jflash读取单片机程序（单片机读取flash地址）



代码分析

SPI硬件相关宏定义

我们把SPI硬件相关的配置都以宏的形式定义到 “bsp_spi_ flash.h”文件中，见 。

以上代码根据硬件连接，把与FLASH通讯使用的SPI号 、GPIO等都以宏封装起来， 并且定义了控制CS(NSS)引脚输出电平的宏，以便配置产生起始和停止信号时使用。

初始化SPI的 GPIO

利用上面的宏，编写SPI的初始化函数，见 。

与所有使用到GPIO的外设一样，都要先把使用到的GPIO引脚模式初始化，配置好复用功能。GPIO初始化流程如下：

(1) 使用GPIO_InitTypeDef定义GPIO初始化结构体变量， 以便下面用于存储GPIO配置；

(2) 调用库函数RCC_APB2PeriphClockCmd 来使能SPI引脚使用的GPIO端口时钟。

(3) 向GPIO初始化结构体赋值，把SCK/MOSI/MISO引脚初始化成复用推挽模式。 而CS(NSS)引脚由于使用软件控制，我们把它配置为普通的推挽输出模式。

(4) 使用以上初始化结构体的配置，调用GPIO_Init函数向寄存器写入参数， 完成GPIO的初始化。

配置SPI的模式

以上只是配置了SPI使用的引脚，对SPI外设模式的配置。在配置STM32的SPI模式前，我们要先了解从机端的SPI模式。 本例子中可通过查阅FLASH数据手册《W25Q64》获取。根据FLASH芯片的说明，它支持SPI模式0及模式3，支持双线全双工， 使用MSB先行模式，支持最高通讯时钟为104MHz，数据帧长度为8位。我们要把STM32的SPI外设中的这些参数配置一致。 见 。

这段代码中，把STM32的SPI外设配置为主机端，双线全双工模式，数据帧长度为8位，使用SPI模式3(CPOL=1，CPHA=1)， NSS引脚由软件控制以及MSB先行模式。代码中把SPI的时钟频率配置成了4分频，实际上可以配置成2分频以提高通讯速率， 读者可亲自尝试一下。最后一个成员为CRC计算式，由于我们与FLASH芯片通讯不需要CRC校验，并没有使能SPI的CRC功能， 这时CRC计算式的成员值是无效的。

赋值结束后调用库函数SPI_Init把这些配置写入寄存器，并调用SPI_Cmd函数使能外设。

使用SPI发送和接收一个字节的数据

初始化好SPI外设后，就可以使用SPI通讯了，复杂的数据通讯都是由单个字节数据收发组成的， 我们看看它的代码实现，见 。

SPI_FLASH_SendByte发送单字节函数中包含了等待事件的超时处理，这部分原理跟I2C中的一样，在此不再赘述。

SPI_FLASH_SendByte函数实现了前面讲解的“SPI通讯过程”：

(1) 本函数中不包含SPI起始和停止信号，只是收发的主要过程， 所以在调用本函数前后要做好起始和停止信号的操作；

(2) 对SPITimeout变量赋值为宏SPIT_FLAG_TIMEOUT。这个SPITimeout变量在下面的while循环中每次循环减1， 该循环通过调用库函数SPI_I2S_GetFlagStatus检测事件，若检测到事件，则进入通讯的下一阶段， 若未检测到事件则停留在此处一直检测，当检测SPIT_FLAG_TIMEOUT次都还没等待到事件则认为通讯失败， 调用的SPI_TIMEOUT_UserCallback输出调试信息，并退出通讯；

(3) 通过检测TXE标志，获取发送缓冲区的状态，若发送缓冲区为空， 则表示可能存在的上一个数据已经发送完毕；

(4) 等待至发送缓冲区为空后，调用库函数SPI_I2S_SendData把要发送的数据“byte”写入到SPI的数据寄存器DR， 写入SPI数据寄存器的数据会存储到发送缓冲区，由SPI外设发送出去；

(5) 写入完毕后等待RXNE事件，即接收缓冲区非空事件。 由于SPI双线全双工模式下MOSI与MISO数据传输是同步的(请对比“SPI通讯过程”阅读)，当接收缓冲区非空时， 表示上面的数据发送完毕，且接收缓冲区也收到新的数据；

(6) 等待至接收缓冲区非空时，通过调用库函数SPI_I2S_ReceiveData读取SPI的数据寄存器DR，就可以获取接收缓冲区中的新数据了。 代码中使用关键字“return”把接收到的这个数据作为SPI_FLASH_SendByte函数的返回值， 所以我们可以看到在下面定义的SPI接收数据函数SPI_FLASH_ReadByte，它只是简单地调用了SPI_FLASH_SendByte函数发送数据“Dummy_Byte”， 然后获取其返回值(因为不关注发送的数据，所以此时的输入参数“Dummy_Byte”可以为任意值)。 可以这样做的原因是SPI的接收过程和发送过程实质是一样的，收发同步进行，关键在于我们的上层应用中，关注的是发送还是接收的数据。

