当CPHA=1的时候，即表示会在时钟的奇数边沿开始对数据进行采样(第一个时钟边沿开始)。其中，当CPOL=0时，即表示SCK时钟空闲电平为低电平，由低电平变为高电平在变为低电平时，会在奇数边沿(上升沿)进行采样。反之，当CPOL=1时，即SCK时钟空闲时为高电平，由高电平变为低电平在变为高电平，会在偶数边沿(下降沿)进行采样。如下图：
1.3 数据交换
在SCK时钟周期下，MOSI和MISO同时处于工作状态。如下图：
如上，SPI通信中，主机和从机都有属于自己的移位寄存器，其用于数据的传输。主机移位寄存器数据经过MOSI将数据写入从机的移位寄存器，同时，从机移位寄存器的数据页通过MISO传给主机，实现数据的交换。
2. SPI 实现方式2.1 硬件SPI APM32F1xx系列开发板本身自带硬件电路设计而成的硬件SPI。在通信过程中，其依赖于内置的SPI外设，由硬件直接管理数据的传输过程，无需额外编程来控制SPI通信过程中的各个步骤。
2.1.1 硬件SPI使用的优缺点 优点：
1、 可以提供更高的通信速度和一致性
2、 可以实现更高的通信模式。如DMA传输、中断处理和主机模式。
3、 代码复杂度低，易于操作。
缺点：
1、 硬件SPI的配置和功能是固定的，不易修改。
2、 硬件SPI依赖于特定的硬件控制器，不同平台开发存在兼容性问题。
2.2 GPIO模拟SPI 在开发过程中，为了规避因硬件SPI不足而导致开发受阻的情况，可以通过GPIO口和软件控制来实现模拟SPI的通信过程。
2.2.1 GPIO模拟SPI使用的优缺点 优点：
1、 GPIO引脚配置灵活，可以任意选用开发板上的GPIO引脚来进行模拟操作。
2、 成本低，软件模拟SPI不需要额外的硬件设计，只需要有GPIO引脚即可。
缺点：
1、 通信速度低，受困于mcu的处理能力。
2、 代码复杂度高，需要更多的资源。
3. Flash 介绍
Flash，全称是 Flash Memory Controller，即闪存存储器控制器。FLASH通常用于存储程序代码、数据等信息。Flash包括内部Flash和外部Flash。在本文中采用到的W25Q64模块，便是一个SPI接口的外部Flash模块。在运行过程中，Flash存放的代码不会进行修改，且Flash按照扇区来进行操作。
Flash在写入之前数据前，通常需要进行擦除操作。因为Flash要写入数据时，其无法直接在已经被编程的扇区上进行修改，而是需要将整个扇区擦除成初始状态，然后在进行写入操作。
3.1 W25Q64 介绍 W25Q64是一款基于外设接口(SPI)的闪存芯片，它具有8Mbyte的存储空间，是一款大容量的SPI Flash产品。W25Q64将8M的字节容量分为128个块，每个块大小为64K，每个块又分为16个扇区，每个扇区有4K大小。W25Q64的最小擦除单位是扇区，这需要给其开辟一个至少大小为4K的缓冲区。
3.1.1 W25Q64常见命令指令
通过SPI向W25Q64发送指令，即可操作W25Q64。本文中操作所用到的一些指令表，如下图所示：
以页编程为例。在操作之前，需要拉低CS片选，在8个CLK时钟周期里，DI发出指令0x02，随后,在剩下的24个CLK时钟周期里，发送24Bit的地址，最后256*8个CLK，发送256字节数据。其时序图如下：
3.1.2 W25Q64使用的优缺点 优点：
1、 存储空间大
2、 支持高速的串行读写操作，具有较快的数据传输速率
3、 功耗低
4、 采用SPI接口进行通信，容易实现连接和控制。
缺点：
1、 价格高
2、 有限的使用寿命
3、 擦除操作慢
4 . APM32F1xx GPIO模拟SPI读写外部Flash例程讲解 本例程功能介绍：下载程序后，对灯、串口、GPIO模拟SPI的管脚进行初始化和使能操作。之后，对FlashID和DeviceID进行读取操作，读取结束之后会根据判断条件进入不同的状态。如果FlashID读取的数值跟定义好的ID一致，将会进行Flash的读写操作。如果不一致，LED3将会常亮。在Flash的读写操作中，进入写操作之前，先进行一次擦除操作，之后会分别进行写和读数据。操作结束之后，将读取和写入的数据进行对比并放到一个变量1中。之后，进行一次擦除操作，并在进行一次读取操作，与OXFF进行一次对比，并将对比放在变量2中，用于判断是否擦除成功。最后，将变量所得进行一一对比，并且串口和灯会分别做出不同的输出。下面将会对本例程的硬件设计、软件设计框架以及软件设计中的重要函数进行讲解。
