百为STM32开发板教程之九——SPI FLASH

只看该作者 · 2013-7-23 21:38

百为STM32开发板教程之九——SPI FLASH

实验目的：把字库写到SPI FLASH中，然后在程序里利用SPI FLASH中的字库进行显示

主要内容：
一、了解SPI通信协议
二、了解STM32的SPI接口及编程
三、了解SPI FLASH的工作原理及读写方法
四、了解如何把字库写到SPI FLASH及把字库读出显示

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一、SPI通信协议
SPI总线规定了4个逻辑信号：
（1）MOSI – SPI总线主机输出/ 从机输入（Master Output/Slave Input）
（2）MISO – SPI总线主机输入/ 从机输出（Master Input/Slave Output）
（3）SCLK – 时钟信号，由主设备产生
（4）CS – 从设备使能信号，由主设备控制（Chip select）

其中SCLK的极性和相位是可设置的：

CPOL表示时钟极性,即空闲状态时的电平，低电平（0）或高电平（1）

CPOH表示数据采样的时钟沿，第一个沿（0）或第二个沿（1）

CPOL和CPOH组成了SPI的四种工作模式：（0） CPOL = 0 CPOH = 0 （1） CPOL = 0 CPOH = 1 （2） CPOL = 1， CPOH = 0 （3） CPOL = 1， CPOH = 1

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二、STM32的SPI接口及编程

STM32F103ZET6有3个SPI，分别为SPI1、SPI2和SPI3。
其中SP2和I2S2，SPI3和I2S3共用管脚，采用SPI功能还是I2S功能是由SPI_I2S_CFGR寄存器的第11位I2SMOD来决定的。

SPI_I2S配置寄存器(SPI_I2S_CFGR)

其中I2SMODE位为1时表示选择I2S模式，为0时表示选择SPI模式。

在我们百为STM32开发板上，是采用STM32的SPI1连接SPI FLASH的

IO对应关系为：
STM32                                                 M25P80
PB2（CS）----------------------------------  S（片选信号）
PA5（SPI1_SCK）-------------------------  C（串行时钟）
PA6（SPI1_MISO）------------------------  Q（串行数据输出）
PA7（SPI1_MOSI）------------------------  D（串行数据输入）

程序中要SPI，首先要调用下面的函数进行初始化
void SPI_FLASH_Init(void)
{
  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  /* 打开SPI1和GPIO时钟 */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIO_CS, ENABLE);
  /* 配置SPI1管脚: SCK, MISO and MOSI */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  /* 配置SPI FLASH 片选IO */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_CS;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_Init(GPIO_CS, &GPIO_InitStructure);
  /* 初始化SPI FLASH片选为高电平 */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
  /* SPI1参数配置 */
  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI为全双工通信
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;  //设置为SPI主模式
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  //设置为8位数据格式
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;  //设置为SPI工作模式4，即CPOL = 1，
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //CPOH = 1
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;  //设置NSS为软件管理
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;  //设置SPI波特率为fpclk/4
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  //设置数据高位在先
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
  SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
  /* 使能SPI1  */
  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

三、了解SPI FLASH的工作原理及读写方法
1、简介
M25P80是一个8Mbit（1Mbitx8）的串行FLASH，具有高级的写保护机制，可以通过SPI兼容的总线进行读写。
M25P80一共有16个扇区，每个扇区有256个页，每个页有256 byte。
通过页写入指令，可以一次写入1-256 byte数据。
通过扇区擦除指令，可以以扇区为单位进行擦除。

2、M25P80的SPI工作模式
M25P80支持两种SPI模式：（0）  CPOL = 0 CPOH = 0 （3）  CPOL = 1， CPOH = 1

3、操作指令
（1）写使能指令（0x06）
部分指令如页写入指令，扇区擦除指令，批量擦除指令操作之前都需要发送写使能指令。
写使能指令时序：

（2）页写入指令（0x02）
页写入需要两个指令，一个是写使能指令（1个字节），另一个是页写入指令（4个字节以上）。

（3）扇区擦除指令（0xD8）
在页写入之前，我们必须擦除相应的扇区。扇区擦除也需要两个指令，一个是写使能指令（1个字节），另一个是扇区擦除指令（4个字节）。
扇区擦除指令时序：

