用兩個存儲區域來確保數據的完整性和可靠性。

#define PAGE_SIZE 256
#define SECTOR_SIZE 4096
#define BUFFER_SIZE 1024uint8_t buffer[BUFFER_SIZE];
uint32_t current_sector = 0;void PingPong_Backup(uint8_t *data, uint16_t len)
{// 擦除當前扇區QW128_SectorErase(current_sector * SECTOR_SIZE);// 寫入數據for (uint16_t i = 0; i < len; i += PAGE_SIZE){QW128_PageProgram(current_sector * SECTOR_SIZE + i, data + i, PAGE_SIZE);}// 切換到下一個扇區current_sector = (current_sector + 1) % 2;
}void PingPong_Restore(uint8_t *data, uint16_t len)
{// 讀取數據QW128_ReadData(current_sector * SECTOR_SIZE, data, len);
}

4. 測試與驗證

4.1 數據備份測試

uint8_t test_data[BUFFER_SIZE];
for (uint16_t i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++)
{test_data[i] = i % 256;
}PingPong_Backup(test_data, BUFFER_SIZE);

4.2 數據恢復測試

uint8_t restore_data[BUFFER_SIZE];
PingPong_Restore(restore_data, BUFFER_SIZE);// 驗證數據
for (uint16_t i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++)
{if (restore_data[i] != test_data[i]){// 數據不一致，處理錯誤Error_Handler();}
}

5 實例

5.1 參數結構體定義

以下是參數結構體的定義，基于你提供的代碼：

typedef enum
{BAUD_9600,BAUD_19200,BAUD_115200
} BAUD_ENUM;typedef struct
{BAUD_ENUM CommBaud;          // 通信波特率uint8_t OnOffCtrl;           // 啟停操作方式（0-本地；1-遠程485；2-模擬量）uint8_t ModeCtrl;            // 模式修改方式（0-本地；1-遠程485；2-模擬量）uint8_t SetValCtrl;          // 設定修改方式（0-本地；1-遠程485；2-模擬量）uint8_t MasterSlaver;        // 主副機設置（0-主機；1-副機；2-單機）uint8_t TestMode;            // 測試模式uint8_t DebugMode;           // 調試模式uint8_t DeviceModel;         // 設備型號（0-3KW；2-20KW風冷）uint8_t DeviceSer[32];       // 設備序列號uint8_t AlarmEnable;         // 告警使能（0-關閉；1-使能）uint8_t CommProto;           // 通信協議（0-Modbus；1-Profibus）uint16_t UdcLimit;           // Udc調節限定值uint16_t IdcLimit;           // Idc調節限定值uint16_t PdcLimit;           // Pdc調節限定值uint8_t ModeSlect;           // 調節模式選擇（0-Udc；1-Idc；2-Pdc）uint8_t PWM1Freq;            // PWM1頻率（40~80表示40KHz~80KHz）
} DeviceParams;

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5.2 存儲參數到 SPI FLASH

我們可以將參數結構體存儲到 SPI FLASH 的指定地址。以下是存儲函數的實現：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "spi_flash.h"  // 假設這是 QW128 SPI FLASH 的驅動頭文件#define PARAMS_FLASH_ADDR 0x00000000  // 參數存儲的起始地址void SaveParamsToFlash(DeviceParams *params)
{// 擦除 SPI FLASH 的指定扇區QW128_SectorErase(PARAMS_FLASH_ADDR);// 將參數結構體寫入 SPI FLASHQW128_PageProgram(PARAMS_FLASH_ADDR, (uint8_t *)params, sizeof(DeviceParams));
}

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5.3 從 SPI FLASH 讀取參數

從 SPI FLASH 中讀取參數結構體的實現如下：

void LoadParamsFromFlash(DeviceParams *params)
{// 從 SPI FLASH 讀取參數結構體QW128_ReadData(PARAMS_FLASH_ADDR, (uint8_t *)params, sizeof(DeviceParams));
}

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5.4 示例：存儲和讀取參數

以下是一個完整的示例，展示如何初始化參數、存儲到 SPI FLASH 以及從 SPI FLASH 讀取參數：

int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_SPI1_Init();  // 初始化 SPIMX_GPIO_Init();  // 初始化 GPIO// 初始化參數結構體DeviceParams params = {.CommBaud = BAUD_115200,.OnOffCtrl = 1,.ModeCtrl = 1,.SetValCtrl = 1,.MasterSlaver = 0,.TestMode = 0,.DebugMode = 1,.DeviceModel = 2,.DeviceSer = "1234567890ABCDEF1234567890ABCDEF",.AlarmEnable = 1,.CommProto = 0,.UdcLimit = 1000,.IdcLimit = 500,.PdcLimit = 2000,.ModeSlect = 1,.PWM1Freq = 60};// 存儲參數到 SPI FLASHSaveParamsToFlash(&params);// 從 SPI FLASH 讀取參數DeviceParams loadedParams;LoadParamsFromFlash(&loadedParams);// 驗證讀取的參數是否正確if (memcmp(&params, &loadedParams, sizeof(DeviceParams)) == 0){printf("Parameters loaded successfully!\n");}else{printf("Parameter load failed!\n");}while (1){// 主循環}
}

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5.6 注意事項

1. SPI FLASH 的壽命：

   • SPI FLASH 的擦寫次數有限（通常為 10 萬次左右），頻繁擦寫可能導致損壞。建議在設計中盡量減少擦寫操作。

2. 數據對齊：

   • 確保參數結構體的數據對齊與 SPI FLASH 的頁大小（通常為 256 字節）匹配，避免跨頁寫入。

3. 數據校驗：

   • 在存儲和讀取參數時，可以添加 CRC 校驗或校驗和，確保數據的完整性。

4. 備份機制：

   • 可以使用乒乓存儲策略，將參數存儲在兩個不同的扇區中，確保在一個扇區損壞時可以從另一個扇區恢復數據。

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6. 總結

本文介紹了如何在 STM32F103 上使用 SPI 接口操作 QW128 SPI FLASH，并通過乒乓存儲的方式實現數據備份。通過這種方式，可以有效地提高數據的可靠性和系統的穩定性。希望本文對大家有所幫助，歡迎在評論區留言討論。

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