STM32(十三)SPI-读写串行flash

1、SPI协议简介

• 摩托罗拉提出的通讯协议，即外围设备接口
• 是一种高速全双工的通讯总线
• 是一种同步通信方式
• 支持一主多从，最大速率可达到上百Mhz
• 传输单位：8bit或16bit.
• 被广泛用于ADC、LCD等设备与MCU间要求通讯速率较高的场合
• 常见的spi通信设备EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器。

2、SPI物理层

SPI通讯使用3条总线及片选线，3条总线分别为SCK、MOSI、MISO,片选线为SS,它们的作用如下：

(1) SS ( Slave Select): 从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为NSS、CS，以下用NSS表示。当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其它信号线SCK、MOSI及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这3条总线;而每个从设备都有独立的这一- 条NSS信号线，本信号线独占主机的-一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。2C协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯;而SPI协议中没有设备地址，它使用NSS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的NSS信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行SPI 通讯。所以SPI通讯以NSS线置低电平为开始信号，以NSS线被拉高作为结束信号。

(2) SCK (Serial Clock):时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如STM32的SPI时钟频率最大为fopc/2,两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

(3) MOSI (Master Output, Slave Input):主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

(4) MISO(Master Input，Slave Output):主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

3、SPI协议层

 这是一个主机的通讯时序。 NSS、 SCK、 MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。 MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。 

 4、SPI的四种通讯模式

 

 5、SPI架构剖析

 SPI 的 MOSI 及 MISO 都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源及目标接收、发送缓冲区以及 MISO、 MOSI 线。当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“发送缓冲区”为数据源，把数据一位一位地通过数据线发送出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位地存储到“接收缓冲区”中。通过写 SPI的“数据寄存器 DR”把数据填充到发送 F 缓冲区中，通讯读“数据寄存器 DR”，可以获 取接收缓冲区中的内容。其中数据帧长度可以通过“控制寄存器 CR1”的“DFF 位”配置成 8 位及 16 位模式；配置“LSBFIRST 位”可选择 MSB 先行还是 LSB 先行。 

 6、Flash的硬件设计

 

 

  FLASH 芯片(型号： W25Q64)是一种使用 SPI 通讯协议的 NOR FLASH存 储 器 ， 

•  CS/CLK/DIO/DO 引 脚 分 别 连 接 到 了 STM32 对 应 的 SPI 引 脚NSS/SCK/MOSI/MISO 上
• STM32 的 NSS 引脚是一个普通的 GPIO，不是 SPI 的专用NSS 引脚，所以程序中我们要使用软件控制的方式。
• WP 引脚可控制写保护功能，当该引脚为低电平时，禁止写入数据。我们直接接电源，不使用写保护功能。
• HOLD 引脚可用于暂停通讯，该引脚为低电平时，通讯暂停，数据输出引脚输出高阻抗状态，时钟和数据输入引脚无效。我们直接接电源，不使用通讯暂停功能 

 7、软件设计

 

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(1)初始化通讯使用的目标引脚及端口时钟; (2)使能SPI外设的时钟; (3)配置SPI外设的模式、地址、速率等参数并使能SPI外设; (4)编写基本SPI按字节收发的函数; (5)编写对FLASH擦除及读写操作的的函数; (6) 编写测试程序，对读写数据进行校验。