（4）批量擦除指令（0xC7）
批量擦除是指擦除整个芯片内容。批量擦除需要两个指令，一个是写使能指令（1个字节），另一个是批量擦除指令（1个字节）
批量擦除指令时序：

（5）读ID指令（0x9F）
发送读ID指令时数据输出序列：

读ID指令时序：

（6）读数据指令（0x03）
写入读数据指令（1个字节）和地址（3个字节），可以读回1个字节以上的数据。
读数据指令时序：

（7）读状态指令（0x05）
状态寄存器格式：

读状态寄存器指令时序：

读SPI FLASH ID程序：
u32 SPI_FLASH_ReadID(void)
{
  u32 Temp = 0, Temp0 = 0, Temp1 = 0, Temp2 = 0;
  /* 设置片选为低电平，选中SPI FLASH*/
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 发送读ID指令0x9F */
  SPI_FLASH_SendByte(0x9F);
  /* 从SPI FLASH读出第一个字节（0x20） */
  Temp0 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
  /* 从SPI FLASH读出第二个字节（0x20） */
  Temp1 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
  /* 从SPI FLASH读出第三个字节（0x14） */
  Temp2 = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
  /* 设置片选为高电平，取消选择SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
  Temp = (Temp0 << 16) | (Temp1 << 8) | Temp2;
  return Temp;
}

SPI FLASH扇区擦除函数：
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr)
{
  /* 发送写使能指令 */
  SPI_FLASH_WriteEnable();
  /* 扇区擦除 */
  /* 设置片选为低电平，选中SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 发送扇区擦除指令 */
  SPI_FLASH_SendByte(SE);
  /* 发送扇区地址a23~a16 */
  SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /* 发送扇区地址a15~a8 */
  SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
  /* 发送扇区地址a7~a0 */
  SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
  /* 设置片选为高电平，取消选择SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
  /* 等待写操作完成 */
  SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

写入数据到SPI FLASH，SPI FLASH只提供了页写入指令对SPI FLASH进行写操作，一次最多能写256 Byte数据，所以如果超过256 Byte，我们要多次调用页写入指令。
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
  u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
  Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;  //检测地址WriteAddr是否是页(256 Byte)对齐的
  count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;  //Addr 是最后不足一页的地址偏移，count是补齐一页的地址长度
  NumOfPage =  NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;  //计算出总页数
  NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;  //计算出最后不足一页的数据长度
  if (Addr == 0) /* 判断地址WriteAddr是否是页对齐的*/
  {
if (NumOfPage == 0) /* 要写入的字节数NumByteToWrite 小于页大小SPI_FLASH_PageSize，则只调用一次页写入指令即可，否则要调用多次*/
{
   SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
}
else /* 要写入的字节数NumByteToWrite 小于页大小SPI_FLASH_PageSize */
{
   while (NumOfPage--) //写入NumOfPage个页
   {
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
      WriteAddr +=  SPI_FLASH_PageSize;  //地址指向下一页
      pBuffer += SPI_FLASH_PageSize; //pBuffer指针指向要写入下一页的数据
   }
   SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); //写入最后不足一页的字节数
}
  }
  else /* 地址WriteAddr不是页对齐的  */
  {
if (NumOfPage == 0) /* 要写入的字节数NumByteToWrite 小于页大小SPI_FLASH_PageSize */
{
   if (NumOfSingle > count) /* 要写入的数据超出了当前地址WriteAddr到页尾的距离，(NumByteToWrite + WriteAddr) > SPI_FLASH_PageSize */
   {
      temp = NumOfSingle - count;  //超出部分写到下一页，temp表示写到下一页的字节数
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);  //写当前页
      WriteAddr +=  count;  //地址指向下一页
      pBuffer += count; //pBuffer指针指向要写入下一页的数据
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);  //写下一页
   }
   else
   {
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);  //要写入的数据没有超出当前地址WriteAddr到页尾的距离，直接写入当前页
   }
}
else /* 要写入的字节数NumByteToWrite 大于页大小SPI_FLASH_PageSize */
{
   NumByteToWrite -= count;  //NumByteToWrite -count表示补齐当前页地址长度后，剩余的数据长度
   NumOfPage =  NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;  //剩余数据长度所占的页数
   NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize; //剩余数据长度最后不足一页的数据长度
   SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);  //补齐当前页
   WriteAddr +=  count;  //地址指向下一页
   pBuffer += count; //pBuffer指针指向要写入下一页的数据
   while (NumOfPage--) //写入NumOfPage个页
   {
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
      WriteAddr +=  SPI_FLASH_PageSize;  //地址指向下一页
      pBuffer += SPI_FLASH_PageSize; //pBuffer指针指向要写入下一页的数据
   }
   if (NumOfSingle != 0)
   {
      SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); //写入最后不足一页的字节数
   }
}
  }
}

