STM32-SPI讀寫串行FLASH

SPI協議簡介

SPI協議是由摩托羅拉公司提出的通訊協議(Serial Peripheral Interface)，即串行外圍設備接口，是一種高速全雙工的通信總線。它被廣泛地使用在 ADC、 LCD 等設備與 MCU 間，要求通訊速率較高的場合。

學習本章時，可與 I2C 章節對比閱讀，體會兩種通訊總線的差異以及 EEPROM 存儲器與 FLASH 存儲器的區別。下面我們分別對 SPI 協議的物理層及協議層進行講解。

SPI物理層

SPI 通訊設備之間的常用連接方式見圖 24-1。

SPI 通訊使用 3 條總線及片選線， 3 條總線分別為 SCK、 MOSI、 MISO，片選線為SS，它們的作用介紹如下：

(1) ss( Slave Select)：從設備選擇信號線，常稱為片選信號線，也稱為 NSS、 CS，以下用 NSS 表示。 當有多個 SPI 從設備與 SPI 主機相連時，設備的其它信號線 SCK、MOSI 及 MISO 同時並聯到相同的 SPI 總線上，即無論有多少個從設備，都共同只使用這 3 條總線；而每個從設備都有獨立的這一條 NSS 信號線，本信號線獨占主機的一個引腳，即有多少個從設備，就有多少條片選信號線。 I2C 協議中通過設備地址來尋址、選中總線上的某個設備並與其進行通訊；而 SPI 協議中沒有設備地址，它使用 NSS 信號線來尋址，當主機要選擇從設備時，把該從設備的 NSS 信號線設置為低電平，該從設備即被選中，即片選有效，接着主機開始與被選中的從設備進行 SPI 通訊。所以SPI 通訊以 NSS 線置低電平為開始信號，以 NSS 線被拉高作為結束信號。

(2) SCK (Serial Clock)： 時鍾信號線，用於通訊數據同步。它由通訊主機產生，決定了通訊的速率，不同的設備支持的最高時鍾頻率不一樣，如 STM32 的 SPI 時鍾頻率最大為fpclk/2，兩個設備之間通訊時，通訊速率受限於低速設備。

(3) MOSI (Master Output， Slave Input)： 主設備輸出/從設備輸入引腳。主機的數據從這條信號線輸出，從機由這條信號線讀入主機發送的數據，即這條線上數據的方向為主機到從機。

(4) MISO(Master Input,， Slave Output)： 主設備輸入/從設備輸出引腳。主機從這條信號線讀入數據，從機的數據由這條信號線輸出到主機，即在這條線上數據的方向為從機到主機

協議層

2. SPI基本通訊過程

先看看 SPI 通訊的通訊時序，見圖 24-2。

這是一個主機的通訊時序。 NSS、 SCK、 MOSI 信號都由主機控制產生，而 MISO 的信號由從機產生，主機通過該信號線讀取從機的數據。 MOSI 與 MISO 的信號只在 NSS 為低電平的時候才有效，在 SCK 的每個時鍾周期 MOSI 和 MISO 傳輸一位數據。

以上通訊流程中包含的各個信號分解如下：

3. 通訊的起始和停止信號

在圖 24-2 中的標號1處， NSS 信號線由高變低，是 SPI 通訊的起始信號。 NSS 是每個從機各自獨占的信號線，當從機檢在自己的 NSS 線檢測到起始信號后，就知道自己被主機選中了，開始准備與主機通訊。在圖中的標號6處， NSS 信號由低變高，是 SPI 通訊的停止信號，表示本次通訊結束，從機的選中狀態被取消。

4. 數據有效性

SPI 使用 MOSI 及 MISO 信號線來傳輸數據，使用 SCK 信號線進行數據同步。 MOSI及 MISO 數據線在 SCK 的每個時鍾周期傳輸一位數據，且數據輸入輸出是同時進行的。數據傳輸時， MSB 先行或 LSB 先行並沒有作硬性規定，但要保證兩個 SPI 通訊設備之間使用同樣的協定，一般都會采用圖 24-2 中的 MSB 先行模式。

觀察圖中的2、3、4、5標號處， MOSI 及 MISO 的數據在 SCK 的上升沿期間變化輸出，在 SCK 的下降沿時被采樣。即在 SCK 的下降沿時刻， MOSI 及 MISO 的數據有效，高電平時表示數據“1”，為低電平時表示數據“0”。在其它時刻，數據無效， MOSI 及 MISO為下一次表示數據做准備。

