IIC主要用于通訊速率一般的場合，而SPI一般用于較高速的場合。

一、SPI協議簡介

SPI 協議是由摩托羅拉公司提出的通訊協議(Serial Peripheral Interface)，即串行外圍設 備接口，是一種高速全雙工的通信總線。它被廣泛地使用在 ADC、LCD 等設備與 MCU 間， 要求通訊速率較高的場合。

（一）物理層

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SPI 通訊使用 3 條總線及片選線，3 條總線分別為 SCK、MOSI、MISO，片選線為SS，它們的作用介紹如下：

• SS：從設備選擇信號線，常稱為片選信號線，也稱為NSS、CS。每個從設備都有獨立的一條SS信號線，本信號線獨占主機的一個引腳，即有多少個從設備，就有多少條片選信號線。IIC協議中通過設備地址來尋址、選中總線上的某個設備并與其進行通訊；而SPI協議中沒有設備地址，它使用SS信號線來尋址，當主機選擇從設備時，把該從設備的SS信號線設置為低電平，該從設備即被選中，即片選有效，接著主機開始與被選中的從設備進行SPI通訊。所以SPI通訊以SS線置低電平為開始信號，以SS線被拉高作為結束信號。

• SCK：時鐘信號線，用于通訊數據同步。它由通訊主機產生，決定了通訊的速率，不同的設備支持的最高時鐘頻率不一樣。（同步通訊）STM32 的 SPI 時鐘頻率最大為 fpclk/2，兩個設備之間通訊時，通訊速率受限于低速設備。

• MOSI（Master Output，Slave Input）：主設備輸出/從設備輸入引腳。主機的數據從這條信號線輸出，從機由這條信號線讀入主機發送的數據，即這條線上數據的方向為主機到從機。

• MISO（Master Input，Slave Output）：主設備輸入/從設備輸出的引腳。主機從這條信號線讀入數據，從機的數據由這條信號線輸出到主機，即在這條線上數據的方向為從機到主機。

（二）協議層

SPI協議定義了通訊的起始和停止信號、數據有效性、時鐘同步等環節。

（1）SPI基本通訊過程

• 通訊的起始和停止信號

  SS信號線由高變低，是SPI通訊的起始信號。NSS是每個從機各自獨占的信號線，當從機檢測到NSS線檢測的起始信號后，就知道被選中了，開始準備與主機通訊。

  當信號由低變高，是SPI通訊的停止信號，表示本次通訊結束，從機的選中狀態被取消。

• 數據有效性

  SPI使用MOSI及MISO信號線來傳輸數據，使用SCK信號線進行數據同步，MOSI及MISO數據線在SCK的每個時鐘周期傳輸一位數據，且數據輸入輸出是同時進行的。（圖示為下降沿采集數據）

• CPOL/CPHA及通訊模式

  時鐘極性CPOL是指SPI通訊設備處于空閑狀態時，SCK信號線的電平信號（即SPI通訊開始前、NSS線為高電平時SCK的狀態）。CPOL=0時，SCK在空閑狀態時為低電平，CPOL=1時則相反。

  時鐘相位CPHA是指數據在采用的時刻，當CPHA=0時，MOSI或MISO數據線上的信號將會在SCK時鐘線的“奇數邊沿”被采樣。當CPHA=1時，數據線在SCK的“偶數邊沿”采樣。（無關上升沿下降沿），下圖為奇數邊沿采樣。

?由CPOL及CPHA的不同狀態，SPI分成了四種模式，主機與從機需要工作在相同的模式下才可以正常通訊，實際中采用較多的是“模式0”與“模式3”。

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二、STM32的SPI外設架構

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STM32的SPI外設可用作通訊的主機及從機，支持最高的SCK時鐘 頻率為fpclk/2 (STM32F429型號的芯片默認fpclk1為90MHz，fpclk2為45MHz)， 完全支持SPI協議的4種模式，數據幀長度可設置為8位或16位，可設置數據 MSB先行（高位先行，從左往右）或LSB先行（低位先行，從右往左）。它還支持雙線全雙工(前面小節說明的都是這種模式)、 雙線單向以及單線模式。

