BIOS SPI FLASH芯片 spi读写flash芯片

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jkfox 2024-01-23 18:53:32

文章标签 BIOS SPI FLASH芯片数据 #define 引脚 文章分类 iOS 移动开发

FLASH简介

FLASH俗称闪存，和EEPROM一样，都是掉电数据不丢失的非易失行存储器，但FLASH的存储容量普遍大于EEPROM，现在像如U盘、SD卡、SSD固态硬盘以及STM32芯片内部存储程序的设备都是FLASH类型的存储器。由此可见FLASH对于我们学习和工作的重要性，EEPROM可以实现单字节的擦写，而FLASH都是一大片的擦写，就像是大规模杀伤性武器，其最小擦除单位：扇区的大小也是4KB。
我们此次通过SPI对FLASH存储芯片W25Q64进行读写擦除的操作。
对于FLASH内部结构的详细说明博主会专门整理一篇博客来说明，所以关于FLASH芯片的相关原理，本文中只做简单说明，侧重代码部分。

W25Q64

W25Q64简介

就长这么个样子

BIOS SPI FLASH芯片 spi读写flash芯片_#define

STM32内部原理图如下：

BIOS SPI FLASH芯片 spi读写flash芯片_引脚_02

W25Q64是一种使用SPI通信协议的NOR FLASH存储器，它的CS/CLK/DIO/DO 引脚分别连接到了 STM32 对应的 SPI 引脚NSS/SCK/MOSI/MISO 上，其中 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。FLASH 芯片中还有 WP 和 HOLD 引脚。 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。
W25Q64支持SPI通讯的模式0和模式3

FLASH控制指令

FLASH芯片中规定了许多指令，只要SPI向FLASH发送相应的指令，FLASH就会执行相应的操作，所以我们对FLASH的一切操作都是基于这个指令集的，接下来介绍一下FLASH的控制指令：

BIOS SPI FLASH芯片 spi读写flash芯片_引脚_03

表中第一列为指令名，第二列为相应的指令代码，第三列及后面的内容根据指令的不同而意义不同，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。
看起来很复杂的样子，其实只要在需要执行相应操作时来查这个表，只要能够理解这些指令的使用方法，FLASH就算学会了。
例如：要知道FLASH的ID，那就在指令中找对应的取ID指令“JEDEC ID”，仔细解读这个指令

可以看出对应的指令代码为“
9F
”，后面的三个字节带括号，代表这三个字节就是FLASH向STM32发送的数据，即这三个字节就是FLASH的ID，然后使用SPI进行读取就可以了。
我们一般是将这些指令宏定义在头文件中，便于使用：

#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

FLASH内部存储结构

FLASH的存储矩阵如图：其内存分为128块，每一块都有16个扇区，每个扇区大小为4KB，擦除数据的时候是以扇区为基本单位的。

代码讲解

代码都是博主亲手写出来的，可以运行。
代码部分会用到SPI的代码，关于SPI的说明之前整理过：SPI详解

读取芯片ID

/************************读取芯片ID*************************************/
uint32_t FLASH_ReadID(void)
{
	uint32_t temp,temp1,temp2,temp3;
	SPI_NSS_Begin();
	/* 发送取ID指令 */
	SPI_SendData( W25X_JedecDeviceID);
	/* FLASH会连续发送三个字节数据 */
	temp1=SPI_SendData(Dummy_Byte);
	temp2=SPI_SendData(Dummy_Byte);
	temp3=SPI_SendData(Dummy_Byte);
	SPI_NSS_Stop();
	/* 高为先行，将三个字节整理在一起 */
	temp=temp1<<16 | temp2<<8 | temp3;
	return temp;
}

由于SPI是全双工通信，所以接收数据和发送数据用的是同一个函数

发送写使能信号

/****************发送写使能信号****************************/
void FLASH_WriteEnable(void)
{
	SPI_NSS_Begin();
	/* 发送相应的指令代码 */
	SPI_SendData(W25X_WriteEnable);
	SPI_NSS_Stop();
}

在向FLASH中执行写操作之前，都要进行写使能操作，通过发送写使能指令到FLASH来实现

等待FLASH不忙

/******************等待，直到不忙***********************************/
void FLASH_WaitBusy(void)
{
	uint8_t StatusReg=0x01;
	SPI_NSS_Begin();
   /* 读取状态寄存器中的数据，判断忙标志0x01位 置位代表忙 */
	SPI_SendData(W25X_ReadStatusReg);      
   /* 只读取状态寄存器的BUSY位，即第一位 */
	while((StatusReg & 0x01) == 1) 
		StatusReg=SPI_SendData(Dummy_Byte); 
	SPI_NSS_Stop();
}

