一、什么是SPI？
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且 在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这 种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 AT91RM9200 。
二、有I2C为什么要使用SPI
1. IIC 是半双工通讯，无法同时收发信息；SPI 是全双工通讯，可以同时收发信息；
2. IIC 通讯协议较复杂，而 SPI 通讯协议较简单；
3. IIC 需要通过地址选择从机，而 SPI 只需一个引脚即可选中从机；
4. IIC 通讯速率一般为 100kHz 左右，而 SPI 可以达到 50MHz ；
5. IIC 需要的通讯线较少，而 SPI 需要较多。
三、SPI物理架构
SPI 总线包含 4 条通讯线，分别为 SS、SCK、MOSI、MISO。
它们的作用介绍如下 ：
(1) MISO – Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出
(2) MOSI – Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入
(3) SCK – Serial Clock，时钟信号，由主设备产生
(4) CS – Chip Select，片选信号，由主设备控制 STM32F1 系列芯片有 3 个SPI 接口。
四、SPI工作模式
时钟极性（CPOL）： 没有数据传输时时钟线的空闲状态电平
0：SCK在空闲状态保持低电平
1：SCK在空闲状态保持高电平
时钟相位（CPHA）： 时钟线在第几个时钟边沿采样数据
0：SCK的第一（奇数）边沿进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存
1：SCK的第二（偶数）边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存
模式 0 和模式 3 最常用。
模式 0 时序图：
模式 3 时序图：
五、SPI寄存器及库函数介绍
5.1 SPI控制寄存器 1(SPI_CR1)(I 2 S模式下不使用)
5.2 SPI控制寄存器 2(SPI_CR2)
5.3 SPI 状态寄存器(SPI_SR)
5.4 SPI 数据寄存器(SPI_DR)
5.5 库函数
HAL_SPI_Init() ;//初始化SPI函数，主要配置CR1和CR2寄存器
HAL_SPI_TransmitReceive(); //普通的收发SPI（小数据量）
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA();//DMA搬运收发SPI（大数据量）
HAL_SPI_TransmitReceive_IT(); //中断收发IT（在中断中用）
六、什么是W25Q128？
一般我们使用存储器，都是ARM、ROM、FLASH
W25Q128是NOR Flash：一种非易失性存储器，它可以在断电或掉电后仍然保持存储的数据，因此被广泛应用于长期数据存储。它具有容量大，可重复擦写、按“扇区/块”擦除的特性。
Flash 是有一个物理特性：只能写 0 ，不能写 1 ，写 1 靠擦除。
W25Q128是华邦公司推出的一款容量为 128M-bit（相当于 16M-byte）的 SPI 接口的 NOR Flash 芯片。
6.1 W25Q128存储架构
W25Q128 将 16M 的容量分为 256 个块（block），每块 64K 字节；每块分为 16 个扇区（sector），一扇区 4K 字节；每扇区分为 16 个页（page），一页 256 字节。
W25Q128 的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除 4K 个字节。这样我们需要给 W25Q128 开辟一个至少 4K 的缓存区。
6.2 W25Q128常用指令
具体工作时序如下：
- 写使能 (06H)
执行页写，扇区擦除，块擦除，片擦除，写状态寄存器等指令前，需要写使能。
拉低 CS 片选 → 发送 06H → 拉高 CS 片选
- 读SR1（05H）
拉低 CS 片选 → 发送 05H → 返回SR1的值 → 拉高 CS 片选
- 读数据（03H）
拉低 CS 片选 → 发送 03H → 发送24位地址 → 读取数据（1~n）→ 拉高 CS 片选
- 页写 (02H)
页写命令最多可以向FLASH传输256个字节的数据。
拉低 CS 片选 → 发送 02H → 发送24位地址 → 发送数据（1~n）→ 拉高 CS 片选
- 扇区擦除（20H）
写入数据前，检查内存空间是否全部都是 0xFF ，不满足需擦除。
拉低 CS 片选 → 发送 20H→ 发送24位地址 → 拉高 CS 片选
6.3 W25Q128状态寄存器
七、W25Q128实验
实验目的
读写W25Q128
复制项目文件19-串口打印功能
重命名为50-读写W25Q128实验
加载文件
main,c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "uart1.h"
#include "w25q128.h"uint8_t data_write[4] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
uint8_t data_read[4] = {0};
int main(void)
{HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */led_init(); /* 初始化LED灯 */uart1_init(115200);w25q128_init();printf("hello world!\r\n");uint16_t device_id = w25q128_read_id();printf("device id: %X\r\n", device_id);w25q128_erase_sector(0x000000);w25q128_write_page(0x000000, data_write, 4);w25q128_read_data(0x000000, data_read, 4);printf("data read: %X, %X, %X, %X\r\n", data_read[0], data_read[1], data_read[2], data_read[3]);while(1){ }
}w25q128.c
#include "w25q128.h"SPI_HandleTypeDef spi_handle = {0};
void w25q128_spi_init(void)
{spi_handle.Instance = SPI1;//指定哪个SPI？spi_handle.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;//指定主设备还是从设备？主设备spi_handle.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;//全双工还是半双工？全双工spi_handle.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//数据长度？8bytespi_handle.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; 极性 /* CPOL = 0 */spi_handle.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; /* CPHA = 0 */spi_handle.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;spi_handle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//波特率分频-256spi_handle.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//指定高位先行还是低位先行：高位先行spi_handle.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;spi_handle.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;spi_handle.Init.CRCPolynomial = 7;HAL_SPI_Init(&spi_handle);