4.1 硬件设计 本次实验所需要的硬件设计：
1.外部Flash模块
2.USB转TTL线
外部 Flash模块使用的是 W25Q64型号，W25Q64模块和 APM32F1xx 连接图如下：
USB转TTL线所使用到的GPIO管脚为PA9，PA10，利用USB转TTL线进行数据的接收和发送。其原理图如下：
4.2 软件设计
通过 APM32F1xx 实现GPIO模拟SPI读写外部Flash，需要根据模块的型号配置好外部Flash的ID信息，并且完成GPIO的管脚配置设计以及SPI通信时序，完成之后即可进行读写操作，并对读写操作完成结果输出。代码实现流程图如下：
4.2.1 GPIO引脚配置
对模拟SPI所使用到的GPIO管脚，将SCK、CS、MOSI管脚配置为推挽输出模式，MISO配置为下拉输入模式。参考代码如下：
4.2.2 模拟SPI时序读写操作 本文前面的章节中提出，SPI的传输可以看作一个虚拟的环形拓扑结构，表示输入和输出是在同一时间下进行。参考代码如下：
根据代码得知：
1.在每次读和写一个Byte时，都会循环8次，每次接收和发送一个Bit。在循环中，每次将byte的最高位存放到temp变量中；
2.byte左移一位，将次高位变为最高位，此操作用于下次取最高位。
3.将rx_data右移一位，挪动其最低位，8次循环后，rx_data将高位在前。
4.拉低时钟线，即将空闲电平设置为低电平。
5.根据temp值设置MOSI的引脚电平。
6.拉高时钟线，此时从设备读取MOSI的数据，并写数据到MISO。
7.读取完MISO上的数据，会将其保存到rx_data的最低位。
8.SPI读写结束后，拉低时钟线，进入空闲状态。
4.2.3 W25Q64设备信息读取操作
W25Q64主要有三个ID：制造商编号ID（Manufacturer）、设备ID（Device ID）、唯一表示ID（Unique ID）。其中，制造商编号ID是由Winbond生产的，它的值MF[7:0]为0xEF。设备ID包含两部分，ID[15:0]是芯片类型，为0x4017。ID[7:0]是存储容量。最后，唯一标识ID表示芯片的唯一性，常用于加密。如下图所示：
在代码实现过程中，使用0xAB指令获取设备ID[7:0]，使用0x9F指令获取JEDEC ID（MF[7:0] +ID[15:0]）。在实现过程中，均要先把/CS引脚拉低，然后分别把”ABh”、”9Fh”通过DI发送到芯片。在发送完”ABh”后，会经过一段tRES1时间间隔，芯片便恢复正常工作。在这当中，编程、擦除和写状态寄存器指令执行周期内，执行该指令无效。在发送完”9Fh”后，3个ID信息会分别从DO管脚在SCK的下降沿发送出去。参考代码如下图所示：
4.2.4 扇区擦除操作 根据芯片手册可知，发送0xD8指令，在发送24位的扇区地址，对整个块里面的扇区内容进行全擦除，在擦除完之后，所有字节均变为”FFh”，参考代码如下图所示：
4.2.5 页写入数据操作
W25Q64只能按页写数据，每页数据为256字节，因此一次最多写256字节。进行写入数据时，需要先发送0x02指令，在发送24位的扇区地址，即可对该扇区进行写入操作。参考代码如下图所示：
4.2.6 读取数据操作 进行读取数据时，需要先发送0x03指令，在发送24位的扇区地址，即可对该扇区进行读取操作。参考代码如下图所示：
4.2.7 等待Flash写完成操作
W25Q64有三个状态寄存器，bit[0]代表的是擦除/写入状态标志位。当写入或者读取操作结束时，需要对状态寄存器进行判断，发送”05h”数据获取状态寄存器的数据，当状态寄存器bit[0]的值为1时，还在进行擦除或者写入操作，当该位为0时，表示这时没有任何操作在进行，可以对W25Q64进行擦除或者写入操作。参考代码如下图所示：
5. APM32F1xx GPIO模拟SPI读写外部Flash Demo例程附件
楼主
标题置顶
标题高亮
