STM32之FLASH驱动

本文介绍如何使用STM32标准外设库驱动FLASH，本例程驱动的FLASH为W25Q64。

本文适合对单片机及Ｃ语言有一定基础的开发人员阅读，MCU使用STM32F103VE系列。

 

1. FLASH简介

FLASH存储器又称为闪存，为可重复擦写的存储器，容量比EEPROM大的多。

FLASH在写入数据时只能把1改成0，而0无法直接改成1，因此要写入数据时，必须先执行擦除操作，而一次擦除操作无法仅擦除一个字节，必须将一整块区域的数据全部改成1。因此FLASH操作的特性是擦除时必须一次擦除一整块区域；写入时可以按字节或按块写入；读取则不受限制，可以读取一个字节和任意多个字节。

FLASH可分为NOR FLASH和NAND FLASH，两者特性有所区别，NOR FLASH读取速度快、可以按字节读写，但容量相同的情况下价格较高，而NAND FLASH读取速度较慢，只能按块为单位读写，但容量相同的情况下价格较低。一般NOR FLASH适用于存储程序代码，NAND FLASH适用于存储大数据量存储。

2. 常用FLASH

一般常用的NOR FLASH为Winbond公司的W25Qxx系列，常用容量从16M到256Mbit不等，换算成字节为2M到32MBytes，可以根据项目需求和价格综合考虑选型。

3.FLASH操作说明

以W25Q64举例，W25Q64容量为64Mbit，即8MByte，地址范围0~0x800000，3个字节即可表示，因此地址长度为3字节。

W25Q64共分为128个Block，每个Block为64Kbytes，每个Block又分为16个Sector，每个Sector为4Kbytes，每个Sector又可分为16个Pages，每个Page有256个字节，每次擦除时至少需要擦除一整个Sector，写入时则可以单字节写入，也可以写入多个字节，但最多写入一个Page，即256个字节。

3.1. 设备ID

W25Q64厂商号为0xEF，FLASH型号为0x4017，可以读取这些信息判定FLASH是否正常。

3.2. 指令

该表中的第一列为指令名，第二列为指令编码，第三至第 N 列的具体内容根据指令的不同而有不同的含义。其中带括号的字节参数，方向为 FLASH 向主机传输，即命令响应，不带括号的则为主机向 FLASH 传输。表中“A0~A23”指 FLASH 芯片内部存储器组织的地址；“M0~M7”为厂商号（MANUFACTURER ID）；“ID0-ID15”为 FLASH 芯片的ID；“dummy”指该处可为任意数据；“D0~D7”为 FLASH 内部存储矩阵的内容。

3.3. 读取

使用读取命令（指令编码为03h），发送了指令编码及要读的起始地址后，FLASH 芯片就会按地址递增的方式返回内部存储的数据，读取的数据量没有限制，只要没有停止通讯，FLASH 芯片就会一直返回数据。

3.4. 写使能、写禁用和状态读取

在向 FLASH 写入数据或者擦除前，首先要使能写操作，通过发送“Write Enable”命令使FLASH可写，写入或者擦除完毕之后，FLASH自动进入写禁用状态，无需单独发送写禁用命令，当FLASH为写禁用状态时，任何写入或擦除操作无效，这样可避免误写入或误擦除。

由于FLASH写入数据需要消耗一定的时间，并不是在总线通讯结束的一瞬间完成的，所以在写操作后需要确认 FLASH 芯片“空闲”时才能进行再次写入。为了表示自己的工作状态，FLASH 芯片定义了一个状态寄存器，这个状态寄存器的第 0 位为“BUSY”，当这个位为“1”时，表明 FLASH芯片处于忙碌状态，它可能正在进行“擦除”或“数据写入”的操作。利用指令表中的“Read Status Register”指令可以获取 FLASH 状态寄存器的内容，只要向 FLASH 芯片发送了读状态寄存器的指令，FLASH 芯片就会持续向主机返回最新的状态寄存器内容，直到收到 SPI通讯的停止信号。因此可以通过查看该位，直到该位为0时，即可对FLASH进行擦除或者写操作。如果刚写完数据就执行读操作，也需要等待。

3.5. 擦除

FLASH写入数据之前需要先擦除，擦除可分为扇区擦除（Sector Erase）、块擦除（Block Erase）和整片擦除（Chip Erase）。指令编码分别为20h、D8h，而整片擦除支持2个命令，即2个命令均可使用，为C7h和60h。要实现擦除操作时先发送指令编码，扇区擦除和块擦除需要继续发送要擦除区域的地址，而整片擦除无需发送地址。要执行擦除操作之前需要确保FLASH处于写使能状态，可通过发送写使能命令实现。