控制FLASH的指令

搞定SPI的基本收发单元后，还需要了解如何对FLASH芯片进行读写。FLASH芯片自定义了很多指令， 我们通过控制STM32利用SPI总线向FLASH芯片发送指令，FLASH芯片收到后就会执行相应的操作。

而这些指令，对主机端(STM32)来说，只是它遵守最基本的SPI通讯协议发送出的数据，但在设备端(FLASH芯片)把这些数据解释成不同的意义， 所以才成为指令。查看FLASH芯片的数据手册《W25Q64》，可了解各种它定义的各种指令的功能及指令格式， 见表 。

该表中的第一列为指令名，第二列为指令编码，第三至第N列的具体内容根据指令的不同而有不同的含义。 其中带括号的字节参数，方向为FLASH向主机传输，即命令响应，不带括号的则为主机向FLASH传输。 表中“A0~A23”指FLASH芯片内部存储器组织的地址；“M0~M7”为厂商号（MANUFACTURERID）； “ID0-ID15”为FLASH芯片的ID；“dummy”指该处可为任意数据；“D0~D7”为FLASH内部存储矩阵的内容。

在FLSAH芯片内部，存储有固定的厂商编号(M7-M0)和不同类型FLASH芯片独有的编号(ID15-ID0)， 见表 。

通过指令表中的读ID指令“JEDEC ID”可以获取这两个编号，该指令编码为“9F h”， 其中“9F h”是指16进制数“9F” (相当于C语言中的0x9F)。 紧跟指令编码的三个字节分别为FLASH芯片输出的“(M7-M0)”、“(ID15-ID8)”及“(ID7-ID0)”。

此处我们以该指令为例，配合其指令时序图进行讲解，见图 。

主机首先通过MOSI线向FLASH芯片发送第一个字节数据为“9F h”，当FLASH芯片收到该数据后，它会解读成主机向它发送了“JEDEC指令”， 然后它就作出该命令的响应：通过MISO线把它的厂商ID(M7-M0)及芯片类型(ID15-0)发送给主机，主机接收到指令响应后可进行校验。 常见的应用是主机端通过读取设备ID来测试硬件是否连接正常，或用于识别设备。

对于FLASH芯片的其它指令，都是类似的，只是有的指令包含多个字节，或者响应包含更多的数据。

实际上，编写设备驱动都是有一定的规律可循的。首先我们要确定设备使用的是什么通讯协议。如上一章的EEPROM使用的是I²C， 本章的FLASH使用的是SPI。那么我们就先根据它的通讯协议，选择好STM32的硬件模块，并进行相应的I²C或SPI模块初始化。 接着，我们要了解目标设备的相关指令，因为不同的设备，都会有相应的不同的指令。如EEPROM中会把第一个数据解释为内部存储矩阵的地址(实质就是指令)。 而FLASH则定义了更多的指令，有写指令，读指令，读ID指令等等。最后，我们根据这些指令的格式要求，使用通讯协议向设备发送指令，达到控制设备的目标。

定义FLASH指令编码表

为了方便使用，我们把FLASH芯片的常用指令编码使用宏来封装起来，后面需要发送指令编码的时候我们直接使用这些宏即可， 见 。

读取FLASH芯片ID

根据“JEDEC”指令的时序，我们把读取FLASH ID的过程编写成一个函数，见 。

这段代码利用控制CS引脚电平的宏“SPI_FLASH_CS_LOW/HIGH”以及前面编写的单字节收发函数SPI_FLASH_SendByte， 很清晰地实现了“JEDEC ID”指令的时序：发送一个字节的指令编码“W25X_JedecDeviceID”，然后读取3个字节， 获取FLASH芯片对该指令的响应，最后把读取到的这3个数据合并到一个变量Temp中，然后作为函数返回值， 把该返回值与我们定义的宏“sFLASH_ID”对比，即可知道FLASH芯片是否正常。

FLASH写使能以及读取当前状态

在向FLASH芯片存储矩阵写入数据前，首先要使能写操作，通过“Write Enable”命令即可写使能， 见 。

与EEPROM一样，由于FLASH芯片向内部存储矩阵写入数据需要消耗一定的时间，并不是在总线通讯结束的一瞬间完成的， 所以在写操作后需要确认FLASH芯片“空闲”时才能进行再次写入。为了表示自己的工作状态，FLASH芯片定义了一个状态寄存器， 见图 。