FLASH在通讯的过程中需要一定的时间来执行操作，在这期间，传输数据是无效的，因为FLASH忙着呢，所以我们就要有一个函数来专门等！等到FLASH不忙了，再进行通讯，那怎么等呢？FLASH不忙了会给出一个信号——将状态寄存器的BUSY位重置（也就是0），所以我们需要不断的来检测状态寄存器中的BUSY位是否置位，利用读取寄存器状态的指令来获取状态寄存器当下的状态，然后根据寄存器的BUSY位（第1位）来判断FLASH是否处于忙碌状态。
简单来说，这就是个延时函数，延时直到FLASH空闲，可以进行下一步传输。

擦除扇区

/******擦除扇区的内容,切记地址要对其到4kB，每个扇区的大小都是4KB********/
void FLASH_SectorErase(uint32_t addr)
{
	/* 开始的时候要发送写使能信号*/
	FLASH_WriteEnable();
	SPI_NSS_Begin();
	/* 发送扇区擦除命令 */
	SPI_SendData(W25X_SectorErase);
	/* 发送扇区的地址，高位先行 */
	SPI_SendData((addr & 0xff0000) >> 16);
	SPI_SendData((addr & 0xff00) >> 8);
	SPI_SendData(addr & 0xff);
	SPI_NSS_Stop();
	/* 最后也要等待FLASH处理完这次的信号再退出 */
	FLASH_WaitBusy();
}

扇区的擦除之前要发送一个写使能信号，先发送擦除指令，然后发送要擦除扇区的地址（分三个字节发出去），高位先行。
扇区上的内容不是1就是0，擦除的过程就是写1的过程（将一个扇区全部写1），因为在写入数据的时候，可以将1写为0，但不能将0写为1.

写入数据

/************按页写入数据，但写入之前要进行擦除***********/
void FLASH_PageWrite(uint32_t addr , uint8_t* pBuffer ,uint8_t size)
{
	/* 开始的时候要发送写使能信号 */
	FLASH_WriteEnable();
	SPI_NSS_Begin();
	/* 发送页写入命令 */
	SPI_SendData(W25X_PageProgram);
	/* 发送写入的地址，高位先行 */
	SPI_SendData((addr & 0xff0000) >> 16);
	SPI_SendData((addr & 0xff00) >> 8);
	SPI_SendData(addr & 0xff);
	/* 逐位发送数据 */
	while(size--)
	{
		SPI_SendData(*pBuffer);
		pBuffer++;
	}
	SPI_NSS_Stop();
	/* 最后也要等待FLASH处理完这次的信号再退出 */
	FLASH_WaitBusy();
}

在执行写入数据的时候函数的参数有三部分：
1.要写入的地址
2.要写入数据的首地址
3.要写入数据的大小
函数在执行的过程中，首先发送一个写使能信号，然后发送写数据指令，紧接着发送数据要写入的地址，然后就是逐位发送数据了，函数最后等FLASH处理完这次操作再退出。

读取数据

/**********************读取指定地址、指定长度的数据******************/
/* 因为读取在了指针中，所以不需要返回值 */
void FLASH_BufferRead(uint32_t addr , uint8_t* pBuffer ,uint16_t size)
{
	SPI_NSS_Begin();
	/* 发送读取命令 */
	SPI_SendData(W25X_ReadData);
	/* 发送读取数据的地址，高位先行 */
	SPI_SendData((addr & 0xff0000) >> 16);
	SPI_SendData((addr & 0xff00) >> 8);
	SPI_SendData(addr & 0xff);
	/* 逐位读取数据到指针上 */
	while(size--)
	{
		*pBuffer=SPI_SendData(Dummy_Byte);
		pBuffer++;
	}
	SPI_NSS_Stop();
}

在执行读出数据的时候函数的参数也有三部分：
1.要读出的地址
2.读出到指定地址
3.读出数据的大小
函数执行过程，首先发送读取指令（这时就不用发送写使能了），然后读取数据的地址，然后将数据逐位读取在固定地址中（地址最好是全局变量），使用时再从全局变量地址中获取数据。
这里涉及到函数的返回值问题，具体分析链接：返回多个变量怎么办

注

有一个问题当时困扰了博主一天，那就是发送和读取数据时，怎么把数据返回到主函数中，解决方法是，创建俩个全局变量数组，一个负责发送数据、另一个负责接收数据，这样就ok了
附上主函数

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "flash.h"

uint8_t  Rx[100];
uint8_t  Tx[]="小全全的实验终于好了...",n;

int main(void)
{
	DEBUG_USART_Config();
	SPI_Config();
  printf("欢迎来到小全全的FLASH实验\n");
	printf("FLASH的ID为0x%X\n",FLASH_ReadID());
	FLASH_SectorErase(0x00000);
	n=sizeof(Tx);
	n--;
  FLASH_PageWrite(0x00000 ,Tx ,n);	
	FLASH_BufferRead(0x00000 ,Rx ,n);
	printf("接收到数据为%s\n",Rx);
		while(1)
	{
		;
	}
}

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