3.6. 写入

使用页写入命令（指令编码为02h），先发送指令编码，然后发送要写的起始地址，然后继续发送要写入的内容，一次写入操作最多写入256字节数据。 进行写入之前需要确保FLASH处于写使能状态，可通过发送写使能命令实现。如果想要一次写入超过256字节，那么就需要对页写入命令进行封装。

 

 

完整代码（仅自己编写的部分）

#include "flash.h" 
#include "delay.h"
#include <stdio.h>

#define FLASH_PAGE_SIZE    256        //W25Q64每页256个字节

#define W25X_WriteEnable            0x06 
#define W25X_WriteDisable            0x04 
#define W25X_ReadStatusReg            0x05 
#define W25X_WriteStatusReg            0x01 
#define W25X_ReadData                0x03 
#define W25X_FastReadData            0x0B 
#define W25X_FastReadDual            0x3B 
#define W25X_PageProgram            0x02 
#define W25X_BlockErase                0xD8 
#define W25X_SectorErase            0x20 
#define W25X_ChipErase                0xC7 
#define W25X_PowerDown                0xB9 
#define W25X_ReleasePowerDown        0xAB 
#define W25X_DeviceID                0xAB 
#define W25X_ManufactDeviceID        0x90 
#define W25X_JedecDeviceID            0x9F

/* WIP(busy)标志，FLASH内部正在写入 */
#define WIP_Flag                  0x01

//初始化FLASH接口
void FLASH_Init(void)
{
    SPI_IoInit();
}

//查看W25Q64是否空闲
//返回值:    1，FLASH忙，无法读写
//            0，FLASH空闲，可以读写
//注意执行完此函数后，FLASH已取消选中，如果要写入，必须重新选中
uint8_t FLASH_WaitReady(void)
{                  
    uint32_t i = 0;
    uint8_t ret = 1;
    uint8_t status = 0;

    SPI_CS_0;

    SPI_WriteByte(W25X_ReadStatusReg);

    for(i = 0; i < 1000; i++){
        status = SPI_ReadByte();     
        if((status & WIP_Flag) == RESET){
            ret = 0;
            break;
        }
        delay_ms(10);
    }

    SPI_CS_1;
    
    return ret;
}

/*
    FLASH擦除、写入数据完毕后会自动禁用写使能，因此无需再执行写禁用操作
    注意执行此函数前，必须先选中FLASH
*/
void FLASH_WriteEnable(void)
{
    /* 发送写使能命令*/
    SPI_WriteByte(W25X_WriteEnable);
}

uint32_t FLASH_ReadJedecID(void)
{
    uint32_t temp, temp0, temp1, temp2;
    
    SPI_CS_0;
    
    /* 发送JEDEC指令，读取ID */
    SPI_WriteByte(W25X_JedecDeviceID);

    temp0 = SPI_ReadByte();
    temp1 = SPI_ReadByte();
    temp2 = SPI_ReadByte();

    /*把数据组合起来，作为函数的返回值*/
    temp = (temp0 << 16) | (temp1 << 8) | temp2;

    SPI_CS_1;

    return temp;
}

uint8_t FLASH_SectorErase(uint32_t addr)
{
    /* 判断FLASH是否可写，如果不可写，直接返回错误 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }
    
    SPI_CS_0;
    
    /* 发送FLASH写使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

    /* 发送扇区擦除指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_SectorErase);
    /*发送擦除扇区地址的高位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 发送擦除扇区地址的中位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /* 发送擦除扇区地址的低位 */
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);
    /* 发送FLASH写禁用命令 */
//    FLASH_WriteDisable();
    
    SPI_CS_1;
    
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 2;
    }

    return 0;
}

uint8_t FLASH_ChipErase(void)
{
    /* 判断FLASH是否可写，如果不可写，直接返回错误 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;

    /* 发送FLASH写使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

    /* 发送扇区擦除指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_ChipErase);
    
    SPI_CS_1;

    if(FLASH_WaitReady()){
        return 2;
    }

    return 0;
}

//在W25Q64里面的指定地址开始读出指定个数的数据
//addr:        开始读数的地址  
//pBuffer:  需要读取数据的指针
//numToRead:要读出数据的个数
//返回值:    1，读取失败
//            0，读取成功
uint8_t FLASH_Read(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint32_t numToRead)
{
    SPI_CS_0;

    SPI_WriteByte(W25X_ReadData);
    
    /* 发送 读 地址高位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 发送 读 地址中位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /* 发送 读 地址低位 */
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);
    
    /* 读取数据 */
    while (numToRead--) /* while there is data to be read */
    {
        /* 读取一个字节*/
        *pBuffer++ = SPI_ReadByte();
    }

    SPI_CS_1;
    
    return 0;
}  

//在W25Q64指定地址读出一个数据
//addr:        开始读数的地址  
//pReadData:需要读取数据的指针
//返回值:    1，读取失败
//            0，读取成功
uint8_t FLASH_ByteRead(uint32_t addr, uint8_t * pReadData)
{                  
    SPI_CS_0;