1-通訊引腳，2-時鐘控制邏輯，3-數據控制邏輯，4-整體控制邏輯。

（1）通訊引腳

其中SPI1\SPI4\SPI5\SPI6是APB2上的設備，最高通訊速率達到45Mbit/s，SPI2\SPI3是APB1上的設備，最高通信速率為22.5Mbit/s。其它功能上沒有差異。SPI2\SPI3引腳上上均有I2S，可用來設置音頻，但是IIS與SPI不可以共用。

（2）時鐘控制邏輯

SCK線的時鐘信號，由波特率發生器根據“控制寄存器CR1”中的BR[0:2]位控制，該位是對fpclk時鐘的分頻因子，對fpclk的分頻結果就是SCK引腳的輸出時鐘頻率。

?其中fpclk頻率是指SPI所在的APB總線頻率，APB1為fpclk1，APB2為fpclk2。為了協調通訊速度比較慢的設備。

（3）數據控制邏輯

SPI的MOSI及MISO都連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的數據來源于接收緩沖區及發送緩沖區。

• 通過寫SPI的數據寄存器DR把數據填充到發送緩沖區中。

• 通過讀數據寄存器DR，可以獲取接收緩沖區的內容。

• 其中數據幀長度可以通過控制寄存器DR的DFF位配置成8位及16位模式：配置LSBFIRST位可以選擇MSB先行還是LSB先行。

• SPI 的 MOSI 及 MISO 都連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的內容來源于接收緩沖區及發送緩沖區以及 MISO、MOSI 線。當向外發送數據的時候，數據移位寄存器以 “發送緩沖區”為數據源，把數據一位一位地通過數據線發送出去；當從外部接收數據的 時候，數據移位寄存器把數據線采樣到的數據一位一位地存儲到“接收緩沖區”中。

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（4）整體控制邏輯

整體控制邏輯復制協調整個SPI外設。控制邏輯的工作模式根據我們配置的“控制寄 存器(CR1/CR2)”的參數而改變，基本的控制參數包括前面提到的 SPI 模式、波特率、LSB 先行、主從模式、單雙向模式等等。我們可以通過工作狀態寄存器讀取SPI的工作狀態，“狀態寄存器(SR)”。控制邏輯還可以根據要求，負責控制產生SPI中斷信號、DMA請求及控制NSS信號線。在實際的應用中，我們一般不使用SPI外設的標準NSS信號線，而是更簡單地使用普通GPIO，軟件控制它地電平輸出，從而產生通訊起始和停止信號。

（5）通訊過程

?TXE標志代表的是緩沖區是否為空，當TXE為0時，發送緩沖區為非空，若為1時，發送緩沖區為空。當其為空時，也就說明可以準備發送下一個數據。RXNE為接收緩沖區是否為空的標志，其中0代表接收緩沖區為空，1代表接收緩沖區非空。

• 控制NSS信號線，產生起始信號。

• 把要發送的數據寫入到”數據寄存器DR“中，該數據會被存儲到發送緩沖區。

• 通訊開始，SCK時鐘開始運行。MOSI把發送緩沖區中的數據一位一位地傳輸出去；MISO則把數據一位一位地存儲進接收緩沖區中；

• 當發送完一幀數據的時候，”狀態寄存器SR“中的"TXE標志位"會被置1，表示傳輸完一幀，發送緩沖區已空；類似的，當接收完一幀數據的時候，”RXNE標志位“會被置1，表示傳輸完一幀，接收緩沖區非空；

• 等待到”TXE標志位“為1時，若還要繼續發送數據，則再次往”數據寄存器DR“寫入數據即可；等待到”RXENE標志位“為1時，通過讀取”數據寄存器DR“可以獲取接收緩沖區中的內容。

假如使能了TXE或RXNE中斷，TXE或RXNE置1時會產生SPI中斷信號，進入同一個中斷服務函數，到SPI中斷服務程序后，可通過檢查寄存器位來了解是哪一個事件，再分別進行處理。也可以使用DMA方式來收發”數據寄存器DR“中的數據。

需要注意的是CR寄存器中的SSM位：

?當我們讓這個寄存器置1時，我們可以通過軟件來模擬SPI，這也是比較常用的方式。

三、SPI結構體

typedef struct {uint16_t SPI_Direction; /*設置 SPI 的單雙向模式 */uint16_t SPI_Mode; /*設置 SPI 的主/從機端模式 */uint16_t SPI_DataSize; /*設置 SPI 的數據幀長度，可選 8/16 位 */uint16_t SPI_CPOL; /*設置時鐘極性 CPOL，可選高/低電平*/uint16_t SPI_CPHA; /*設置時鐘相位，可選奇/偶數邊沿采樣 */uint16_t SPI_NSS; /*設置 NSS 引腳由 SPI 硬件控制還是軟件控制*/uint16_t SPI_BaudRatePrescaler; /*設置時鐘分頻因子，fpclk/分頻數=fSCK */uint16_t SPI_FirstBit; /*設置 MSB/LSB 先行 */uint16_t SPI_CRCPolynomial; /*設置 CRC 校驗的表達式 */ } SPI_InitTypeDef;

• SPI_Direction:有雙線全雙工、雙線只接收、單線只接收、單線只發送模式。

• SPI_Mode:主機模式、從機模式。這兩個模式的最大區別是在于時鐘信號線SCK信號線的時序，SCK的時序由通訊中的主機產生。若被設置為從機模式，則要接受外來的SCK信號。

• SPI_DataSize:可以選擇SPI通訊的數據幀大小為8位或者16位。

• SPI_CPOL和SPI_CPHA:這兩個成員配置SPI的時鐘極性CPOL和時鐘相位CPHA，這兩個配置影響到SPI的通訊模式。時鐘極性CPOL成員，可以設置為高電平或者為低電平。時鐘相位CPHA成員，可以設置為在SCK奇數邊沿采集數據或者是偶數邊沿。

• SPI_NSS:可以選擇硬件模式或軟件模式。在硬件模式中的SPI片選信號由SPI硬件自動產生，而軟件模式則需要親自把相應的GPIO端口拉高或者置低產生非片選和片選信號。

• SPI_BaudRatePrescaler:參數可以設定為2、4、6、8、16、32、64、128、256分頻。

• SPI_FirstBit:MSB先行（高數據在前）還是LSB先行（低位數據在前）。

• SPI_CRCPolynomial:適用于比較復雜的環境，這是 SPI 的 CRC 校驗中的多項式，若我們使用 CRC 校驗時，就使用這個成員的參數 (多項式)，來計算 CRC 的值。

四、實踐——SPI讀寫串行FLASH

?上面是我們即將改寫的FLASH芯片。容量為16M。NCS引腳也為NSS引腳，DIO為MOSI引腳，DO為MISO引腳。WP為寫保護引腳，低電平有效。HOLD為暫停通訊或結束通訊，用的很少，接為高電平。以下為引腳的連接圖。

?在FLASH中，它一共有0-255即256個塊（Block），每個塊是64KB，16M=64*255/1024。每個塊右分為0-15個扇區（Sector），每個扇區4KB。寫入數據之前，必須要擦除數據，再重新寫入數據，擦除的最小單位為扇區。設備ID為4018H，設備ID可以用來判斷設備是否連接正常，以及設備是否配套正確。擦除整個芯片的命令為：C7h/60h。擦除扇區的命令為20h。此芯片為MSB先行。以上為該芯片手冊中得出。

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了解這款FLASH后，我們開始進行讀寫。

（1）定義引腳以及時鐘

#define FLASH_SPI SPI5 #define FLASH_SPI_CLK RCC_APB2Periph_SPI5 #define RCC_APB_CLOCK_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd#define FLASH_SPI_CS_GPIO_PORT GPIOF #define FLASH_SPI_CS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF #define FLASH_SPI_CS_PIN GPIO_Pin_6#define FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT GPIOF #define FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF #define FLASH_SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_7 #define FLASH_SPI_SCK_AF GPIO_AF_SPI5 #define FLASH_SPI_SCK_SOURCE GPIO_PinSource7#define FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT GPIOF #define FLASH_SPI_MISO_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF #define FLASH_SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_8 #define FLASH_SPI_MISO_AF GPIO_AF_SPI5 #define FLASH_SPI_MISO_SOURCE GPIO_PinSource8#define FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT GPIOF #define FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF #define FLASH_SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_9 #define FLASH_SPI_MOSI_AF GPIO_AF_SPI5 #define FLASH_SPI_MOSI_SOURCE GPIO_PinSource9

