SPI通信(使用SPI读写W25Q64)

SPI通信协议

• SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线

• 四根通信线：

        SCLK:串行时钟线，用来提供时钟信号的。

        MOSI:主机输出，从机输入

        MISO:从机输出，主机输入

        SS:从机选择

• 同步，全双工

• 支持总线挂载多设备（一主多从）

使用SPI通信的设备，如下图所示

硬件电路

1、  所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

•2、 主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

        主机的SS线都是输出，从机的SS线都是输入。SS线是低电平有效的，主机想跟谁通信，就把对应的SS输出线置为低电平就可以了。（比如，主机初始化之后，所以的SS都输出高电平，这样就是不跟从机通信。当主机需要和从机1进行通信，主机就把SS1输出低电平就可以了。从机1就知道主机再找我，然后主机在数据引脚进行的传输，就只有从机会响应。当主机和从机1通信完成后，就会把SS1置为高电平，这样从机1就知道，主机结束了和我通信。）

        同一时间，主机只能置1个SS为低电平，只能选中一个从机。如果同时选择多个从机，就会导致数据冲突。

3、 输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

        推挽输出：高低电平均有很强的驱动能力，这将使得SPI引脚信号的下降沿，非常迅速；上升沿，也非常迅速。

移位示意图

移位寄存器：有一个时钟输入端。因为SPI一般都是高位先行的，所以，每来一个时钟，移位寄存器都会向左进行移位。

移位寄存器时钟源：是由主机提供的，这里叫波特率发生器。它产生的时钟驱动主机的移位寄存器进行移位。同时，这个时钟也通过SCK引脚进行输出，接到从机的移位寄存器。

移位寄存器接法：主机移位寄存器左边移出去的数据，通过MOSI引脚，输入到从机移位寄存器的有右边。从机左边移出去的数据，通过MISO引脚，输入到主机移位寄存器的右边。

SPI时序基本单元

起始条件

起始条件：SS从高电平切换到低电平

SS是低电平有效，SS从高变到低，是不是就代表选中了某个从机，这就是通信的开始。

终止条件

终止条件：SS从低电平切换到高电平

交换一个字节

1、四种模式

2、模式1

• CPOL（时钟极性）=0：空闲状态时，SCK为低电平

• CPHA（时钟相位）=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

SCK在第一个边沿就要移入数据，但数据总得先移出，才能移入。所以在模式1的配置下，SCK第一个边沿之前，就要提前开始移出数据了，或者把它称作在第0个边沿移出，在第一个边沿移入。首先，SS下降沿开始通信，现在SCK还没有变化，但是SCK一旦开始变化，就要开始移入数据了。所以此时趁SCK还没变化，SS下降沿时，就要立刻触发移位输出。所以这里的MOSI和MISO的输出是对齐到SS的下降沿，SS下降沿触发了输出，SCK上升沿，就可以采样输入数据了，这样B7就传输完毕。依次循环，SCK下降沿，主机和从机移出数据；SCK上升沿，移入数据。最终在第8个上升沿时，B0位移入完成，整个字节交换完成。

3、模式2

• CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

• CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SCK第一个边沿，就是上升沿。主机和从机同时移出数据，主机通过MOSI移出最高位，此时MOSI的电平就表示了主机要发送数据的B7。从机通过MISO移出最高位，此时MISO表示从机要发送数据的B7。然后时钟运行，产生下降沿，此时主机和从机同时移入数据，也就是进行数据采样。这里主机移出的B7，进入从机移位寄存器的最低位。从机移出的B7，进入主机移位寄存器的最低位。这样，一个时钟脉冲产生完毕，一个数据位传输完毕。依次循环8次，完成一个字节的传输。如果主机只想交换一个字节，那这时就可以置SS为高电平，结束通信。如果主机还想继续交换字节，主机就不必把SS置回高电平。

4、模式3

• CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

• CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

5、模式4

• CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

• CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

W25Q64简介

FLASH:是一种掉电不丢失的存储 

        芯片内部flash：64K+512K的512K -- 存放个代码的地方

        芯片外部flash：独立于芯片外部

W25Q64：是flash的一种 -- 有厂家信息

• W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，

常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景

• 存储介质：Nor Flash（闪存）

• 时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)

• 存储容量（24位地址）：

        W25Q40： 4Mbit / 512KByte                                          

        W25Q80： 8Mbit / 1MByte              

        W25Q16： 16Mbit / 2MByte

        W25Q32： 32Mbit / 4MByte

        W25Q64： 64Mbit / 8MByte

        W25Q128： 128Mbit / 16MByte

        W25Q256： 256Mbit / 32MByte                                

        

硬件电路

W25Q64容量大小

1Byte = 8 BIT

W25Q64  容量大小：  64M BIT    ==  8M字节

W25Q64框图

1、快

首先，这一整个矩形空间里，是所有的存储器。存储器以字节为单位，每个字节都有唯一的地址。W25Q64的地址宽度是24位，3个字节。左下角，第一个字节它的地址是000000h，h代表16进制。之后的空间，地址一次自增，直到最后一个字节，地址是7FFFFFh。

 64KB为一个基本单元，把它划分成若干的快Block,从前往后，依次是快0、快1、等等等。一直分到最后一块，总共8MB，以64KB为一块进行划分，最后分得的块数，就是8MB/64KB=128，所以这里可以分得128快。

2、扇区

在一块里，我们在以4KB为一个单元，进行切分。64KB/4KB=16份。所以在每一块里，都可以分为扇区0，一直到扇区15。每个扇区内的地址范围是XX X0 00------XX XF FF。就是对每一块，在细分为16个扇区的分配方式。

3、页

页是在扇区里，再进行划分。页的大小是256个字节，一个扇区是4KB，以256个字节进行划分，4*1024/256=16页。所以，一个扇区里，可以分为16页。

在这里，每一行就是一页。在一页中，地址变化范围是XX XX 00-----XX XX FF。一页内的地址变化，仅限于地址的最低一个字节。

4、SPI控制逻辑

SPI控制逻辑：芯片内部进行地址锁存、数据读写等操作，都可以由控制逻辑来自动完成。主控芯片通过SPI协议，把指令和数据发给控制逻辑，控制逻辑就会自动去操作内部电路。

状态寄存器：比如芯片是否处于忙碌状态、是否写使能、是否写保护，都可以在这个状态寄存器里体现。

写控制逻辑：和外部的WP引脚相连。显然，这个是配合WP引脚实现硬件写保护的。

高电压生成器：这个是配合Flash进行编程的

页和字节地址锁存/计数器：是用来指定地址的。通过SPI，总共发过来3个字节的地址，因为1页是256字节，所以1页内的字节地址，就取决于最低位的1个字节，而高位的2个字节，就对应的是页地址。

FLASH操作注意事项

写入操作时：

• 写入操作前， 必须先进行写使能

• 每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1

• 写入数据前必须先擦除 ， 擦除后，所有数据位变为1

• 擦除必须按最小擦除单元进行

• 连续写入多字节时，最多写入一页的数据 ， 超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入

• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作

读取操作时：

• 直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取

W25Q64状态寄存器

忙是只读的状态寄存器(S0)被设置为1状态时,表示设备正在执行程序(可能是在擦除芯片)或写状态寄存器指令。这个时候设备将忽略传来的指令，除了读状态寄存器和擦除暂停指令,写指令或写状态指令无效, 当S0为0状态时指示设备已经执行完毕，可以进行下一步操作。

W25Q64指令集