深入探索STM32的SPI功能：W25Q64 Flash存储器全攻略

摘要

随着嵌入式系统对存储需求的增长，选择合适的存储设备变得尤为重要。W25Q64 Flash存储器以其8Mbit的存储容量和SPI接口的便捷性，成为STM32微控制器项目中的优选存储方案。本文将深入探索STM32的SPI功能，提供W25Q64 Flash存储器的全面集成指南，包括硬件配置、SPI接口编程和实际代码示例。

1. SPI通信基础

SPI是一种同步串行通信协议，广泛应用于微控制器与外设间的通信。主要特性包括：

主从模式：一个主设备控制多个从设备。
全双工通信：同时发送和接收数据。
时钟同步：数据传输由主设备时钟信号同步。

2. W25Q64 Flash存储器特性

W25Q64是一款串行Flash存储器，具备以下特性：

容量：8Mbit，即1M字节。
组织：分为128个扇区，每扇区含16页，每页256字节。
擦写次数：高达100万次。
工作电压：2.7V至3.6V。

3. 硬件连接

W25Q64与STM32的硬件连接包括：

CS（片选）接至STM32 GPIO（如PA4）。
SCK（时钟）接至STM32 SPI时钟引脚（如PA5）。
MOSI（主设备数据输出）接至STM32 SPI MOSI引脚（如PA7）。
MISO（主设备数据输入）接至STM32 SPI MISO引脚（如PA6）。
VCC接3.3V，GND接地。

4. SPI接口配置

4.1 硬件SPI初始化

硬件SPI初始化代码示例：

void SPI_Hardware_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB1Periph_SPI1, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

4.2 W25Q64初始化

W25Q64初始化涉及SPI初始化和芯片特定设置。

void W25Q64_Init(void) {
    SPI_Hardware_Init();
    // 发送W25Q64的复位指令（如果需要）
}

5. W25Q64 Flash存储器操作

5.1 读取W25Q64 ID

读取ID用于验证W25Q64芯片。

uint16_t W25Q64_ReadID(void) {
    uint16_t id = 0;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x90); // READ ID COMMAND
    id = SPI_ReceiveByte() << 8;
    id |= SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return id;
}

5.2 写入W25Q64

页编程是W25Q64写入数据的基本操作。

void W25Q64_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x02); // PAGE PROGRAM COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    SPI_SendByte(data);
    SPI_CS_High();
    // 等待写入完成...
}

5.3 从W25Q64读取数据

读取数据操作允许从指定地址读取信息。

uint8_t W25Q64_ReadByte(uint32_t addr) {
    uint8_t data;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x03); // READ DATA COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    data = SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return data;
}

6. 完整示例代码

以下是STM32与W25Q64通信的完整示例代码。

int main(void) {
    SystemInit();
    W25Q64_Init();

    uint16_t id = W25Q64_ReadID();
    printf("W25Q64 ID: 0x%X\r\n", id);

    uint32_t testAddr = 0x000000; // 测试地址
    uint8_t testData = 0xAA; // 测试数据
    W25Q64_WriteByte(testAddr, testData); // 写入数据

    // 延迟一段时间，等待数据写入完成
    for (volatile int i = 0; i < 0x100000; i++);

    uint8_t readData = W25Q64_ReadByte(testAddr); // 读取数据
    if (readData == testData) {
        printf("Write and Read Test Passed.\r\n");
    } else {
        printf("Write and Read Test Failed.\r\n");
    }

    while(1) {
        // 其他应用代码
    }
}