1.SPI 是什么？

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总 线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提 供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 AT91RM9200 。

2.SPI 物理架构

SPI 包含 4 条总线，SPI 总线包含 4 条总线，分别为SS、SCK、MOSI、MISO。它们的作用介绍如 下 ：

• (1) MISO – Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出
• (2) MOSI – Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入
• (3) SCK – Serial Clock，时钟信号，由主 设备产生
• (4) CS – Chip Select，片选信号，由主设备控制

3.SPI 工作原理

4.SPI 工作模式

时钟极性（CPOL）：

• 没有数据传输时时钟线的空闲状态电平 
• SCK在空闲状态保持低电平 
• SCK在空闲状态保持高 电平

时钟相位（CPHA）：

时钟线在第几个时钟边沿采样数据 ：

SCK的第一（奇数）边沿进行数据位采样，数据在第一个时 钟边沿被锁

SCK的第二（偶数）边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存

其中模式0和模式3最常用

模式 0 时序图：

模式 3 时序图：

5.W25Q128 介绍

1.什么是 W25Q128 ？

• W25Q128 是华邦公司推出的一款 SPI 接口的 NOR Flash 芯片，其存储空间为 128 Mbit，相当于 16M 字节。
• Flash 是常用的用于储存数据的半导体器件，它具有容量大，可重复擦写、按“扇区/块”擦除、掉 电后数据可继续保存的特性。
• Flash 是有一个物理特性：只能写 0 ，不能写 1 ，写 1 靠擦除。

2.W25Q128 存储架构

• 一般按扇区（4k）进行擦除
• 可以按 章 -- 节 -- 页 -- 字 进行理解。

3.W25Q128 常用指令

W25Q128 全部指令非常多，但常用的如下几个指令：

        指令(HEX)            名称                                作用          0X06         写使能                写入数据/擦除之前，必须先发送该指令          0X05         读SR1                判定FLASH是否处于空闲状态，擦除用          0X03         读数据                        用于读取NOR FLASH数据          0X02           页写                用于写入NOR FLASH数据，最多写256字节          0X20         扇区擦除                扇区擦除指令，最小擦除单位（4096字节）

写使能 (06H)

• 执行页写，扇区擦除，块擦除，片擦除，写状态寄存器等指令前，需要写使能。
• 拉低CS片选 → 发送06H → 拉高CS片选

读状态寄存器（05H）

• 拉低CS片选 → 发送05H→ 返回SR1的值 → 拉高CS片选

读时序（03H）

• 拉低CS片选 → 发送03H→ 发送24位地址 → 读取数据（1~n） → 拉高CS片选

页写时序 (02H)