SPI FLASH页写入函数：
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
  /* 发送写使能指令 */
  SPI_FLASH_WriteEnable();
  /* 片选设为低电平，选中SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 发送页写入指令 */
  SPI_FLASH_SendByte(WRITE);
  /* 发送地址a23~a16 */
  SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /* 发送地址a15~a8 */
  SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
  /* 发送地址a7~a0 */
  SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);
  /* 循环写入NumByteToWrite个字节数据 */
  while (NumByteToWrite--)
  {
/* 发送一字节数据 */
SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
/* pBuffer指向下一个要写入的数据 */
pBuffer++;
  }
  /* 片选设为高电平，取消选中SPI FLASH*/
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
  /* 等待写操作完成 */
  SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

从SPI FLASH读取数据，发送读指令后，可以读取无限个数据：
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{
  /* 片选设为低电平，选中SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_LOW();
  /* 发送读数据指令 */
  SPI_FLASH_SendByte(READ);
  /* 发送地址a23~a16 */
  SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);
  /* 发送地址a15~a8 */
  SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);
  /* 发送地址a7~a0 */
  SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);
  while (NumByteToRead--) /* 读取NumByteToRead个字节数据 */
  {
/* 从SPI FLASH读一字节数据*/
*pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* pBuffer指针指向读出数据被存放到的下一个位置 */
pBuffer++;
  }
  /* 设置片选为高电平，取消选择SPI FLASH */
  SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

四、了解如何把字库写到SPI FLASH及把字库读出显示
把hzk16.c文件里的字库数据写到SPI FLASH里，首先要擦除要写入的扇区
相关代码：
/* main.c */
sectorCnt = sizeof(GB2312_16x16_Table)/SPI_FLASH_SectorSize;  //计算字库数据需要写入的扇区数
if(sizeof(GB2312_16x16_Table)%SPI_FLASH_SectorSize != 0)
  sectorCnt++; //如果不满一个扇区，擦除一个扇区
for(i = 0; i < sectorCnt; i++ )  //擦除sectorCnt个扇区
{
  SPI_FLASH_SectorErase(i*SPI_FLASH_SectorSize);  //擦除一个扇区
}

SPI_FLASH_BufferWrite((u8*)GB2312_16x16_Table, 0, sizeof(GB2312_16x16_Table)); //把字库数据写入到SPI FLASH，从地址0开始写。

/* stm3210e_eval_lcd.c */
void LCD_DisplayChineseChar(uint16_t Line, uint16_t Column, uint8_t *Char_GB)
{
uint32_t offset;
uint16_t byteOfDots;
uint8_t pData[24*24];
byteOfDots = LCD_Currentfonts->Height*(LCD_Currentfonts->Width/8);
offset = 94 * (*Char_GB - 0xA1) * byteOfDots + (*(Char_GB+1) - 0xA1) * byteOfDots;  //计算当前要显示的字符的点阵数据在SPI FLASH中的偏移地址
SPI_FLASH_BufferRead(pData, offset, byteOfDots);  //从SPI FLASH中读取字库点阵数据，存放在pData数组中
//  LCD_DrawChineseChar(Line, Column, &LCD_Currentfonts->table[offset]);
LCD_DrawChineseChar(Line, Column, (uint16_t*)pData);  //调用函数把点阵数据画到LCD上
}