（2）引腳初始化（復用GPIO）

#define CS_HIGH_DISABLE() GPIO_SetBits(FLASH_SPI_CS_GPIO_PORT,FLASH_SPI_CS_PIN) #define CS_LOW_ENABLE() GPIO_ResetBits(FLASH_SPI_CS_GPIO_PORT,FLASH_SPI_CS_PIN)void FLASH_SPI_Config(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;//1.初始化GPIO RCC_AHB1PeriphClockCmd(FLASH_SPI_CS_GPIO_CLK|FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK|FLASH_SPI_MISO_ GPIO_CLK|FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK,ENABLE);/* 連接 引腳源*/GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT,FLASH_SPI_SCK_SOURCE,FLASH_SPI_SCK_AF);/* 連接 */GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MISO_SOURCE,FLASH_SPI_MISO_AF);GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MOSI_SOURCE,FLASH_SPI_MOSI_AF);/* 使能 SPI 時鐘 */RCC_APB_CLOCK_FUN(FLASH_SPI_CLK, ENABLE);/* GPIO初始化 */GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //復用引腳配置為輸出模式也可以進行輸入GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;/* 配置SCK引腳為復用功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_SCK_PIN ; GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* 配置MISO引腳為復用功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MISO_PIN;GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* 配置MOSI引腳為復用功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MOSI_PIN;GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/*CS引腳 */GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //推挽輸出，本身硬件就有一個上拉/* 配置SCK引腳為復用功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_CS_PIN ; GPIO_Init(FLASH_SPI_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);//2.配置SPI工作模式SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2; //最快的分頻SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge ; //偶數邊沿SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High ; //空閑時SCK時鐘高電平SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 0 ; //不需要使用CRC校驗SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //數據幀SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //雙向SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//高位先行SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//軟件配置SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主機SPI_Init(FLASH_SPI,&SPI_InitStructure); SPI_Cmd(FLASH_SPI,ENABLE); CS_HIGH_DISABLE(); }

為了看初始化是否成功，我們可以獲取設備ID來檢驗。獲取ID的命令為：9Fh。

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uint32_t Read_Device_ID(void) {uint8_t temp[3];//拉低片選CS_LOW_ENABLE();Read_Write_Byte(JEDEC_ID);temp[0] = Read_Write_Byte(DUMMY); //發送任意字節，產生時序，下面同理temp[1] = Read_Write_Byte(DUMMY);temp[2] = Read_Write_Byte(DUMMY);//拉高片選CS_HIGH_DISABLE();//將數據進行組合return temp[0]<<16|temp[1]<<8|temp[2]; }

?以上的命令可以使用宏定義來方便使用：

#define DUMMY 0xFF //任意值 #define JEDEC_ID 0x9F //ID #define ERACE_SECTOR 0x20 //擦除扇區 #define READ_DATA 0x03 //讀取數據 #define READ_STATUS 0x05 //空閑 #define WRITE_ENABLE 0x06 //寫使能 #define PAGE_PROGRAM 0x02 //寫入的地址

為了防止時鐘頻率錯誤響應，我們需要檢驗標志位，取決于我們什么時候讀，什么時候寫：

//先發送再接收才會產生時序，一定要注意！！否則STM32不會產生時序，產生一下后就停止，只接受到了地址的數據 uint8_t Read_Write_Byte(uint8_t data) {time_out = SPI_FLAG_TIMEOUT;while(SPI_GetFlagStatus(FLASH_SPI,SPI_FLAG_TXE) == RESET){if((time_out--)==0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);}//發送緩沖區為空SPI_I2S_SendData(FLASH_SPI,data);time_out = SPI_FLAG_TIMEOUT;//接收緩沖區為空，死循環while(SPI_GetFlagStatus(FLASH_SPI,SPI_FLAG_RXNE) == RESET){if((time_out--)==0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);}return SPI_I2S_ReceiveData (FLASH_SPI); }

?其中的變量以及報錯函數定義：

/*等待超時時間*/ #define SPI_FLAG_TIMEOUT ((uint32_t)0x1000) #define SPI_LONG_TIMEOUT ((uint32_t)(10 * SPI_FLAG_TIMEOUT))/*信息輸出*/ #define FLASH_DEBUG_ON 0#define FLASH_INFO(fmt,arg...) printf("<<-FLASH-INFO->> "fmt"\n",##arg) #define FLASH_ERROR(fmt,arg...) printf("<<-FLASH-ERROR->> "fmt"\n",##arg) #define FLASH_DEBUG(fmt,arg...) do{\if(FLASH_DEBUG_ON)\printf("<<-FLASH-DEBUG->>[%s] [%d]"fmt"\n",__FILE__,__LINE__, ##arg);\}while(0) static uint8_t SPI_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode) {FLASH_ERROR("SPI 等待超時!errorCode = %d",errorCode); return 0xFF; }

為了保持在運行的過程中復位不會因為掉電而亂發數據，我們需要控制Release_Power_Down，稍后會進行補充。

（3）編寫FLASH讀寫過程

//擦除過后扇區內所有的數據都應為1 void erace_setor(uint32_t addr) {//在擦除之前必須寫使能Write_Enable();Wait_for_Ready();//拉低片選CS_LOW_ENABLE();Read_Write_Byte(ERACE_SECTOR);//一次能發送24bitRead_Write_Byte((addr>>16)&0xFF);Read_Write_Byte((addr>>8)&0xFF);Read_Write_Byte(addr&0xFF); //拉高片選CS_HIGH_DISABLE();//等待內部時序（等待擦除完成） } //寫使能函數 void Write_Enable(void) {//拉低片選CS_LOW_ENABLE();Read_Write_Byte(WRITE_ENABLE); //拉高片選CS_HIGH_DISABLE(); }

在讀取的過程中，我們需要得知狀態，看它是否空閑后再寫入數據、擦除數據、讀取數據，這個函數需要在拉低片選前使用：

void Wait_for_Ready(void) {uint8_t reg_status=0x01;while(reg_status &0x01){//拉低片選CS_LOW_ENABLE();//讀狀態寄存器Read_Write_Byte(READ_STATUS);reg_status = Read_Write_Byte(DUMMY); //拉高片選CS_HIGH_DISABLE(); }}

讀取數據的函數如下(整塊數據而非單個)：

void Read_buffer(uint8_t* pdata,uint32_t addr,uint32_t numByteTorRead) {Wait_for_Ready();//拉低片選CS_LOW_ENABLE();Read_Write_Byte(READ_DATA);Read_Write_Byte((addr>>16)&0xFF);Read_Write_Byte((addr>>8)&0xFF);Read_Write_Byte(addr&0xFF); while(numByteTorRead--){*pdata = Read_Write_Byte(DUMMY);pdata++;}//拉高片選CS_HIGH_DISABLE();}

完成了讀數據，接下來是寫入數據，最多寫入256個數據：

void Write_buffer(uint8_t* pdata,uint32_t addr,uint32_t numByteTorWrite) {Write_Enable();Wait_for_Ready();//拉低片選CS_LOW_ENABLE();Read_Write_Byte(PAGE_PROGRAM);Read_Write_Byte((addr>>16)&0xFF);Read_Write_Byte((addr>>8)&0xFF);Read_Write_Byte(addr&0xFF); while(numByteTorWrite--){Read_Write_Byte(*pdata);pdata++;}//拉高片選CS_HIGH_DISABLE();}

主函數：

uint8_t readBuff[4096] = {0x0}; uint8_t writeBuff[256] = {0x0}; int main(void) { uint32_t device_id = 0;uint32_t i=0;/*初始化USART 配置模式為 115200 8-N-1，中斷接收*/Debug_USART_Config();FLASH_SPI_Config();/* 發送一個字符串 */Usart_SendString( DEBUG_USART,"這是一個FLASH實驗\n");printf("這是一個FLASH實驗\n");device_id = Read_Device_ID();printf("device_id =0x%x",device_id);erace_setor(0x00);//FLASH先擦除后寫入 //讀出擦除后的數據Read_buffer(readBuff,0x00,4096); printf("\r\n*************讀出擦除后的數據**********\r\n");for(i=0;i<4096;i++)printf("0x%x ",readBuff[i]);for(i=0;i<256;i++)writeBuff[i] = i;Write_buffer(writeBuff,0x00,256);//讀出擦除后的數據Read_buffer(readBuff,0x00,256); printf("\r\n*************讀出寫入后的數據**********\r\n");for(i=0;i<256;i++)printf("0x%x ",readBuff[i]);while(1){ } }

五、看庫理清思路

下面的代碼是已經進行初始化過后，使能NSS引腳后的操作：

（1）使用SPI發送和接收一個數據

/* * @brief 使用SPI發送一個字節的數據 * @param byte：要發送的數據 * @retval 返回接收到的數據 */ u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte) {SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;/* 等待發送緩沖區為空，TXE事件 */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);}/* 寫入數據寄存器，把要寫入的數據寫入發送緩沖區 */SPI_I2S_SendData(FLASH_SPI, byte);SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;/* 等待接收緩沖區非空，RXNE事件 */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);}/* 讀取數據寄存器，獲取接收緩沖區數據 */return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPI); }//當使用SPI進行讀取時，我們需要先寫入，再讀出/* * @brief 使用SPI讀取一個字節的數據 * @param 無 * @retval 返回接收到的數據 */ u8 SPI_FLASH_ReadByte(void) {return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte)); }

• 函數u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte)實現了SPI的通訊過程。

• 上面兩個函數都不包含SPI的起始和停止信號，只是收發的主要過程，所以以上兩個函數都是拿來調用的，前后需要做好起始和停止信號的操作。

• 通過檢測TXE，獲取發送緩沖區狀態，若發送緩沖區為空，則說明上一個數據已發送完畢，若不為空，則等待其為空后，再調用庫函數SPI_I2S_SendData把要發送的數據寫入到數據寄存器DR，寫入SPI的數據會存儲到發送緩沖區，由SPI外設發送出去。從這一點就可以說明，當你想要讀取數據時，必須先寫入，后再讀出。

• 寫入完畢后，等待RXNE事件，即接收緩沖區非空事件。由于 SPI 雙線全雙工模式下 MOSI 與 MISO 數據傳輸是同步的，當接收緩沖區非空時，表示上面的數據發送完畢，且接收緩沖區也收到新的數據。

• 等待至接收緩沖區非空時，通過調用庫函數SPI_I2S_ReceiveData讀取寄存器DR中的數據，最后將其return。

• 最后看一下讀取一個字節數據，它只是簡單地調用了一個任意值Dummy_Byte，然后獲取返回值，其實發送值是什么無關緊要，然后獲取其返回值。SPI接收過程和發送過程實質是一樣的，收發同時進行，關鍵在于上層應用關注的是接收還是發送。

（2）寫使能以及讀取當前的狀態

/* * @brief 向FLASH發送 寫使能 命令 * @param none * @retval none */ void SPI_FLASH_WriteEnable(void) {/* 通訊開始：CS低 */SPI_FLASH_CS_LOW();/* 發送寫使能命令*/SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable);/*通訊結束：CS高 */SPI_FLASH_CS_HIGH(); }

FLASH芯片向內部存儲矩陣寫入數據需要消耗一定的時間，并不是在總線通訊結束的一瞬間完成的，所以需要檢驗FLASH是否空閑。FLASH芯片定義了一個狀態寄存器：

我們需要關注這個狀態寄存器的第0位BUSY是否為1，表明FLASH芯片處于忙碌狀態，也就是說這個時候它可能在進行擦除或者寫入的操作。利用指令表中的“Read Status Register”指令可以獲取FLASH芯片寄存器的內容。并校驗第0位，判斷當前是否可以寫入。判斷函數如下：

/* * @brief 等待WIP(BUSY)標志被置0，即等待到FLASH內部數據寫入完畢 * @param none * @retval none */ void SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void) {u8 FLASH_Status = 0;/* 選擇 FLASH: CS 低 */SPI_FLASH_CS_LOW();/* 發送 讀狀態寄存器 命令 */SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg);SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;/* 若FLASH忙碌，則等待 */do{/* 讀取FLASH芯片的狀態寄存器 */FLASH_Status = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte); {if((SPITimeout--) == 0) {SPI_TIMEOUT_UserCallback(4);return;}} }while ((FLASH_Status & WIP_Flag) == SET); /* 正在寫入標志 *//* 停止信號 FLASH: CS 高 */SPI_FLASH_CS_HIGH(); }

（3）FLASH扇區擦除

FLASH的存儲特性：由于 FLASH 存儲器的特性決定了它只能把原來為“1”的數據位改寫成“0”，而原 來為“0”的數據位不能直接改寫為“1”。所以這里涉及到數據“擦除”的概念，在寫入 前，必須要對目標存儲矩陣進行擦除操作，把矩陣中的數據位擦除為“1”，在數據寫入的 時候，如果要存儲數據“1”，那就不修改存儲矩陣 ，在要存儲數據“0”時，才更改該位。

擦除有以下分類：扇區擦除（Sector Erase）、塊擦除（Block Erase）、整片擦除（Chip Erase）

扇區擦除指令的第一個字節為指令編碼，緊接著發送的 4 個字節用于表示要擦除的存儲矩陣地址。要注意的是在扇區擦除指令前，還需要先發送“寫使能”指令，發送扇區擦除指令后，通過讀取寄存器狀態等待扇區擦除操作完畢。注意發送擦除地址時高位在前即可。

void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr) {/* 發送FLASH寫使能命令 */SPI_FLASH_WriteEnable();SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();/* 擦除扇區 *//* 選擇FLASH: CS低電平 */SPI_FLASH_CS_LOW();/* 發送扇區擦除指令*/SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);/*發送擦除扇區地址的高8位*/SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF000000) >> 24);/*發送擦除扇區地址的中前8位*/SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);/* 發送擦除扇區地址的中后8位 */SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);/* 發送擦除扇區地址的低8位 */SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);/* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */SPI_FLASH_CS_HIGH();/* 等待擦除完畢*/SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(); }

（4）FLASH的頁寫入

FLASH的頁寫入命令最多一次可以傳輸256個字節數據，這個單位也是頁大小。FLASH頁寫入的時序如圖：

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從時序圖可知，第 1 個字節為“頁寫入指令”編碼，24 字節為要寫入的“地址 A”， 接著的是要寫入的內容，最多個可以發送 256 字節數據，這些數據將會從“地址 A”開始， 按順序寫入到 FLASH 的存儲矩陣。若發送的數據超出 256 個，則會覆蓋前面發送的數據。

與擦除指令不一樣，頁寫入指令的地址并不要求按 256 字節對齊，只要確認目標存儲 單元是擦除狀態即可(即被擦除后沒有被寫入過)。所以，若對“地址 x”執行頁寫入指令后， 發送了 200 個字節數據后終止通訊，下一次再執行頁寫入指令，從“地址(x+200)”開始寫 入 200 個字節也是沒有問題的(小于 256 均可)。

/* * @brief 對FLASH按頁寫入數據，調用本函數寫入數據前需要先擦除扇區 * @param pBuffer，要寫入數據的指針 * @param WriteAddr，寫入地址 * @param NumByteToWrite，寫入數據長度，必須小于等于SPI_FLASH_PerWritePageSize * @retval 無 */ void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u32 NumByteToWrite) {/* 發送FLASH寫使能命令 */SPI_FLASH_WriteEnable();/* 選擇FLASH: CS低電平 */SPI_FLASH_CS_LOW();/* 寫頁寫指令*/SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);/*發送寫地址的高8位*/SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF000000) >> 24);/*發送寫地址的中前8位*/SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);/*發送寫地址的中后8位*/SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);/*發送寫地址的低8位*/SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);if(NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize){NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");}/* 寫入數據*/while (NumByteToWrite--){/* 發送當前要寫入的字節數據 */SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);/* 指向下一字節數據 */pBuffer++;}/* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */SPI_FLASH_CS_HIGH();/* 等待寫入完畢*/SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(); }

先發送“寫使能”命令，接著才開始頁寫入時序，然后發送指令 編碼、地址，再把要寫入的數據一個接一個地發送出去，發送完后結束通訊，檢查 FLASH 狀態寄存器，等待 FLASH 內部寫入結束。