我们只关注这个状态寄存器的第0位“BUSY”，当这个位为“1”时，表明FLASH芯片处于忙碌状态， 它可能正在对内部的存储矩阵进行“擦除”或“数据写入”的操作。

利用指令表中的“Read Status Register”指令可以获取FLASH芯片状态寄存器的内容， 其时序见图 。

只要向FLASH芯片发送了读状态寄存器的指令，FLASH芯片就会持续向主机返回最新的状态寄存器内容， 直到收到SPI通讯的停止信号。据此我们编写了具有等待FLASH芯片写入结束功能的函数，见 。

这段代码发送读状态寄存器的指令编码“W25X_ReadStatusReg”后，在while循环里持续获取寄存器的内容并检验它的“WIP_Flag标志”(即BUSY位)， 一直等待到该标志表示写入结束时才退出本函数，以便继续后面与FLASH芯片的数据通讯。

FLASH扇区擦除

由于FLASH存储器的特性决定了它只能把原来为“1”的数据位改写成“0”，而原来为“0”的数据位不能直接改写为“1”。 所以这里涉及到数据“擦除”的概念，在写入前，必须要对目标存储矩阵进行擦除操作，把矩阵中的数据位擦除为“1”， 在数据写入的时候，如果要存储数据“1”，那就不修改存储矩阵，在要存储数据“0”时，才更改该位。

通常，对存储矩阵擦除的基本操作单位都是多个字节进行，如本例子中的FLASH芯片支持“扇区擦除”、“块擦除”以及“整片擦除”， 见表 。

FLASH芯片的最小擦除单位为扇区(Sector)，而一个块(Block)包含16个扇区， 其内部存储矩阵分布见图 。。

使用扇区擦除指令“”可控制FLASH芯片开始擦写， 其指令时序见图 。

扇区擦除指令的第一个字节为指令编码，紧接着发送的3个字节用于表示要擦除的存储矩阵地址。要注意的是在扇区擦除指令前， 还需要先发送“写使能”指令，发送扇区擦除指令后，通过读取寄存器状态等待扇区擦除操作完毕， 代码实现见 。

这段代码调用的函数在前面都已讲解，只要注意发送擦除地址时高位在前即可。调用扇区擦除指令时注意输入的地址要对齐到4KB。

FLASH的页写入

目标扇区被擦除完毕后，就可以向它写入数据了。与EEPROM类似，FLASH芯片也有页写入命令， 使用页写入命令最多可以一次向FLASH传输256个字节的数据，我们把这个单位为页大小。 FLASH页写入的时序见图 。

从时序图可知，第1个字节为“页写入指令”编码，2-4字节为要写入的“地址A”，接着的是要写入的内容，最多个可以发送256字节数据， 这些数据将会从“地址A”开始，按顺序写入到FLASH的存储矩阵。若发送的数据超出256个，则会覆盖前面发送的数据。

与擦除指令不一样，页写入指令的地址并不要求按256字节对齐，只要确认目标存储单元是擦除状态即可(即被擦除后没有被写入过)。 所以，若对“地址x”执行页写入指令后，发送了200个字节数据后终止通讯，下一次再执行页写入指令，从“地址(x+200)”开始写入200个字节也是没有问题的(小于256均可)。 只是在实际应用中由于基本擦除单元是4KB，一般都以扇区为单位进行读写，想深入了解，可学习我们的“FLASH文件系统”相关的例子。

把页写入时序封装成函数，其实现见 。

这段代码的内容为：先发送“写使能”命令，接着才开始页写入时序，然后发送指令编码、地址，再把要写入的数据一个接一个地发送出去， 发送完后结束通讯，检查FLASH状态寄存器，等待FLASH内部写入结束。

不定量数据写入

应用的时候我们常常要写入不定量的数据，直接调用“页写入”函数并不是特别方便，所以我们在它的基础上编写了“不定量数据写入”的函数， 基实现见 。

这段代码与EEPROM章节中的“快速写入多字节”函数原理是一样的，运算过程在此不再赘述。区别是页的大小以及实际数据写入的时候， 使用的是针对FLASH芯片的页写入函数，且在实际调用这个“不定量数据写入”函数时，还要注意确保目标扇区处于擦除状态。

从FLASH读取数据

相对于写入，FLASH芯片的数据读取要简单得多，使用读取指令“Read Data”即可， 其指令时序见图 。

发送了指令编码及要读的起始地址后，FLASH芯片就会按地址递增的方式返回存储矩阵的内容，读取的数据量没有限制， 只要没有停止通讯，FLASH芯片就会一直返回数据。代码实现见 。

由于读取的数据量没有限制，所以发送读命令后一直接收NumByteToRead个数据到结束即可。

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