Winbond W25Qxx SPI FLASH 使用示例（基于沁恒CH32V307单片机）

目的

Winbond（华邦）的 W25Qxx 系列 SPI FLASH 是比较常用的芯片，这篇文章将演示单片机中通过SPI使用该芯片的操作过程。

本文使用沁恒官方的开发板 （CH32V307-EVT-R1沁恒RISC-V模块MCU赤兔评估板） 进行演示。

基础说明

SPI的基础概念见下面文章：
SPI基础概念：https://blog.csdn.net/Naisu_kun/article/details/118102844

下面的例程中其实真正直接涉及到SPI的也就初始化、读取标志、收发数据几个操作。真正大头的都是根据芯片手册来操作。通常的操作就是主机向芯片写命令，然后根据命令类型紧接着写入或读取数据。

芯片的命令可以参考芯片手册中 INSTRUCTIONS 章节，比如我这里使用的 W25Q32FV 的手册：《W25Q32FV Datasheet》

需要注意的是FLASH写操作的时候，因为物理特性，通常bit可以写0，无法写1，所以对已经写过数据的地址上写入数据前需要先擦除。另外擦除只能按扇区（对于W25Qxx而已一个扇区为4k字节）、块或者全片擦除。写入一次最多可以写入一页（256字节）。

使用示例

下面代码源自沁恒CH32V307官方例程，这里调整了下代码次序和注释：

#include "debug.h"/*此例程通过CH32V307的SPI1与W25Q系列Flash进行通讯，引脚连接如下：MCU             Flash        说明PA2             CS           片选引脚（低电平选中）PA5             CLK          时钟PA7(SPI1_MOSI)  DI           主机发送从机接收PA6(SPI1_MISO)  DO           从机发送主机接收GND             GND          地3.3V            VCC          电源3.3V            HOLD(RESET)  复位*//******************** 以下为SPI1基本操作函数声明  ********************/
void SPI1_Init(void);
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);/******************** 以下为华邦Falsh ID ********************/
#define W25Q80                   0XEF13
#define W25Q16                   0XEF14
#define W25Q32                   0XEF15
#define W25Q64                   0XEF16
#define W25Q128                  0XEF17/******************** 以下为华邦Falsh操作指令 ********************/
#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/******************** 以下为Falsh操作函数声明 ********************/
u8 SPI_Flash_ReadSR(void);
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr);
void SPI_Flash_Wait_Busy(void);
void SPI_FLASH_Write_Enable(void);
void SPI_FLASH_Write_Disable(void);
u16 SPI_Flash_ReadID(void);
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr);
void SPI_Flash_Read(u8 *pBuffer, u32 ReadAddr, u16 size);
void SPI_Flash_Write_Page(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size);
void SPI_Flash_Write_NoCheck(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size);
void SPI_Flash_Write(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size);
void SPI_Flash_Erase_Chip(void);
void SPI_Flash_PowerDown(void);
void SPI_Flash_WAKEUP(void);/******************** 以下为主函数 ********************/int main(void) {NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);SystemCoreClockUpdate();Delay_Init();USART_Printf_Init(115200);printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);printf("\r\n");SPI1_Init(); // 初始化SPI1u16 Flash_Model = SPI_Flash_ReadID(); // 读取Flash IDswitch(Flash_Model) {case W25Q80: printf("W25Q80 OK!\r\n"); break;case W25Q16: printf("W25Q16 OK!\r\n"); break;case W25Q32: printf("W25Q32 OK!\r\n"); break;case W25Q64: printf("W25Q64 OK!\r\n"); break;case W25Q128: printf("W25Q128 OK!\r\n"); break;default: printf("Fail!\r\n"); break;}const u8 msg[] = "CH32F103 SPI FLASH W25Qxx";const int size = sizeof(msg);u8  buffer[size];printf("Start Erase W25Qxx....\r\n");SPI_Flash_Erase_Sector(0); // 擦除扇区printf("W25Qxx Erase Finished!\r\n");Delay_Ms(500);printf("Start Read W25Qxx....\r\n");SPI_Flash_Read(buffer, 0x0, size); // 读取数据printf("%s\r\n", buffer);Delay_Ms(500);printf("Start Write W25Qxx....\r\n");SPI_Flash_Write((u8*)msg, 0, size); // 写入数据printf("W25Qxx Write Finished!\r\n");Delay_Ms(500);printf("Start Read W25Qxx....\r\n");SPI_Flash_Read(buffer, 0x0, size); // 再次读取数据printf("%s\r\n", buffer);while(1) {}
}/******************** 以下为SPI1基本操作函数实现 ********************/// 初始化SPI1
void SPI1_Init(void) {// 初始化时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);// 初始化GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); // CS引脚输出高电平，不选中Flash芯片GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 初始化SPI1SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = { 0 };SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工模式SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                      // 作为主机SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                  // 8bit数据SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;                        // 时钟不通讯时高电平SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;                       // 在第二个边缘进行采样（结合上条，这里相当于使用Mode3）SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                          // 片选引脚手动控制SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; // SPI外设时钟源4分频SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                 // 传输时高比特在前SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                                // 初始化SPI1设置SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);                                             // 启动SPI1
}// 很多库中SPI的读和写是封装在一起的，根据需要选择写或读或读写
// 在SPI读数据时需要注意，这时候虽然数据是从机发送的，但时钟还是主机给出的
// 所以往往读数据时主机还需要通过写数据（任意均可）来给出时钟信号
// SPI1_Write_Read(0x00) 经常用来表示通过写一个字节来发送时钟从而接收从机一个字节数据
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData) {u8 i = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) { // 等待SPI1可写i++; if(i > 200) return 0;}SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); // 写数据i = 0;while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) { // 等待SPI1可读i++; if(i > 200) return 0;}return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); // 读数据
}/******************** 以下为Falsh操作函数实现 ********************/// 读状态寄存器
// BIT7  6   5   4   3   2   1   0
// SPR   RV  TB  BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
u8 SPI_Flash_ReadSR(void) {u8 byte = 0;GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);    // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); // 写命令byte = SPI1_ReadWriteByte(0x00);        // 读数据GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);    // 释放芯片return byte;
}// 写状态寄存器