SPI 每次數據傳輸可以 8 位或 16 位為單位，每次傳輸的單位數不受限制。

5. CPOL/CPHA 及通訊模式

上面講述的圖 24-2 中的時序只是 SPI 中的其中一種通訊模式， SPI 一共有四種通訊模式，它們的主要區別是總線空閑時 SCK 的時鍾狀態以及數據采樣時刻。為方便說明，在此引入“時鍾極性CPOL”和“時鍾相位 CPHA”的概念。

時鍾極性 CPOL 是指 SPI 通訊設備處於空閑狀態時， SCK 信號線的電平信號(即 SPI 通訊開始前、 NSS 線為高電平時 SCK 的狀態)。 CPOL=0 時， SCK 在空閑狀態時為低電平，CPOL=1 時，則相反。

時鍾相位 CPHA 是指數據的采樣的時刻，當 CPHA=0 時， MOSI 或 MISO 數據線上的信號將會在 SCK 時鍾線的“奇數邊沿” 被采樣。當 CPHA=1 時，數據線在 SCK 的“偶數邊沿” 采樣。見圖 24-3 及圖 24-4。

我們來分析這個 CPHA=0 的時序圖。首先，根據 SCK 在空閑狀態時的電平，分為兩種情況。 SCK 信號線在空閑狀態為低電平時， CPOL=0；空閑狀態為高電平時， CPOL=1。

無論 CPOL=0 還是=1，因為我們配置的時鍾相位 CPHA=0，在圖中可以看到， 采樣時刻都是在 SCK 的奇數邊沿。注意當 CPOL=0 的時候，時鍾的奇數邊沿是上升沿，而CPOL=1 的時候，時鍾的奇數邊沿是下降沿。所以 SPI 的采樣時刻不是由上升/下降沿決定的。 MOSI 和 MISO 數據線的有效信號在 SCK 的奇數邊沿保持不變，數據信號將在 SCK 奇數邊沿時被采樣，在非采樣時刻， MOSI 和 MISO 的有效信號才發生切換。類似地，當 CPHA=1 時，不受 CPOL 的影響，數據信號在 SCK 的偶數邊沿被采樣，見圖 24-4。

由 CPOL 及 CPHA 的不同狀態， SPI 分成了四種模式，見表 24-1，主機與從機需要工作在相同的模式下才可以正常通訊，實際中采用較多的是“模式 0”與“模式 3”。

STM32的SPI特性及架構

與 I2C 外設一樣， STM32 芯片也集成了專門用於 SPI 協議通訊的外設。

STM32的SPI外設簡介

STM32 的 SPI 外設可用作通訊的主機及從機，支持最高的 SCK 時鍾頻率為 fpclk/2(STM32F429 型號的芯片默認 fpclk1為 90MHz， fpclk2 為 45MHz)，完全支持 SPI 協議的 4 種模式，數據幀長度可設置為 8 位或 16 位，可設置數據 MSB 先行或 LSB 先行。它還支持雙線全雙工(前面小節說明的都是這種模式)、雙線單向以及單線模式。其中雙線單向模式可以同時使用 MOSI 及 MISO 數據線向一個方向傳輸數據，可以加快一倍的傳輸速度。而單線模式則可以減少硬件接線，當然這樣速率會受到影響。我們只講解雙線全雙工模式。

STM32 的 SPI 外設還支持 I2S 功能， I2S 功能是一種音頻串行通訊協議，在我們以后講解 MP3 播放器的章節中會進行介紹。

STM32 的SPI架構剖析

2. 通訊引腳

SPI 的所有硬件架構都從圖 24-5 中左側 MOSI、 MISO、 SCK 及 NSS 線展開的。STM32 芯片有多個 SPI 外設，它們的 SPI 通訊信號引出到不同的 GPIO 引腳上，使用時必須配置到這些指定的引腳，見表 24-2。關於 GPIO 引腳的復用功能，可查閱《STM32F4xx規格書》，以它為准。

其中 SPI1、 SPI4、 SPI5、 SPI6 是 APB2 上的設備，最高通信速率達 45Mbtis/s， SPI2、SPI3 是 APB1 上的設備，最高通信速率為 22.5Mbits/s。其它功能上沒有差異。

