STM32之FLASH驅動

本文介紹如何使用STM32標准外設庫驅動FLASH，本例程驅動的FLASH為W25Q64。

本文適合對單片機及Ｃ語言有一定基礎的開發人員閱讀，MCU使用STM32F103VE系列。

 

1. FLASH簡介

FLASH存儲器又稱為閃存，為可重復擦寫的存儲器，容量比EEPROM大的多。

FLASH在寫入數據時只能把1改成0，而0無法直接改成1，因此要寫入數據時，必須先執行擦除操作，而一次擦除操作無法僅擦除一個字節，必須將一整塊區域的數據全部改成1。因此FLASH操作的特性是擦除時必須一次擦除一整塊區域；寫入時可以按字節或按塊寫入；讀取則不受限制，可以讀取一個字節和任意多個字節。

FLASH可分為NOR FLASH和NAND FLASH，兩者特性有所區別，NOR FLASH讀取速度快、可以按字節讀寫，但容量相同的情況下價格較高，而NAND FLASH讀取速度較慢，只能按塊為單位讀寫，但容量相同的情況下價格較低。一般NOR FLASH適用於存儲程序代碼，NAND FLASH適用於存儲大數據量存儲。

2. 常用FLASH

一般常用的NOR FLASH為Winbond公司的W25Qxx系列，常用容量從16M到256Mbit不等，換算成字節為2M到32MBytes，可以根據項目需求和價格綜合考慮選型。

3.FLASH操作說明

以W25Q64舉例，W25Q64容量為64Mbit，即8MByte，地址范圍0~0x800000，3個字節即可表示，因此地址長度為3字節。

W25Q64共分為128個Block，每個Block為64Kbytes，每個Block又分為16個Sector，每個Sector為4Kbytes，每個Sector又可分為16個Pages，每個Page有256個字節，每次擦除時至少需要擦除一整個Sector，寫入時則可以單字節寫入，也可以寫入多個字節，但最多寫入一個Page，即256個字節。

3.1. 設備ID

W25Q64廠商號為0xEF，FLASH型號為0x4017，可以讀取這些信息判定FLASH是否正常。

3.2. 指令

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。

3.3. 讀取

使用讀取命令（指令編碼為03h），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內部存儲的數據，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。

3.4. 寫使能、寫禁用和狀態讀取

在向 FLASH 寫入數據或者擦除前，首先要使能寫操作，通過發送“Write Enable”命令使FLASH可寫，寫入或者擦除完畢之后，FLASH自動進入寫禁用狀態，無需單獨發送寫禁用命令，當FLASH為寫禁用狀態時，任何寫入或擦除操作無效，這樣可避免誤寫入或誤擦除。

由於FLASH寫入數據需要消耗一定的時間，並不是在總線通訊結束的一瞬間完成的，所以在寫操作后需要確認 FLASH 芯片“空閑”時才能進行再次寫入。為了表示自己的工作狀態，FLASH 芯片定義了一個狀態寄存器，這個狀態寄存器的第 0 位為“BUSY”，當這個位為“1”時，表明 FLASH芯片處於忙碌狀態，它可能正在進行“擦除”或“數據寫入”的操作。利用指令表中的“Read Status Register”指令可以獲取 FLASH 狀態寄存器的內容，只要向 FLASH 芯片發送了讀狀態寄存器的指令，FLASH 芯片就會持續向主機返回最新的狀態寄存器內容，直到收到 SPI通訊的停止信號。因此可以通過查看該位，直到該位為0時，即可對FLASH進行擦除或者寫操作。如果剛寫完數據就執行讀操作，也需要等待。

3.5. 擦除

FLASH寫入數據之前需要先擦除，擦除可分為扇區擦除（Sector Erase）、塊擦除（Block Erase）和整片擦除（Chip Erase）。指令編碼分別為20h、D8h，而整片擦除支持2個命令，即2個命令均可使用，為C7h和60h。要實現擦除操作時先發送指令編碼，扇區擦除和塊擦除需要繼續發送要擦除區域的地址，而整片擦除無需發送地址。要執行擦除操作之前需要確保FLASH處於寫使能狀態，可通過發送寫使能命令實現。

3.6. 寫入

使用頁寫入命令（指令編碼為02h），先發送指令編碼，然后發送要寫的起始地址，然后繼續發送要寫入的內容，一次寫入操作最多寫入256字節數據。 進行寫入之前需要確保FLASH處於寫使能狀態，可通過發送寫使能命令實現。如果想要一次寫入超過256字節，那么就需要對頁寫入命令進行封裝。

 

 

完整代碼（僅自己編寫的部分）

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

#define FLASH_PAGE_SIZE    256        //W25Q64每頁256個字節

#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)標志，FLASH內部正在寫入 */
#define WIP_Flag                  0x01

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

//查看W25Q64是否空閑
//返回值:    1，FLASH忙，無法讀寫
//            0，FLASH空閑，可以讀寫
//注意執行完此函數后，FLASH已取消選中，如果要寫入，必須重新選中
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、寫入數據完畢后會自動禁用寫使能，因此無需再執行寫禁用操作
    注意執行此函數前，必須先選中FLASH
*/
void FLASH_WriteEnable(void)
{
    /* 發送寫使能命令*/
    SPI_WriteByte(W25X_WriteEnable);
}