• 页写命令最多可以向FLASH传输256个字节的数据
• 拉低CS片选 → 发送02H→ 发送24位地址 → 发送数据（1~n） → 拉高CS片选

扇区擦除时序（20H）

• 写入数据前，检查内存空间是否全部都是 0XFF ，不满足需擦除。
• 拉低CS片选 → 发送20H→ 发送24位地址 → 拉高CS片选

4.W25Q128 状态寄存器

W25Q128 一共有 3 个状态寄存器，它们的作用是跟踪芯片的状态。

其中，状态寄存器 1 较为常用。

BUSY：指示当前的状态，0 表示空闲，1 表示忙碌 WEL：写使能锁定，为 1 时，可以操作页/扇 区/块。为 0 时，写禁止。

5.W25Q128 常见操作流程

以下流程省略了拉低/拉高片选信号CS。

读操作：

擦除扇区：

写操作：

6.使用 SPI 通讯读写 W25Q128 模块

硬件接线

• VCC -- 3.3V
• CS -- PA4
• CLK -- PA5
• DO -- PA6
• DI -- PA7

cubeMX配置

w25q128_write_nocheck流程图

代码示例：

w25q128.c

#include "w25q128.h"
#include "spi.h"
#include "stdio.h"/*** @brief       初始化W25Q128* @param       无* @retval      无v*/
void w25q128_init(void)
{uint16_t flash_type;spi1_read_write_byte(0xFF); /* 清除DR的作用 */W25Q128_CS(1);flash_type = w25q128_read_id();   /* 读取FLASH ID. */if (flash_type == W25Q128)printf("检测到W25Q128芯片\r\n");
}/*** @brief       等待空闲* @param       无* @retval      无*/
static void w25q128_wait_busy(void)
{while ((w25q128_rd_sr1() & 0x01) == 0x01);   /* 等待BUSY位清空 */
}/*** @brief       读取W25Q128的状态寄存器1的值* @param       无* @retval      状态寄存器值*/
uint8_t w25q128_rd_sr1(void)
{uint8_t rec_data = 0;W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_ReadStatusReg1);     /* 读状态寄存器1 */rec_data = spi1_read_write_byte(0xFF);W25Q128_CS(1);return rec_data;
}/*** @brief       W25Q128写使能*   @note      将S1寄存器的WEL置位* @param       无* @retval      无*/
void w25q128_write_enable(void)
{W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_WriteEnable);   /* 发送写使能 */W25Q128_CS(1);
}/*** @brief       W25Q128发送地址* @param       address : 要发送的地址* @retval      无*/
static void w25q128_send_address(uint32_t address)
{spi1_read_write_byte((uint8_t)((address)>>16));     /* 发送 bit23 ~ bit16 地址 */spi1_read_write_byte((uint8_t)((address)>>8));      /* 发送 bit15 ~ bit8  地址 */spi1_read_write_byte((uint8_t)address);             /* 发送 bit7  ~ bit0  地址 */
}/*** @brief       擦除整个芯片*   @note      等待时间超长...* @param       无* @retval      无*/
void w25q128_erase_chip(void)
{w25q128_write_enable();    /* 写使能 */w25q128_wait_busy();       /* 等待空闲 */W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_ChipErase);  /* 发送读寄存器命令 */ W25Q128_CS(1);w25q128_wait_busy();       /* 等待芯片擦除结束 */
}/*** @brief       擦除一个扇区*   @note      注意,这里是扇区地址,不是字节地址!!*              擦除一个扇区的最少时间:150ms** @param       saddr : 扇区地址 根据实际容量设置* @retval      无*/
void w25q128_erase_sector(uint32_t saddr)
{//printf("fe:%x\r\n", saddr);   /* 监视falsh擦除情况,测试用 */saddr *= 4096;w25q128_write_enable();        /* 写使能 */w25q128_wait_busy();           /* 等待空闲 */W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_SectorErase);    /* 发送写页命令 */w25q128_send_address(saddr);   /* 发送地址 */W25Q128_CS(1);w25q128_wait_busy();           /* 等待扇区擦除完成 */
}/*** @brief       读取芯片ID* @param       无* @retval      FLASH芯片ID*   @note      芯片ID列表见: w25q128.h, 芯片列表部分*/
uint16_t w25q128_read_id(void)
{uint16_t deviceid;W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_ManufactDeviceID);   /* 发送读 ID 命令 */spi1_read_write_byte(0);    /* 写入一个字节 */spi1_read_write_byte(0);spi1_read_write_byte(0);deviceid = spi1_read_write_byte(0xFF) << 8;     /* 读取高8位字节 */deviceid |= spi1_read_write_byte(0xFF);         /* 读取低8位字节 */W25Q128_CS(1);return deviceid;
}/*** @brief       读取SPI FLASH*   @note      在指定地址开始读取指定长度的数据* @param       pbuf    : 数据存储区* @param       addr    : 开始读取的地址(最大32bit)* @param       datalen : 要读取的字节数(最大65535)* @retval      无*/
void w25q128_read(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{uint16_t i;W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_ReadData);       /* 发送读取命令 */w25q128_send_address(addr);                /* 发送地址 */for(i=0;i<datalen;i++){pbuf[i] = spi1_read_write_byte(0XFF);   /* 循环读取 */}W25Q128_CS(1);