3. 時鍾控制邏輯

SCK 線的時鍾信號，由波特率發生器根據“控制寄存器CR1”中的 BR[0:2]位控制，該位是對 fpclk時鍾的分頻因子，對 fpclk 的分頻結果就是 SCK 引腳的輸出時鍾頻率，計算方法見表 24-3。

其中的 fpclk頻率是指 SPI 所在的 APB 總線頻率， APB1 為 fpclk1， APB2 為 fpckl2。通過配置“控制寄存器 CR”的“CPOL 位”及“CPHA”位可以把 SPI 設置成前面分析的 4 種 SPI 模式。

4. 數據控制邏輯

SPI 的 MOSI 及 MISO 都連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的內容來源於接收緩沖區及發送緩沖區以及 MISO、 MOSI 線。當向外發送數據的時候，數據移位寄存器以“發送緩沖區”為數據源，把數據一位一位地通過數據線發送出去；當從外部接收數據的時候，數據移位寄存器把數據線采樣到的數據一位一位地存儲到“接收緩沖區”中。通過寫 SPI 的“數據寄存器 DR”把數據填充到發送緩沖區中，通過 “數據寄存器 DR”，可以獲取接收緩沖區中的內容。其中數據幀長度可以通過“控制寄存器 CR1”的“DFF 位”配置成 8 位及 16 位模式；配置“LSBFIRST 位”可選擇 MSB 先行還是 LSB 先行。

5. 整體控制邏輯

整體控制邏輯負責協調整個 SPI 外設，控制邏輯的工作模式根據我們配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數而改變，基本的控制參數包括前面提到的 SPI 模式、波特率、 LSB先行、主從模式、單雙向模式等等。在外設工作時，控制邏輯會根據外設的工作狀態修改“狀態寄存器(SR)”，我們只要讀取狀態寄存器相關的寄存器位，就可以了解 SPI 的工作狀態了。除此之外，控制邏輯還根據要求，負責控制產生 SPI 中斷信號、 DMA 請求及控制NSS 信號線。

實際應用中，我們一般不使用STM32 SPI 外設的標准 NSS 信號線，而是更簡單地使用普通的 GPIO，軟件控制它的電平輸出，從而產生通訊起始和停止信號。

通訊過程

STM32 使用 SPI 外設通訊時，在通訊的不同階段它會對“狀態寄存器 SR”的不同數據位寫入參數，我們通過讀取這些寄存器標志來了解通訊狀態。

圖 24-6 中的是“主模式”流程，即 STM32 作為 SPI 通訊的主機端時的數據收發過程。

主模式收發流程及事件說明如下：

(1) 控制 NSS 信號線，產生起始信號(圖中沒有畫出)；

(2) 把要發送的數據寫入到“數據寄存器 DR”中，該數據會被存儲到發送緩沖區；

(3) 通訊開始， SCK 時鍾開始運行。 MOSI 把發送緩沖區中的數據一位一位地傳輸出去； MISO 則把數據一位一位地存儲進接收緩沖區中；

(4) 當發送完一幀數據的時候，“狀態寄存器 SR”中的“TXE 標志位”會被置 1，表示傳輸完一幀，發送緩沖區已空；類似地，當接收完一幀數據的時候，“RXNE標志位”會被置 1，表示傳輸完一幀，接收緩沖區非空；

(5) 等待到“TXE 標志位”為 1 時，若還要繼續發送數據，則再次往“數據寄存器DR”寫入數據即可；等待到“RXNE 標志位”為 1 時，通過讀取“數據寄存器DR”可以獲取接收緩沖區中的內容。

假如我們使能了 TXE 或 RXNE 中斷， TXE 或 RXNE 置 1 時會產生 SPI 中斷信號，進入同一個中斷服務函數，到 SPI 中斷服務程序后，可通過檢查寄存器位來了解是哪一個事件，再分別進行處理。也可以使用 DMA 方式來收發“數據寄存器 DR”中的數據。

SPI初始化結構體詳解

跟其它外設一樣， STM32 標准庫提供了 SPI 初始化結構體及初始化函數來配置 SPI 外設。初始化結構體及函數定義在庫文件“stm32f4xx_spi.h”及“stm32f4xx_spi.c”中，編程時我們可以結合這兩個文件內的注釋使用或參考庫幫助文檔。了解初始化結構體后我們就能對 SPI 外設運用自如了， 見代碼清單 24-1。

代碼清單 24-1 SPI 初始化結構體

typedef struct
{
    uint16_t SPI_Direction; /*設置 SPI 的單雙向模式 */
    uint16_t SPI_Mode; /*設置 SPI 的主/從機端模式 */
    uint16_t SPI_DataSize; /*設置 SPI 的數據幀長度，可選 8/16 位 */
    uint16_t SPI_CPOL; /*設置時鍾極性 CPOL，可選高/低電平*/
    uint16_t SPI_CPHA; /*設置時鍾相位，可選奇/偶數邊沿采樣 */
    uint16_t SPI_NSS; /*設置 NSS 引腳由 SPI 硬件控制還是軟件控制*/
    uint16_t SPI_BaudRatePrescaler; /*設置時鍾分頻因子， fpclk/分頻數=fSCK */
    uint16_t SPI_FirstBit; /*設置 MSB/LSB 先行 */
    uint16_t SPI_CRCPolynomial; /*設置 CRC 校驗的表達式 */
} SPI_InitTypeDef;

這些結構體成員說明如下，其中括號內的文字是對應參數在 STM32 標准庫中定義的宏：

(1) SPI_Direction

本成員設置 SPI 的通訊方向，可設置為雙線全雙工(SPI_Direction_2Lines_FullDuplex)，雙線只接收(SPI_Direction_2Lines_RxOnly)，單線只接收(SPI_Direction_1Line_Rx)、單線只發送模式(SPI_Direction_1Line_Tx)。

(2) SPI_Mode

本成員設置 SPI 工作在主機模式(SPI_Mode_Master)或從機模式(SPI_Mode_Slave )，這兩個模式的最大區別為 SPI 的 SCK 信號線的時序， SCK 的時序是由通訊中的主機產生的。若被配置為從機模式， STM32 的 SPI 外設將接受外來的 SCK 信號。

(3) SPI_DataSize

本成員可以選擇 SPI 通訊的數據幀大小是為 8 位(SPI_DataSize_8b)還是 16 位(SPI_DataSize_16b)。

(4) SPI_CPOL 和 SPI_CPHA

這兩個成員配置 SPI 的時鍾極性 CPOL 和時鍾相位 CPHA，這兩個配置影響到 SPI 的通訊模式，關於 CPOL 和 CPHA 的說明參考前面“通訊模式”小節。

時鍾極性 CPOL 成員，可設置為高電平(SPI_CPOL_High)或低電平(SPI_CPOL_Low )。

時鍾相位 CPHA 則可以設置為 SPI_CPHA_1Edge(在 SCK 的奇數邊沿采集數據) 或SPI_CPHA_2Edge (在 SCK 的偶數邊沿采集數據) 。

(5) SPI_NSS

本成員配置 NSS 引腳的使用模式，可以選擇為硬件模式(SPI_NSS_Hard )與軟件模式(SPI_NSS_Soft )，在硬件模式中的 SPI 片選信號由 SPI 硬件自動產生，而軟件模式則需要我們親自把相應的 GPIO 端口拉高或置低產生非片選和片選信號。實際中軟件模式應用比較多。

(6) SPI_BaudRatePrescaler

本成員設置波特率分頻因子，分頻后的時鍾即為 SPI 的 SCK 信號線的時鍾頻率。這個成員參數可設置為 fpclk 的 2、 4、 6、 8、 16、 32、 64、 128、 256 分頻。

(7) SPI_FirstBit

所有串行的通訊協議都會有 MSB 先行(高位數據在前)還是 LSB 先行(低位數據在前)的問題，而 STM32 的 SPI 模塊可以通過這個結構體成員，對這個特性編程控制。

(8) SPI_CRCPolynomial

這是 SPI 的 CRC 校驗中的多項式，若我們使用 CRC 校驗時，就使用這個成員的參數(多項式)，來計算 CRC 的值。

配置完這些結構體成員后，我們要調用 SPI_Init 函數把這些參數寫入到寄存器中，實現 SPI 的初始化，然后調用 SPI_Cmd 來使能 SPI 外設。

本實驗板中的 FLASH 芯片(型號： W25Q128)是一種使用 SPI 通訊協議的 NOR FLASH存儲器，它的 CS/CLK/DIO/DO 引腳分別連接到了 STM32 對應的 SDI 引腳NSS/SCK/MOSI/MISO 上，其中 STM32 的 NSS 引腳是一個普通的 GPIO，不是 SPI 的專用NSS 引腳，所以程序中我們要使用軟件控制的方式。

FLASH 芯片中還有 WP 和 HOLD 引腳。 WP 引腳可控制寫保護功能，當該引腳為低電平時，禁止寫入數據。我們直接接電源，不使用寫保護功能。 HOLD 引腳可用於暫停通訊，該引腳為低電平時，通訊暫停，數據輸出引腳輸出高阻抗狀態，時鍾和數據輸入引腳無效。我們直接接電源，不使用通訊暫停功能。

關於 FLASH 芯片的更多信息，可參考其數據手冊《W25Q128》來了解。若您使用的實驗板 FLASH 的型號或控制引腳不一樣， 只需根據我們的工程修改即可，程序的控制原理相同。

軟件設計

SPI 的接收過程和發送過程實質是一樣的，收發同步進行，關鍵在於我們的上層應用中，關注的是發送還是接收的數據。

控制 FLASH 的指令

搞定 SPI 的基本收發單元后，還需要了解如何對 FLASH 芯片進行讀寫。 FLASH 芯片自定義了很多指令，我們通過控制 STM32 利用 SPI 總線向 FLASH 芯片發送指令， FLASH芯片收到后就會執行相應的操作。

而這些指令，對主機端(STM32)來說，只是它遵守最基本的 SPI 通訊協議發送出的數據，但在設備端(FLASH 芯片)把這些數據解釋成不同的意義，所以才成為指令。查看FLASH 芯片的數據手冊《W25Q128》，可了解各種它定義的各種指令的功能及指令格式，見表 24-4。

該表中的第一列為指令名，第二列為指令編碼，第三至第 N 列的具體內容根據指令的不同而有不同的含義。其中帶括號的字節參數，方向為 FLASH 向主機傳輸，即命令響應，不帶括號的則為主機向 FLASH 傳輸。表中“A0~A23” 指 FLASH 芯片內部存儲器組織的地址； “M0~M7” 為廠商號（MANUFACTURER ID）； “ID0-ID15”為 FLASH 芯片的ID；“dummy”指該處可為任意數據；“D0~D7” 為 FLASH 內部存儲矩陣的內容。

在 FLSAH 芯片內部，存儲有固定的廠商編號(M7-M0)和不同類型 FLASH 芯片獨有的編號(ID15-ID0)，見表 24-5。

通過指令表中的讀 ID 指令“JEDEC ID”可以獲取這兩個編號， 該指令編碼為“9Fh”，其中“9Fh”是指 16 進制數“9F” (相當於 C 語言中的 0x9F)。緊跟指令編碼的三個字節分別為 FLASH 芯片輸出的“(M7-M0)”、“(ID15-ID8)”及“(ID7-ID0)” 。

此處我們以該指令為例，配合其指令時序圖進行講解，見圖 24-8。

主機首先通過 MOSI 線向 FLASH 芯片發送第一個字節數據為“9F h” ，當 FLASH 芯片收到該數據后，它會解讀成主機向它發送了“JEDEC 指令”，然后它就作出該命令的響應： 通過 MISO 線把它的廠商 ID(M7-M0)及芯片類型(ID15-0)發送給主機，主機接收到指令響應后可進行校驗。 常見的應用是主機端通過讀取設備 ID 來測試硬件是否連接正常，或用於識別設備。

對於 FLASH 芯片的其它指令，都是類似的，只是有的指令包含多個字節，或者響應包含更多的數據。

實際上，編寫設備驅動都是有一定的規律可循的。首先我們要確定設備使用的是什么通訊協議。如上一章的 EEPROM 使用的是 I2C，本章的 FLASH 使用的是 SPI。那么我們就先根據它的通訊協議，選擇好 STM32 的硬件模塊，並進行相應的 I2C 或 SPI 模塊初始化。接着，我們要了解目標設備的相關指令，因為不同的設備，都會有相應的不同的指令。如EEPROM 中會把第一個數據解釋為內部存儲矩陣的地址(實質就是指令)。而 FLASH 則定義了更多的指令，有寫指令，讀指令，讀 ID 指令等等。最后，我們根據這些指令的格式要求，使用通訊協議向設備發送指令，達到控制設備的目標。