    SPI_WriteByte(W25X_ReadData);

    /* 发送 读 地址高位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 发送 读 地址中位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /* 发送 读 地址低位 */
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);
    
    /* 读取一个字节*/
    *pReadData = SPI_ReadByte();

    SPI_CS_1;

    return 0;
}

//在W25Q64指定地址写入一个数据
//addr:            写入数据的目的地址    
//dataToWrite:    要写入的数据
//返回值:    1，写入失败
//            0，写入成功
uint8_t FLASH_ByteWrite(uint32_t addr, uint8_t dataToWrite)
{    
    /* 判断FLASH是否可写，如果不可写，直接返回错误 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;
    
    /* 发送FLASH写使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

    /* 写页写指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_PageProgram);
    /*发送写地址的高位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /*发送写地址的中位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /*发送写地址的低位*/
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);

    /* 发送当前要写入的字节数据 */
    SPI_WriteByte(dataToWrite);

    SPI_CS_1;

    if(FLASH_WaitReady()){
        return 2;
    }

    return 0;
}

uint8_t FLASH_PageWrite(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint32_t numToWrite)
{
    /* 判断FLASH是否可写，如果不可写，直接返回错误 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;
    
    /* 发送FLASH写使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();
    
    /* 写页写指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_PageProgram);
    /*发送写地址的高位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /*发送写地址的中位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /*发送写地址的低位*/
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);

    /* 写入数据*/
    while(numToWrite--)
    {
        /* 发送当前要写入的字节数据 */
        SPI_WriteByte(*pBuffer++);
    }

    SPI_CS_1;
    
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 2;
    }

    return 0;
}

/*
    根据要写入的地址、长度、页大小计算如何分页
    输入参数：addr：    写入起始地址
              len：        写入数据长度
              pageSize：每页存储的数据，对于W25Q64来说，该值为256
    要写入参数：pFirstPageLen：    首页要写入的字节
                pLastPageLen：    尾页要写入的字节
                pPageNum：        总共要写入的页数
*/
void FLASH_GetWritePages(uint32_t addr, uint32_t len, uint32_t pageSize, 
    uint32_t * pFirstPageLen, uint32_t * pLastPageLen, uint32_t * pPageNum)
{
    uint32_t firstPageOffset;    //首页偏移
    uint32_t otherLen;            //去除首页之后剩余长度
    uint32_t otherPageNum;        //去除首页之后剩余整数页数量
    
    firstPageOffset = addr % pageSize;
    *pFirstPageLen = pageSize - firstPageOffset;
    
    if(len < *pFirstPageLen){
        *pFirstPageLen = len;
    }
    
    otherLen = len - *pFirstPageLen;
    otherPageNum = otherLen / pageSize;
    *pLastPageLen = otherLen % pageSize;
    
    *pPageNum = otherPageNum + 1;
    
    if(*pLastPageLen){
        (*pPageNum)++;
    }
}


//在W25Q64里面的指定地址开始写入指定个数的数据
//addr:        开始读数的地址  
//pBuffer:  需要读取数据的指针
//NumToWrite:要写入数据的个数
//返回值:    1，读取失败
//            0，读取成功
uint8_t FLASH_Write(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint32_t numToWrite)
{
    uint32_t i;
    uint32_t firstPageLen, lastPageLen, pageNum;
    
    FLASH_GetWritePages(addr, numToWrite, FLASH_PAGE_SIZE,
        &firstPageLen, &lastPageLen, &pageNum);

    printf("addr:%#x, numToWrite:%d, firstPageLen:%d, lastPageLen:%d, pageNum:%d\n", 
        addr, numToWrite, firstPageLen, lastPageLen, pageNum);

    for(i = 0; i < pageNum; i++)
    {
        if(i == 0){                        //首页写入长度为firstPageLen
            if(FLASH_PageWrite(addr, pBuffer, firstPageLen)){
                goto write_fail;
            }
            addr += firstPageLen;
            pBuffer += firstPageLen;
        }else if(i == pageNum - 1){        //尾页写入长度为lastPageLen
            if(FLASH_PageWrite(addr, pBuffer, lastPageLen)){
                goto write_fail;
            }
            addr += lastPageLen;
            pBuffer += lastPageLen;
        }else{                            //除首页和尾页外写入长度为FLASH_PAGE_SIZE
            if(FLASH_PageWrite(addr, pBuffer, FLASH_PAGE_SIZE)){
                goto write_fail;
            }
            addr += FLASH_PAGE_SIZE;
            pBuffer += FLASH_PAGE_SIZE;
        }
    }
    
    return 0;

write_fail:
    return 1;
}

 

 

源码下载：（不包括工程文件和库文件）

https://files.cnblogs.com/files/greatpumpkin/SPI_soft.rar