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

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

    /*把數據組合起來，作為函數的返回值*/
    temp = (temp0 << 16) | (temp1 << 8) | temp2;

    SPI_CS_1;

    return temp;
}

uint8_t FLASH_SectorErase(uint32_t addr)
{
    /* 判斷FLASH是否可寫，如果不可寫，直接返回錯誤 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }
    
    SPI_CS_0;
    
    /* 發送FLASH寫使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

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

    return 0;
}

uint8_t FLASH_ChipErase(void)
{
    /* 判斷FLASH是否可寫，如果不可寫，直接返回錯誤 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;

    /* 發送FLASH寫使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

    /* 發送扇區擦除指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_ChipErase);
    
    SPI_CS_1;

    if(FLASH_WaitReady()){
        return 2;
    }

    return 0;
}

//在W25Q64里面的指定地址開始讀出指定個數的數據
//addr:        開始讀數的地址  
//pBuffer:  需要讀取數據的指針
//numToRead:要讀出數據的個數
//返回值:    1，讀取失敗
//            0，讀取成功
uint8_t FLASH_Read(uint32_t addr, uint8_t *pBuffer, uint32_t numToRead)
{
    SPI_CS_0;

    SPI_WriteByte(W25X_ReadData);
    
    /* 發送 讀 地址高位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 發送 讀 地址中位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /* 發送 讀 地址低位 */
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);
    
    /* 讀取數據 */
    while (numToRead--) /* while there is data to be read */
    {
        /* 讀取一個字節*/
        *pBuffer++ = SPI_ReadByte();
    }

    SPI_CS_1;
    
    return 0;
}  

//在W25Q64指定地址讀出一個數據
//addr:        開始讀數的地址  
//pReadData:需要讀取數據的指針
//返回值:    1，讀取失敗
//            0，讀取成功
uint8_t FLASH_ByteRead(uint32_t addr, uint8_t * pReadData)
{                  
    SPI_CS_0;

    SPI_WriteByte(W25X_ReadData);

    /* 發送 讀 地址高位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 發送 讀 地址中位 */
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /* 發送 讀 地址低位 */
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);
    
    /* 讀取一個字節*/
    *pReadData = SPI_ReadByte();

    SPI_CS_1;

    return 0;
}

//在W25Q64指定地址寫入一個數據
//addr:            寫入數據的目的地址    
//dataToWrite:    要寫入的數據
//返回值:    1，寫入失敗
//            0，寫入成功
uint8_t FLASH_ByteWrite(uint32_t addr, uint8_t dataToWrite)
{    
    /* 判斷FLASH是否可寫，如果不可寫，直接返回錯誤 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;
    
    /* 發送FLASH寫使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();

    /* 寫頁寫指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_PageProgram);
    /*發送寫地址的高位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /*發送寫地址的中位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /*發送寫地址的低位*/
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);

    /* 發送當前要寫入的字節數據 */
    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)
{
    /* 判斷FLASH是否可寫，如果不可寫，直接返回錯誤 */
    if(FLASH_WaitReady()){
        return 1;
    }

    SPI_CS_0;
    
    /* 發送FLASH寫使能命令 */
    FLASH_WriteEnable();
    
    /* 寫頁寫指令*/
    SPI_WriteByte(W25X_PageProgram);
    /*發送寫地址的高位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF0000) >> 16);
    /*發送寫地址的中位*/
    SPI_WriteByte((addr & 0xFF00) >> 8);
    /*發送寫地址的低位*/
    SPI_WriteByte(addr & 0xFF);

    /* 寫入數據*/
    while(numToWrite--)
    {
        /* 發送當前要寫入的字節數據 */
        SPI_WriteByte(*pBuffer++);
    }

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

    return 0;
}

/*
    根據要寫入的地址、長度、頁大小計算如何分頁
    輸入參數：addr：    寫入起始地址
              len：        寫入數據長度
              pageSize：每頁存儲的數據，對於W25Q64來說，該值為256
    要寫入參數：pFirstPageLen：    首頁要寫入的字節
                pLastPageLen：    尾頁要寫入的字節
                pPageNum：        總共要寫入的頁數
*/
void FLASH_GetWritePages(uint32_t addr, uint32_t len, uint32_t pageSize, 
    uint32_t * pFirstPageLen, uint32_t * pLastPageLen, uint32_t * pPageNum)
{
    uint32_t firstPageOffset;    //首頁偏移
    uint32_t otherLen;            //去除首頁之后剩余長度
    uint32_t otherPageNum;        //去除首頁之后剩余整數頁數量
    
    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里面的指定地址開始寫入指定個數的數據
//addr:        開始讀數的地址  
//pBuffer:  需要讀取數據的指針
//NumToWrite:要寫入數據的個數
//返回值:    1，讀取失敗
//            0，讀取成功
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){                        //首頁寫入長度為firstPageLen
            if(FLASH_PageWrite(addr, pBuffer, firstPageLen)){
                goto write_fail;
            }
            addr += firstPageLen;
            pBuffer += firstPageLen;
        }else if(i == pageNum - 1){        //尾頁寫入長度為lastPageLen
            if(FLASH_PageWrite(addr, pBuffer, lastPageLen)){
                goto write_fail;
            }
            addr += lastPageLen;
            pBuffer += lastPageLen;
        }else{                            //除首頁和尾頁外寫入長度為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;
}

 

 

源碼下載：（不包括工程文件和庫文件）

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