FLASH 扇區擦除

由於 FLASH 存儲器的特性決定了它只能把原來為“1”的數據位改寫成“0”，而原來為“0”的數據位不能直接改寫為“1”。所以這里涉及到數據“擦除”的概念，在寫入前，必須要對目標存儲矩陣進行擦除操作，把矩陣中的數據位擦除為“1”，在數據寫入的時候，如果要存儲數據“1”，那就不修改存儲矩陣 ，在要存儲數據“0”時，才更改該位。

通常，對存儲矩陣擦除的基本操作單位都是多個字節進行，如本例子中的 FLASH 芯片支持“扇區擦除”、“塊擦除”以及“整片擦除”，見表 24-6。

FLASH 芯片的最小擦除單位為扇區(Sector)，而一個塊(Block)包含 16 個扇區，其內部存儲矩陣分布見圖 24-11。

使用扇區擦除指令“Sector Erase”可控制 FLASH 芯片開始擦寫，其指令時序見圖24-14。

扇區擦除指令的第一個字節為指令編碼，緊接着發送的 3 個字節用於表示要擦除的存儲矩陣地址。要注意的是在扇區擦除指令前，還需要先發送“寫使能”指令，發送扇區擦除指令后，通過讀取寄存器狀態等待扇區擦除操作完畢，代碼實現見代碼清單 24-10。

代碼清單 24-10 擦除扇區

/**
* @brief 擦除 FLASH 扇區
* @param SectorAddr：要擦除的扇區地址
* @retval 無
*/
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr)
{
    /* 發送 FLASH 寫使能命令 */
    SPI_FLASH_WriteEnable();
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
    /* 擦除扇區 */
    /* 選擇 FLASH: CS 低電平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();
    /* 發送扇區擦除指令*/
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);
    /*發送擦除扇區地址的高位*/
    SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 發送擦除扇區地址的中位 */
    SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
    /* 發送擦除扇區地址的低位 */
    SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
    /* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();
    /* 等待擦除完畢*/
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();

}

這段代碼調用的函數在前面都已講解，只要注意發送擦除地址時高位在前即可。 調用扇區擦除指令時注意輸入的地址要對齊到 4KB。

FLASH 的頁寫入

目標扇區被擦除完畢后，就可以向它寫入數據了。與 EEPROM 類似， FLASH 芯片也有頁寫入命令，使用頁寫入命令最多可以一次向 FLASH 傳輸 256 個字節的數據，我們把這個單位為頁大小。 FLASH 頁寫入的時序見圖 24-13。

從時序圖可知，第 1 個字節為“頁寫入指令”編碼， 2-4 字節為要寫入的“地址 A”，接着的是要寫入的內容，最多個可以發送 256 字節數據，這些數據將會從“地址 A”開始，按順序寫入到 FLASH 的存儲矩陣。若發送的數據超出 256 個，則會覆蓋前面發送的數據。

與擦除指令不一樣，頁寫入指令的地址並不要求按 256 字節對齊，只要確認目標存儲單元是擦除狀態即可(即被擦除后沒有被寫入過)。所以，若對“地址 x”執行頁寫入指令后，發送了 200 個字節數據后終止通訊，下一次再執行頁寫入指令，從“地址(x+200)”開始寫入 200 個字節也是沒有問題的(小於 256 均可)。 只是在實際應用中由於基本擦除單元是4KB，一般都以扇區為單位進行讀寫，想深入了解，可學習我們的“FLASH 文件系統”相關的例子。

把頁寫入時序封裝成函數，其實現見代碼清單 24-11。

代碼清單 24-11 FLASH 的頁寫入

/**
* @brief 對 FLASH 按頁寫入數據，調用本函數寫入數據前需要先擦除扇區
* @param pBuffer，要寫入數據的指針
* @param WriteAddr，寫入地址
* @param NumByteToWrite，寫入數據長度，必須小於等於頁大小
* @retval 無
*/
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
    /* 發送 FLASH 寫使能命令 */
    SPI_FLASH_WriteEnable();    
    /* 選擇 FLASH: CS 低電平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();
    /* 寫送寫指令*/
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);
    /*發送寫地址的高位*/
    SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
    /*發送寫地址的中位*/
    SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
    /*發送寫地址的低位*/
    SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);
    
    if (NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize)
    {
        NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;
        FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");
    }
    
    /* 寫入數據*/
    while (NumByteToWrite--)
    {
        /* 發送當前要寫入的字節數據 */
        SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
        /* 指向下一字節數據 */
        pBuffer++;
    }
    
    /* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();

    /* 等待寫入完畢*/
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

這段代碼的內容為： 先發送“寫使能”命令，接着才開始頁寫入時序， 然后發送指令編碼、地址， 再把要寫入的數據一個接一個地發送出去，發送完后結束通訊，檢查 FLASH狀態寄存器，等待 FLASH 內部寫入結束。

不定量數據寫入

應用的時候我們常常要寫入不定量的數據，直接調用“頁寫入”函數並不是特別方便，所以我們在它的基礎上編寫了“不定量數據寫入”的函數，基實現見代碼清單 24-12。

代碼清單 24-12 不定量數據寫入

/**
* @brief 對 FLASH 寫入數據，調用本函數寫入數據前需要先擦除扇區
* @param pBuffer，要寫入數據的指針
* @param WriteAddr，寫入地址
* @param NumByteToWrite，寫入數據長度
* @retval 無
*/
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
    u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
    
    /*mod 運算求余，若 writeAddr 是 SPI_FLASH_PageSize 整數倍，運算結果 Addr 值為
    */
    Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;
    
    /*差 count 個數據值，剛好可以對齊到頁地址*/
    count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;
    /*計算出要寫多少整數頁*/
    NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
    /*mod 運算求余，計算出剩余不滿一頁的字節數*/
    NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
    
    /* Addr=0,則 WriteAddr 剛好按頁對齊 aligned */
    if (Addr == 0)
    {
        /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
        if (NumOfPage == 0)
        {
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
        }
        else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
        {
        /*先把整數頁都寫了*/
        while (NumOfPage--)
        {
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
            WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
            pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
        }
        
        /*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
        }
    }
    /* 若地址與 SPI_FLASH_PageSize 不對齊 */
    else
    {
        /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
        if (NumOfPage == 0)
        {
            /*當前頁剩余的 count 個位置比 NumOfSingle 小，寫不完*/
            if (NumOfSingle > count)
            {
                temp = NumOfSingle - count;
                
                /*先寫滿當前頁*/
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
                WriteAddr += count;
                pBuffer += count;
                
                /*再寫剩余的數據*/
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);
            }
            else /*當前頁剩余的 count 個位置能寫完 NumOfSingle 個數據*/
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
            }
        }
        else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
        {
            /*地址不對齊多出的 count 分開處理，不加入這個運算*/
            NumByteToWrite -= count;
            NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
            NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
            
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
            WriteAddr += count;
            pBuffer += count;
            
            /*把整數頁都寫了*/
            while (NumOfPage--)
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
                WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
                pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
            }
            /*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/
            if (NumOfSingle != 0)
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
            }
        }
    }
}

這段代碼與 EEPROM 章節中的“快速寫入多字節”函數原理是一樣的，運算過程在此不再贅述。區別是頁的大小以及實際數據寫入的時候，使用的是針對 FLASH 芯片的頁寫入函數，且在實際調用這個“不定量數據寫入”函數時，還要注意確保目標扇區處於擦除狀態。

從 FLASH 讀取數據

相對於寫入， FLASH 芯片的數據讀取要簡單得多，使用讀取指令“Read Data”即可，其指令時序見圖 24-14。

發送了指令編碼及要讀的起始地址后， FLASH 芯片就會按地址遞增的方式返回存儲矩陣的內容，讀取的數據量沒有限制，只要沒有停止通訊， FLASH 芯片就會一直返回數據。代碼實現見代碼清單 24-13。

代碼清單 24-13 從 FLASH 讀取數據

/**
* @brief 讀取 FLASH 數據
* @param pBuffer，存儲讀出數據的指針
* @param ReadAddr，讀取地址
* @param NumByteToRead，讀取數據長度
* @retval 無
*/
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{
    /* 選擇FLASH: CS 低電平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();

    /* 發送讀 指令 */
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);

    /* 發送讀 地址高位 */
    SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);

    /* 發送讀 地址中位 */
    SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);

    /* 發送讀 地址低位 */
    SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);

    /* 讀取數據 */
    while (NumByteToRead--)
    {
        /* 讀取一個字節*/
        *pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
        /* 指向下一個字節緩沖區 */
        pBuffer++;
    }

    /* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

由於讀取的數據量沒有限制，所以發送讀命令后一直接收 NumByteToRead 個數據到結束即可。

參考引用：

1. 野火---《零死角玩轉STM32-F429挑戰者》
2. 《STM32F4xx中文參考手冊》
3. 《Cortex-M4內核編程手冊》