}void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{if(hspi->Instance == SPI1){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//打开时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOB时钟__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_4; gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP; gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7; gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_6; gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);}
}
//交换字节 -- 写字节操作
uint8_t w25q128_spi_swap_byte(uint8_t data)
{uint8_t recv_data = 0;HAL_SPI_TransmitReceive(&spi_handle, &data, &recv_data, 1, 1000);return recv_data;
}
//初始化W25Q128
void w25q128_init(void)
{w25q128_spi_init();
}
//读W25Q128的id
uint16_t w25q128_read_id(void)
{uint16_t device_id = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ManufactDeviceID);w25q128_spi_swap_byte(0x00);w25q128_spi_swap_byte(0x00);w25q128_spi_swap_byte(0x00);device_id = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte) << 8;device_id |= w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);return device_id;
}
//W25Q128写使能
void w25q128_writ_enable(void)
{W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_WriteEnable);W25Q128_CS(1);
}
//W25Q128读寄存器（SR1）
uint8_t w25q128_read_sr1(void)
{uint8_t recv_data = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ReadStatusReg1);recv_data = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);return recv_data;
}
//忙等待 - 等待空闲
void w25q128_wait_busy(void)
{while((w25q128_read_sr1() & 0x01) == 0x01);
}
//传入地址
void w25q128_send_address(uint32_t address)
{w25q128_spi_swap_byte(address >> 16);w25q128_spi_swap_byte(address >> 8);w25q128_spi_swap_byte(address);
}
//读数据
void w25q128_read_data(uint32_t address, uint8_t *data, uint32_t size)
{uint32_t i = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ReadData);w25q128_send_address(address);for(i = 0; i < size; i++)data[i] = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);
}
//页写
void w25q128_write_page(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size)
{uint16_t i = 0;w25q128_writ_enable();W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_PageProgram);w25q128_send_address(address);for(i = 0; i < size; i++)w25q128_spi_swap_byte(data[i]);W25Q128_CS(1);//等待空闲w25q128_wait_busy();
}
//扇区擦除
void w25q128_erase_sector(uint32_t address)
{//写使能w25q128_writ_enable();//等待空闲w25q128_wait_busy();//拉低片选W25Q128_CS(0);//发送扇区擦除指令w25q128_spi_swap_byte(FLASH_SectorErase);//发送地址w25q128_send_address(address);//拉高片选W25Q128_CS(1);//等待空闲w25q128_wait_busy();
}
w25q128.h
#ifndef __W25Q128_H__
#define __W25Q128_H__#include "sys.h"#define W25Q128_CS(x) do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET): \HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); \}while(0)/* 指令表 */
#define FLASH_ManufactDeviceID 0x90
#define FLASH_WriteEnable 0x06
#define FLASH_ReadStatusReg1 0x05
#define FLASH_ReadData 0x03
#define FLASH_PageProgram 0x02
#define FLASH_SectorErase 0x20
#define FLASH_DummyByte 0xFFvoid w25q128_init(void);
uint16_t w25q128_read_id(void);
void w25q128_read_data(uint32_t address, uint8_t *data, uint32_t size);
void w25q128_write_page(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size);
void w25q128_erase_sector(uint32_t address);#endif
效果实现
FE77
0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD