STM32-SPI读写串行FLASH

SPI协议简介

SPI协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、 LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。

学习本章时，可与 I2C 章节对比阅读，体会两种通讯总线的差异以及 EEPROM 存储器与 FLASH 存储器的区别。下面我们分别对 SPI 协议的物理层及协议层进行讲解。

SPI物理层

SPI 通讯设备之间的常用连接方式见图 24-1。

SPI 通讯使用 3 条总线及片选线， 3 条总线分别为 SCK、 MOSI、 MISO，片选线为SS，它们的作用介绍如下：

(1) ss( Slave Select)：从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、 CS，以下用 NSS 表示。 当有多个 SPI 从设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这 3 条总线；而每个从设备都有独立的这一条 NSS 信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。 I2C 协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而 SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。

(2) SCK (Serial Clock)： 时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

(3) MOSI (Master Output， Slave Input)： 主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

(4) MISO(Master Input,， Slave Output)： 主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机

协议层

2. SPI基本通讯过程

先看看 SPI 通讯的通讯时序，见图 24-2。

这是一个主机的通讯时序。 NSS、 SCK、 MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。 MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。

以上通讯流程中包含的各个信号分解如下：

3. 通讯的起始和停止信号

在图 24-2 中的标号1处， NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。 NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机检在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。在图中的标号6处， NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

4. 数据有效性

SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。 MOSI及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时， MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用图 24-2 中的 MSB 先行模式。

观察图中的2、3、4、5标号处， MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，在 SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻， MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效， MOSI 及 MISO为下一次表示数据做准备。

SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。

5. CPOL/CPHA 及通讯模式

上面讲述的图 24-2 中的时序只是 SPI 中的其中一种通讯模式， SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。为方便说明，在此引入“时钟极性CPOL”和“时钟相位 CPHA”的概念。

时钟极性 CPOL 是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时， SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。 CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。

时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时， MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿” 被采样。当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数边沿” 采样。见图 24-3 及图 24-4。

我们来分析这个 CPHA=0 的时序图。首先，根据 SCK 在空闲状态时的电平，分为两种情况。 SCK 信号线在空闲状态为低电平时， CPOL=0；空闲状态为高电平时， CPOL=1。

无论 CPOL=0 还是=1，因为我们配置的时钟相位 CPHA=0，在图中可以看到， 采样时刻都是在 SCK 的奇数边沿。注意当 CPOL=0 的时候，时钟的奇数边沿是上升沿，而CPOL=1 的时候，时钟的奇数边沿是下降沿。所以 SPI 的采样时刻不是由上升/下降沿决定的。 MOSI 和 MISO 数据线的有效信号在 SCK 的奇数边沿保持不变，数据信号将在 SCK 奇数边沿时被采样，在非采样时刻， MOSI 和 MISO 的有效信号才发生切换。类似地，当 CPHA=1 时，不受 CPOL 的影响，数据信号在 SCK 的偶数边沿被采样，见图 24-4。

由 CPOL 及 CPHA 的不同状态， SPI 分成了四种模式，见表 24-1，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式 0”与“模式 3”。

STM32的SPI特性及架构

与 I2C 外设一样， STM32 芯片也集成了专门用于 SPI 协议通讯的外设。

STM32的SPI外设简介

STM32 的 SPI 外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的 SCK 时钟频率为 fpclk/2(STM32F429 型号的芯片默认 fpclk1为 90MHz， fpclk2 为 45MHz)，完全支持 SPI 协议的 4 种模式，数据帧长度可设置为 8 位或 16 位，可设置数据 MSB 先行或 LSB 先行。它还支持双线全双工(前面小节说明的都是这种模式)、双线单向以及单线模式。其中双线单向模式可以同时使用 MOSI 及 MISO 数据线向一个方向传输数据，可以加快一倍的传输速度。而单线模式则可以减少硬件接线，当然这样速率会受到影响。我们只讲解双线全双工模式。

STM32 的 SPI 外设还支持 I2S 功能， I2S 功能是一种音频串行通讯协议，在我们以后讲解 MP3 播放器的章节中会进行介绍。

STM32 的SPI架构剖析

2. 通讯引脚

SPI 的所有硬件架构都从图 24-5 中左侧 MOSI、 MISO、 SCK 及 NSS 线展开的。STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，见表 24-2。关于 GPIO 引脚的复用功能，可查阅《STM32F4xx规格书》，以它为准。

其中 SPI1、 SPI4、 SPI5、 SPI6 是 APB2 上的设备，最高通信速率达 45Mbtis/s， SPI2、SPI3 是 APB1 上的设备，最高通信速率为 22.5Mbits/s。其它功能上没有差异。

3. 时钟控制逻辑

SCK 线的时钟信号，由波特率发生器根据“控制寄存器CR1”中的 BR[0:2]位控制，该位是对 fpclk时钟的分频因子，对 fpclk 的分频结果就是 SCK 引脚的输出时钟频率，计算方法见表 24-3。

其中的 fpclk频率是指 SPI 所在的 APB 总线频率， APB1 为 fpclk1， APB2 为 fpckl2。通过配置“控制寄存器 CR”的“CPOL 位”及“CPHA”位可以把 SPI 设置成前面分析的 4 种 SPI 模式。

4. 数据控制逻辑

SPI 的 MOSI 及 MISO 都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的内容来源于接收缓冲区及发送缓冲区以及 MISO、 MOSI 线。当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“发送缓冲区”为数据源，把数据一位一位地通过数据线发送出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位地存储到“接收缓冲区”中。通过写 SPI 的“数据寄存器 DR”把数据填充到发送缓冲区中，通过 “数据寄存器 DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。其中数据帧长度可以通过“控制寄存器 CR1”的“DFF 位”配置成 8 位及 16 位模式；配置“LSBFIRST 位”可选择 MSB 先行还是 LSB 先行。

5. 整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个 SPI 外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的参数而改变，基本的控制参数包括前面提到的 SPI 模式、波特率、 LSB先行、主从模式、单双向模式等等。在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR)”，我们只要读取状态寄存器相关的寄存器位，就可以了解 SPI 的工作状态了。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生 SPI 中断信号、 DMA 请求及控制NSS 信号线。

实际应用中，我们一般不使用STM32 SPI 外设的标准 NSS 信号线，而是更简单地使用普通的 GPIO，软件控制它的电平输出，从而产生通讯起始和停止信号。

通讯过程

STM32 使用 SPI 外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器 SR”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

图 24-6 中的是“主模式”流程，即 STM32 作为 SPI 通讯的主机端时的数据收发过程。

主模式收发流程及事件说明如下：

(1) 控制 NSS 信号线，产生起始信号(图中没有画出)；

(2) 把要发送的数据写入到“数据寄存器 DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；

(3) 通讯开始， SCK 时钟开始运行。 MOSI 把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去； MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；

(4) 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；

(5) 等待到“TXE 标志位”为 1 时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE 标志位”为 1 时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

假如我们使能了 TXE 或 RXNE 中断， TXE 或 RXNE 置 1 时会产生 SPI 中断信号，进入同一个中断服务函数，到 SPI 中断服务程序后，可通过检查寄存器位来了解是哪一个事件，再分别进行处理。也可以使用 DMA 方式来收发“数据寄存器 DR”中的数据。

SPI初始化结构体详解

跟其它外设一样， STM32 标准库提供了 SPI 初始化结构体及初始化函数来配置 SPI 外设。初始化结构体及函数定义在库文件“stm32f4xx_spi.h”及“stm32f4xx_spi.c”中，编程时我们可以结合这两个文件内的注释使用或参考库帮助文档。了解初始化结构体后我们就能对 SPI 外设运用自如了， 见代码清单 24-1。

代码清单 24-1 SPI 初始化结构体

typedef struct
{
    uint16_t SPI_Direction; /*设置 SPI 的单双向模式 */
    uint16_t SPI_Mode; /*设置 SPI 的主/从机端模式 */
    uint16_t SPI_DataSize; /*设置 SPI 的数据帧长度，可选 8/16 位 */
    uint16_t SPI_CPOL; /*设置时钟极性 CPOL，可选高/低电平*/
    uint16_t SPI_CPHA; /*设置时钟相位，可选奇/偶数边沿采样 */
    uint16_t SPI_NSS; /*设置 NSS 引脚由 SPI 硬件控制还是软件控制*/
    uint16_t SPI_BaudRatePrescaler; /*设置时钟分频因子， fpclk/分频数=fSCK */
    uint16_t SPI_FirstBit; /*设置 MSB/LSB 先行 */
    uint16_t SPI_CRCPolynomial; /*设置 CRC 校验的表达式 */
} SPI_InitTypeDef;

这些结构体成员说明如下，其中括号内的文字是对应参数在 STM32 标准库中定义的宏：

(1) SPI_Direction

本成员设置 SPI 的通讯方向，可设置为双线全双工(SPI_Direction_2Lines_FullDuplex)，双线只接收(SPI_Direction_2Lines_RxOnly)，单线只接收(SPI_Direction_1Line_Rx)、单线只发送模式(SPI_Direction_1Line_Tx)。

(2) SPI_Mode

本成员设置 SPI 工作在主机模式(SPI_Mode_Master)或从机模式(SPI_Mode_Slave )，这两个模式的最大区别为 SPI 的 SCK 信号线的时序， SCK 的时序是由通讯中的主机产生的。若被配置为从机模式， STM32 的 SPI 外设将接受外来的 SCK 信号。

(3) SPI_DataSize

本成员可以选择 SPI 通讯的数据帧大小是为 8 位(SPI_DataSize_8b)还是 16 位(SPI_DataSize_16b)。

(4) SPI_CPOL 和 SPI_CPHA

这两个成员配置 SPI 的时钟极性 CPOL 和时钟相位 CPHA，这两个配置影响到 SPI 的通讯模式，关于 CPOL 和 CPHA 的说明参考前面“通讯模式”小节。

时钟极性 CPOL 成员，可设置为高电平(SPI_CPOL_High)或低电平(SPI_CPOL_Low )。

时钟相位 CPHA 则可以设置为 SPI_CPHA_1Edge(在 SCK 的奇数边沿采集数据) 或SPI_CPHA_2Edge (在 SCK 的偶数边沿采集数据) 。

(5) SPI_NSS

本成员配置 NSS 引脚的使用模式，可以选择为硬件模式(SPI_NSS_Hard )与软件模式(SPI_NSS_Soft )，在硬件模式中的 SPI 片选信号由 SPI 硬件自动产生，而软件模式则需要我们亲自把相应的 GPIO 端口拉高或置低产生非片选和片选信号。实际中软件模式应用比较多。

(6) SPI_BaudRatePrescaler

本成员设置波特率分频因子，分频后的时钟即为 SPI 的 SCK 信号线的时钟频率。这个成员参数可设置为 fpclk 的 2、 4、 6、 8、 16、 32、 64、 128、 256 分频。

(7) SPI_FirstBit

所有串行的通讯协议都会有 MSB 先行(高位数据在前)还是 LSB 先行(低位数据在前)的问题，而 STM32 的 SPI 模块可以通过这个结构体成员，对这个特性编程控制。

(8) SPI_CRCPolynomial

这是 SPI 的 CRC 校验中的多项式，若我们使用 CRC 校验时，就使用这个成员的参数(多项式)，来计算 CRC 的值。

配置完这些结构体成员后，我们要调用 SPI_Init 函数把这些参数写入到寄存器中，实现 SPI 的初始化，然后调用 SPI_Cmd 来使能 SPI 外设。

本实验板中的 FLASH 芯片(型号： W25Q128)是一种使用 SPI 通讯协议的 NOR FLASH存储器，它的 CS/CLK/DIO/DO 引脚分别连接到了 STM32 对应的 SDI 引脚NSS/SCK/MOSI/MISO 上，其中 STM32 的 NSS 引脚是一个普通的 GPIO，不是 SPI 的专用NSS 引脚，所以程序中我们要使用软件控制的方式。

FLASH 芯片中还有 WP 和 HOLD 引脚。 WP 引脚可控制写保护功能，当该引脚为低电平时，禁止写入数据。我们直接接电源，不使用写保护功能。 HOLD 引脚可用于暂停通讯，该引脚为低电平时，通讯暂停，数据输出引脚输出高阻抗状态，时钟和数据输入引脚无效。我们直接接电源，不使用通讯暂停功能。

关于 FLASH 芯片的更多信息，可参考其数据手册《W25Q128》来了解。若您使用的实验板 FLASH 的型号或控制引脚不一样， 只需根据我们的工程修改即可，程序的控制原理相同。

软件设计

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《W25Q128》，可了解各种它定义的各种指令的功能及指令格式，见表 24-4。

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（MANUFACTURER ID）； “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 24-5。

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“9Fh”，其中“9Fh”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 24-8。

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。

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 24-6。

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 24-11。

使用扇区擦除指令“Sector Erase”可控制 FLASH 芯片开始擦写，其指令时序见图24-14。

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，代码实现见代码清单 24-10。

代码清单 24-10 擦除扇区

/**
* @brief 擦除 FLASH 扇区
* @param SectorAddr：要擦除的扇区地址
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_SectorErase(u32 SectorAddr)
{
    /* 发送 FLASH 写使能命令 */
    SPI_FLASH_WriteEnable();
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
    /* 擦除扇区 */
    /* 选择 FLASH: CS 低电平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();
    /* 发送扇区擦除指令*/
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);
    /*发送擦除扇区地址的高位*/
    SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
    /* 发送擦除扇区地址的中位 */
    SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
    /* 发送擦除扇区地址的低位 */
    SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr & 0xFF);
    /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();
    /* 等待擦除完毕*/
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();

}

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 24-13。

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，其实现见代码清单 24-11。

代码清单 24-11 FLASH 的页写入

/**
* @brief 对 FLASH 按页写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度，必须小于等于页大小
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_PageWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
    /* 发送 FLASH 写使能命令 */
    SPI_FLASH_WriteEnable();    
    /* 选择 FLASH: CS 低电平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();
    /* 写送写指令*/
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);
    /*发送写地址的高位*/
    SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF0000) >> 16);
    /*发送写地址的中位*/
    SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr & 0xFF00) >> 8);
    /*发送写地址的低位*/
    SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr & 0xFF);
    
    if (NumByteToWrite > SPI_FLASH_PerWritePageSize)
    {
        NumByteToWrite = SPI_FLASH_PerWritePageSize;
        FLASH_ERROR("SPI_FLASH_PageWrite too large!");
    }
    
    /* 写入数据*/
    while (NumByteToWrite--)
    {
        /* 发送当前要写入的字节数据 */
        SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
        /* 指向下一字节数据 */
        pBuffer++;
    }
    
    /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();

    /* 等待写入完毕*/
    SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

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，基实现见代码清单 24-12。

代码清单 24-12 不定量数据写入

/**
* @brief 对 FLASH 写入数据，调用本函数写入数据前需要先擦除扇区
* @param pBuffer，要写入数据的指针
* @param WriteAddr，写入地址
* @param NumByteToWrite，写入数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferWrite(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite)
{
    u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;
    
    /*mod 运算求余，若 writeAddr 是 SPI_FLASH_PageSize 整数倍，运算结果 Addr 值为
    */
    Addr = WriteAddr % SPI_FLASH_PageSize;
    
    /*差 count 个数据值，刚好可以对齐到页地址*/
    count = SPI_FLASH_PageSize - Addr;
    /*计算出要写多少整数页*/
    NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
    /*mod 运算求余，计算出剩余不满一页的字节数*/
    NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
    
    /* Addr=0,则 WriteAddr 刚好按页对齐 aligned */
    if (Addr == 0)
    {
        /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
        if (NumOfPage == 0)
        {
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
        }
        else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
        {
        /*先把整数页都写了*/
        while (NumOfPage--)
        {
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
            WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
            pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
        }
        
        /*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
        SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
        }
    }
    /* 若地址与 SPI_FLASH_PageSize 不对齐 */
    else
    {
        /* NumByteToWrite < SPI_FLASH_PageSize */
        if (NumOfPage == 0)
        {
            /*当前页剩余的 count 个位置比 NumOfSingle 小，写不完*/
            if (NumOfSingle > count)
            {
                temp = NumOfSingle - count;
                
                /*先写满当前页*/
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
                WriteAddr += count;
                pBuffer += count;
                
                /*再写剩余的数据*/
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, temp);
            }
            else /*当前页剩余的 count 个位置能写完 NumOfSingle 个数据*/
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);
            }
        }
        else /* NumByteToWrite > SPI_FLASH_PageSize */
        {
            /*地址不对齐多出的 count 分开处理，不加入这个运算*/
            NumByteToWrite -= count;
            NumOfPage = NumByteToWrite / SPI_FLASH_PageSize;
            NumOfSingle = NumByteToWrite % SPI_FLASH_PageSize;
            
            SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
            WriteAddr += count;
            pBuffer += count;
            
            /*把整数页都写了*/
            while (NumOfPage--)
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, SPI_FLASH_PageSize);
                WriteAddr += SPI_FLASH_PageSize;
                pBuffer += SPI_FLASH_PageSize;
            }
            /*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/
            if (NumOfSingle != 0)
            {
                SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
            }
        }
    }
}

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 24-14。

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。代码实现见代码清单 24-13。

代码清单 24-13 从 FLASH 读取数据

/**
* @brief 读取 FLASH 数据
* @param pBuffer，存储读出数据的指针
* @param ReadAddr，读取地址
* @param NumByteToRead，读取数据长度
* @retval 无
*/
void SPI_FLASH_BufferRead(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{
    /* 选择FLASH: CS 低电平 */
    SPI_FLASH_CS_LOW();

    /* 发送读 指令 */
    SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);

    /* 发送读 地址高位 */
    SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr & 0xFF0000) >> 16);

    /* 发送读 地址中位 */
    SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr& 0xFF00) >> 8);

    /* 发送读 地址低位 */
    SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr & 0xFF);

    /* 读取数据 */
    while (NumByteToRead--)
    {
        /* 读取一个字节*/
        *pBuffer = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
        /* 指向下一个字节缓冲区 */
        pBuffer++;
    }

    /* 停止信号 FLASH: CS 高电平 */
    SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

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。

参考引用：

1. 野火---《零死角玩转STM32-F429挑战者》
2. 《STM32F4xx中文参考手册》
3. 《Cortex-M4内核编程手册》