}/*** @brief       SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据*   @note      在指定地址开始写入最大256字节的数据* @param       pbuf    : 数据存储区* @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)* @param       datalen : 要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!* @retval      无*/
static void w25q128_write_page(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{uint16_t i;w25q128_write_enable();    /* 写使能 */W25Q128_CS(0);spi1_read_write_byte(FLASH_PageProgram);    /* 发送写页命令 */w25q128_send_address(addr);                /* 发送地址 */for(i=0;i<datalen;i++){spi1_read_write_byte(pbuf[i]);          /* 循环写入 */}W25Q128_CS(1);w25q128_wait_busy();       /* 等待写入结束 */
}/*** @brief       无检验写SPI FLASH*   @note      必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!*              具有自动换页功能*              在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!** @param       pbuf    : 数据存储区* @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)* @param       datalen : 要写入的字节数(最大65535)* @retval      无*/
static void w25q128_write_nocheck(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{uint16_t pageremain;pageremain = 256 - addr % 256;  /* 单页剩余的字节数 */if (datalen <= pageremain)      /* 不大于256个字节 */{pageremain = datalen;}while (1){/* 当写入字节比页内剩余地址还少的时候, 一次性写完* 当写入直接比页内剩余地址还多的时候, 先写完整个页内剩余地址, 然后根据剩余长度进行不同处理*/w25q128_write_page(pbuf, addr, pageremain);if (datalen == pageremain)   /* 写入结束了 */{break;}else     /* datalen > pageremain */{pbuf += pageremain;         /* pbuf指针地址偏移,前面已经写了pageremain字节 */addr += pageremain;         /* 写地址偏移,前面已经写了pageremain字节 */datalen -= pageremain;      /* 写入总长度减去已经写入了的字节数 */if (datalen > 256)          /* 剩余数据还大于一页,可以一次写一页 */{pageremain = 256;       /* 一次可以写入256个字节 */}else     /* 剩余数据小于一页,可以一次写完 */{pageremain = datalen;   /* 不够256个字节了 */}}}
}/*** @brief       写SPI FLASH*   @note      在指定地址开始写入指定长度的数据 , 该函数带擦除操作!*              SPI FLASH 一般是: 256个字节为一个Page, 4Kbytes为一个Sector, 16个扇区为1个Block*              擦除的最小单位为Sector.** @param       pbuf    : 数据存储区* @param       addr    : 开始写入的地址(最大32bit)* @param       datalen : 要写入的字节数(最大65535)* @retval      无*/
uint8_t g_w25q128_buf[4096];   /* 扇区缓存 */void w25q128_write(uint8_t *pbuf, uint32_t addr, uint16_t datalen)
{uint32_t secpos;uint16_t secoff;uint16_t secremain;uint16_t i;uint8_t *w25q128_buf;w25q128_buf = g_w25q128_buf;secpos = addr / 4096;       /* 扇区地址 */secoff = addr % 4096;       /* 在扇区内的偏移 */secremain = 4096 - secoff;  /* 扇区剩余空间大小 *///printf("ad:%X,nb:%X\r\n", addr, datalen); /* 测试用 */if (datalen <= secremain){secremain = datalen;    /* 不大于4096个字节 */}while (1){w25q128_read(w25q128_buf, secpos * 4096, 4096);   /* 读出整个扇区的内容 */for (i = 0; i < secremain; i++)   /* 校验数据 */{if (w25q128_buf[secoff + i] != 0XFF){break;      /* 需要擦除, 直接退出for循环 */}}if (i < secremain)   /* 需要擦除 */{w25q128_erase_sector(secpos);  /* 擦除这个扇区 */for (i = 0; i < secremain; i++)   /* 复制 */{w25q128_buf[i + secoff] = pbuf[i];}w25q128_write_nocheck(w25q128_buf, secpos * 4096, 4096);  /* 写入整个扇区 */}else        /* 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. */{w25q128_write_nocheck(pbuf, addr, secremain);  /* 直接写扇区 */}if (datalen == secremain){break;  /* 写入结束了 */}else        /* 写入未结束 */{secpos++;               /* 扇区地址增1 */secoff = 0;             /* 偏移位置为0 */pbuf += secremain;      /* 指针偏移 */addr += secremain;      /* 写地址偏移 */datalen -= secremain;   /* 字节数递减 */if (datalen > 4096){secremain = 4096;   /* 下一个扇区还是写不完 */}else{secremain = datalen;/* 下一个扇区可以写完了 */}}}
}

main.c

int main(void)
{uint8_t datatemp[TEXT_SIZE];HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_SPI1_Init();MX_USART1_UART_Init();w25q128_init();/* 写入测试数据 */sprintf((char *)datatemp, "zgl nb");w25q128_write(datatemp, FLASH_WriteAddress, TEXT_SIZE);printf("数据写入完成！\r\n");/* 读出测试数据 */memset(datatemp, 0, TEXT_SIZE);w25q128_read(datatemp, FLASH_ReadAddress, TEXT_SIZE);printf("读出数据：%s\r\n", datatemp);while (1){}
}

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