當我們有不定量數據寫入時，大于256時，可以用下面的函數：

/*** @brief 對FLASH寫入數據，調用本函數寫入數據前需要先擦除扇區* @param pBuffer，要寫入數據的指針* @param WriteAddr，寫入地址* @param NumByteToWrite，寫入數據長度* @retval 無*/ void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u32 NumByteToWrite) {u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;/*mod運算求余，若writeAddr是SPI_FLASH_PageSize整數倍，運算結果Addr值為0*/Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;/*差count個數據值，剛好可以對齊到頁地址*/count = SPI_FLASH_PageSize - Addr; /*計算出要寫多少整數頁*/NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;/*mod運算求余，計算出剩余不滿一頁的字節數*/NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;/* Addr=0,則WriteAddr 剛好按頁對齊 aligned */if (Addr == 0) {/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */if (NumOfPage == 0) {SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);}else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */{/*先把整數頁都寫了*/while (NumOfPage--){SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;}/*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);}}/* 若地址與 SPI_FLASH_PageSize 不對齊 */else {/* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */if (NumOfPage == 0) {/*當前頁剩余的count個位置比NumOfSingle小，寫不完*/if (NumOfSingle > count) {temp = NumOfSingle - count;/*先寫滿當前頁*/SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);WriteAddr += count;pBuffer += count;/*再寫剩余的數據*/SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);}else /*當前頁剩余的count個位置能寫完NumOfSingle個數據*/{ SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);}}else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */{/*地址不對齊多出的count分開處理，不加入這個運算*/NumByteToWrite -= count;NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);WriteAddr += count;pBuffer += count;/*把整數頁都寫了*/while (NumOfPage--){SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;}/*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/if (NumOfSingle != 0){SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);}}} }

（5）從FLASH讀取數據

相對于寫入，FLASH 芯片的數據讀取要簡單得多，使用讀取指令“Read Data”即可。

發送了指令編碼及要讀的起始地址后，FLASH 芯片就會按地址遞增的方式返回存儲矩 陣的內容，讀取的數據量沒有限制，只要沒有停止通訊，FLASH 芯片就會一直返回數據。

/* * @brief 讀取FLASH數據 * @param pBuffer，存儲讀出數據的指針 * @param ReadAddr，讀取地址 * @param NumByteToRead，讀取數據長度 * @retval 無 */ void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u32 NumByteToRead) {/* 選擇FLASH: CS低電平 */SPI_FLASH_CS_LOW();/* 發送 讀 指令 */SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);/* 發送 讀 地址高8位 */SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF000000) >> 24);/* 發送 讀 地址中前8位 */SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);/* 發送 讀 地址中后8位 */SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);/* 發送 讀 地址低8位 */SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);/* 讀取數據 */while (NumByteToRead--){/* 讀取一個字節*/*pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);/* 指向下一個字節緩沖區 */pBuffer++;}/* 停止信號 FLASH: CS 高電平 */SPI_FLASH_CS_HIGH(); }

?六、FLASH存儲小數和整數

需要注意的是，存儲各種數據類型的時候，我們需要將不同的數據類型分在不同的扇區，不可以混著，主要原因是下面這個動態存儲，因為不同的字節數存儲的方式不一樣，比如說，存儲整數，我們將整數通過十六進制傳入，占兩個字節，當我們需要讀取時，四個字節四個字節的讀，即合為一個整數，若這個時候我們用浮點數的方式來運算，它就為八個字節八個字節的讀，會出錯。所以，當我們存儲不管是浮點數還是整數，存儲方式都一樣，可是你想讀出來的時候，你就應該區分他們之間的區別，不可以混為一談，怎么讀數據，還是取決于上位機的處理。

/*寫入小數數據到第一頁*/ SPI_FLASH_BufferWrite((void*)double_buffer, SPI_FLASH_PageSize*1, sizeof(double_buffer)); /*寫入整數數據到第二頁*/ SPI_FLASH_BufferWrite((void*)int_bufffer, SPI_FLASH_PageSize*2, sizeof(int_bufffer));

?SPI協議初步就學習到這啦，國慶也就結束了，好像任務量也沒有完成很多，接下來也要忙比賽啦，希望自己再接再厲。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F429入门（二十一）：SPI协议及SPI读写FLASH的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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