void SPI_FLASH_Write_SR(u8 sr) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);     // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg); // 写命令SPI1_ReadWriteByte(sr);                  // 写数据GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);     // 释放芯片
}// 等待Flash空闲
void SPI_Flash_Wait_Busy(void) {while((SPI_Flash_ReadSR() & 0x01) == 0x01) { }
}// 使能写入
void SPI_FLASH_Write_Enable(void) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);  // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); // 写命令GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);  // 释放芯片
}// 失能写入
void SPI_FLASH_Write_Disable(void) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);   // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); // 写命令GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);   // 释放芯片
}// 读取芯片ID
u16 SPI_Flash_ReadID(void) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);       // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_ManufactDeviceID); // 写命令SPI1_ReadWriteByte(0x00);                  // 通过发送数据产生时钟等待数据可读SPI1_ReadWriteByte(0x00);                  // 同上SPI1_ReadWriteByte(0x00);                  // 同上u16 Temp = 0;Temp |= SPI1_ReadWriteByte(0xFF) << 8;     // 读数据Temp |= SPI1_ReadWriteByte(0xFF);          // 同上GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);       // 释放芯片return Temp;
}// 擦除扇区
void SPI_Flash_Erase_Sector(u32 Dst_Addr) {SPI_FLASH_Write_Enable();                   // 使能写入SPI_Flash_Wait_Busy();                      // 等待操作完成GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);        // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_SectorErase);       // 发送命令Dst_Addr *= 4096;                           // 每个扇区大小为4kSPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr) >> 16)); // 写扇区地址SPI1_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr) >> 8));  // 同上SPI1_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);           // 同上GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);        // 释放芯片SPI_Flash_Wait_Busy();                      // 等待操作完成
}// 读取数据
void SPI_Flash_Read(u8 *pBuffer, u32 ReadAddr, u16 size) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);        // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData);          // 写命令SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr) >> 16)); // 写地址SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr) >> 8));  // 同上SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);for(u16 i = 0; i < size; i++) {pBuffer[i] = SPI1_ReadWriteByte(0x00);  // 读数据}GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);        // 释放芯片
}// 按页方式写入
void SPI_Flash_Write_Page(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size) {SPI_FLASH_Write_Enable();                    // 使能写入GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);         // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_PageProgram);        // 写命令SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr) >> 16)); // 写地址SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr) >> 8));  // 同上SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);           // 同上for(u16 i = 0; i < size; i++) {SPI1_ReadWriteByte(pBuffer[i]);          // 写数据}GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);         // 释放芯片SPI_Flash_Wait_Busy();                       // 等待操作完成
}// 写入数据（写入前需要先擦除）
void SPI_Flash_Write_NoCheck(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size) {// 一次最多只能写一页（256字节u16 pageremain = 256 - WriteAddr % 256;if(size <= pageremain) pageremain = size;while(1) {SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, pageremain);if(size == pageremain) { break; }else {pBuffer += pageremain;WriteAddr += pageremain;size -= pageremain;if(size > 256) pageremain = 256;else pageremain = size;}}
}// 写入数据
void SPI_Flash_Write(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u16 size) {u8  buffer[4096];u32 secpos;u16 secoff;u16 secremain;u16 i;secpos = WriteAddr / 4096;secoff = WriteAddr % 4096;secremain = 4096 - secoff;if(size <= secremain) secremain = size;while(1) {SPI_Flash_Read(buffer, secpos * 4096, 4096);                // 读取数据for(i = 0; i < secremain; i++) {if(buffer[secoff + i] != 0XFF) break;                   // 检查数据}if(i < secremain) {                                         // 需要先擦除SPI_Flash_Erase_Sector(secpos);for(i = 0; i < secremain; i++) {                        // 擦除数据buffer[i + secoff] = pBuffer[i];                    // 将要写入数据填充到缓存中}SPI_Flash_Write_NoCheck(buffer, secpos * 4096, 4096);   // 写数据} else {                                                    // 不需要擦除SPI_Flash_Write_NoCheck(pBuffer, WriteAddr, secremain); // 直接写数据}if(size == secremain) { break; }else {secpos++;secoff = 0;pBuffer += secremain;WriteAddr += secremain;size -= secremain;if(size > 4096) { secremain = 4096; }else { secremain = size; }}}
}// 全片擦除
void SPI_Flash_Erase_Chip(void) {SPI_FLASH_Write_Enable();            // 使能写入SPI_Flash_Wait_Busy();               // 等待操作完成GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0); // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_ChipErase);  // 写命令GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1); // 释放芯片SPI_Flash_Wait_Busy();               // 等待操作完成
}// 进入省电模式
void SPI_Flash_PowerDown(void) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0); // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_PowerDown);  // 写命令GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1); // 释放芯片Delay_Us(3);                         // 等待操作完成
}// 从省电模式唤醒
void SPI_Flash_WAKEUP(void) {GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 0);       // 选中芯片SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // 写命令GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, 1);       // 释放芯片Delay_Us(3);                               // 等待操作完成
}

上面代码演示结果如下：

总结

Winbond（华邦）的 W25Qxx 系列 SPI FLASH 芯片使用上是比较简单的。上面的代码只是测试使用的代码，可能存在很多不严谨或不完善的地方。实际使用中可以自行调整并抽象出相关功能使之可以适用各类平台。