2020年10月10日 | 【STM8】外挂存储器W25Q16

文章里面提到的页编程，就是写数据了，因为这是英文直译的结果（PageProgram）

为了测试这个外挂Flash存储器，我在淘宝买了一个小板，3元不到

其实也可以直接买芯片回来自己接，反正没几个元件

这个芯片是用SPI通讯的

我找不到没水印的图片，暂时先用W25Q128的

不过他俩板子长得一模一样，元件也一样。除了芯片型号

板子上的LED和电阻串联，上电后LED就亮，没别的意思

电容是滤波用的，它紧靠芯片的VCC引脚

另外附上两个链接，这是我之前写的博客，是关于『STM8开发环境』和『STM8 - SPI通讯』，这篇博客的测试基础，是建立在STM8上的

关于如何接线，SPI通讯这篇博客有提到，如果有需要可以观看

STM8开发环境：https://www.cnblogs.com/PureHeart/p/10824556.html

STM8 - SPI通讯：https://www.cnblogs.com/PureHeart/p/10749264.html

SPI相关知识有了，就可以开始了

开始之前，还是先介绍一下大纲

【W25Q16芯片介绍】：芯片命名规则、芯片引脚图、引脚功能介绍

【W25Q16指令】：官方定义的指令，还有时序图介绍

【W25Q16初步测试】：执行其中一个指令（读取芯片ID），看看执行的效果，以此确认步骤是否正确，如果这一步都不正确，就不用谈最主要的读和写吧？

【W25Q16状态寄存器】：寄存器的一些状态，例如芯片是不是在忙、是不是处于保护状态、保护的区域、是否可写状态。。。等等

【W25Q16读、写、擦除】：读、写、擦除相关代码

【W25Q16芯片介绍】

应该很好理解，像W25Q02系列，就是2G的Flash，下方的红字也提醒了，这是2G bit，像我们下载的电影、音乐，这些都是byte为单位的，设计的时候要考虑一下

另外这是华邦的官网，选型方面，或是datasheet，都可以在这里找到：https://www.winbond.com/hq/product/code-storage-flash-memory/serial-nor-flash/?__locale=zh

不在官网找的话，我也有上传到我的度盘：https://pan.baidu.com/s/1bHmk4o1C3I5JweayWsFGqw

提取码：iq4j

 W25Q16的引脚如下

统一说明：前方有斜线的/，例如/CS，这个斜线代表低电平使能

【/CS】：片选引脚，低电平呢芯片工作，高电平芯片就罢工，当然，别想着一劳永逸这种事，直接把它接GND，我就吃到苦头了，这引脚请务必接GPIO

【DO】：数据输出

【/WP】：写保护，低电平呢只能读，高电平就随你读写

【GND】：接地

【DI】：数据输入（接收外来的指令）

【CLK】：时钟

【/HOLD】：数据暂停控制，低电平代表暂停，高电平工作，通常用于多个设备共享一个SPI，如果只有一主一从，可以把这引脚接VCC

【VCC】：2.7～3.6V

另外，这个芯片可以支持『双输出』和『四输出』，可以提升读数据的速度

具体的方法是把其他引脚的功能都改为输出（IO1、2、3、4）

就好比大家的车速都一样，道路有两条的情况下，一定比只有一条道路，处理车流量来的快

在引脚图的上方，有芯片的介绍，其中会看到104MHz、208MHz、416MHz

分别是SPI单输出、双输出和四输出

遗憾的是STM8的SPI，最快也只有10MHz左右，想要处理双输出和四输出，是不可能的

不过对于我的项目来说，这已经足够了

 【W25Q16指令】

下面介绍写使能的时序图，但是在『W25Q16初步测试』的环节中，会读取JEDEC ID（指令发送0x9F），最终看看W25Q16有没有反馈『生产商ID』和『芯片ID』给我

给下降沿的原因，在介绍引脚图时，片选引脚/CS已经说明了，下达每个指令之前，必须给下降沿

DI，也就是W25Q16接收的数据，0x06，文章往上拉找到指令的图片，找对应的位置，0x06就是写使能

DO，因为这个指令不需要反馈数据给主机，所以是高阻态

【W25Q16初步测试】

我是透过Uart来打印数据的，图片左上有示意图

用示意图上的1234来表示流程，就是『1 234 234 234 234 234 234 234 234 234 234』

234出现了十次，因为在『SPI接收中断』里面，判断count < 10

除了第一个『2』是指令（0x9F）以外，后面所有的『2』全部都是伪字节（0xFE），这是为了制造时钟给从机，在我另一篇博客有提到

下面贴上完整代码，另外附上链接，需要代码的朋友也可以下载

地址：https://pan.baidu.com/s/1Or5cWBaKLYl2-F-4qikSrA

提取码：4pbw

#include"iostm8s103F3.h"

#include "W25Qxx.h"

typedef unsigned char u8;

typedef unsigned short int u16;

typedef unsigned int u32;

void UART1_sendchar(unsigned char c);

void SPI_sendchar(unsigned char c);

u8 count = 0;

/* ====================================== */

/* ============ 【Uart】init ============ */

/* ====================================== */

void Init_UART1(void)

{

    UART1_CR1 = 0x00;

    UART1_CR2 = 0x00;

    UART1_CR3 = 0x00;

    // 设置波特率，必须注意以下几点：

    // (1) 必须先写BRR2

    // (2) BRR1存放的是分频系数的第11位到第4位，

    // (3) BRR2存放的是分频系数的第15位到第12位，和第3位

    // 到第0位

    // 例如对于波特率位9600时，分频系数=2000000/9600=208

    // 对应的十六进制数为00D0，BBR1=0D,BBR2=00

    UART1_BRR2 = 0x00;

    UART1_BRR1 = 0x0d;

    UART1_CR2 = 0x2c; // 允许接收，发送，开接收中断

}

/* ====================================== */

/* =========== 【Uart】发送函数 ========= */

/* ====================================== */

void UART1_sendchar(unsigned char c)

{

    while((UART1_SR & 0x80) == 0x00); // 等待发送缓冲区为空

    UART1_DR = c;

}

/* ====================================== */

/* =========== 【Uart】接收中断 ========= */

/* ====================================== */

#pragma vector= UART1_R_OR_vector//0x19

__interrupt void UART1_R_OR_IRQHandler(void)

{

    PC_ODR_ODR4 = 0; // 串口收到数据后进入中断，先给W25Qxx下降沿，等等透过SPI发送指令

    SPI_sendchar(UART1_DR); // 发送SPI数据（UART接收到什么就发什么），然后等待SPI中断，实现自发自收

}

/* ====================================== */

/* ============ 【SPI】init ============= */

/* ====================================== */

void Init_SPI(void)

{

    CLK_PCKENR1 |= 0x02; //打开SPI时钟

    /*PC6、PC5设置为输出，最大10MHz*/

    //PC_DDR = 0x60; // 用下方比较详细的写法

    //PC_CR1 = 0xe0; // 用下方比较详细的写法

    //PC_CR2 = 0x60; // 用下方比较详细的写法

    PC_DDR_DDR4 = 1;    // 配置PC4（/CS）端口为输出模式

    PC_CR1_C14 = 1;     // 配置PC4（/CS）端口为推挽输出模式

    PC_CR2_C24 = 1;     // 配置PC4（/CS）端口为高速率输出

    PC_DDR_DDR5 = 1;    // 配置PC5（SCK）端口为输出模式

    PC_CR1_C15 = 1;     // 配置PC5（SCK）端口为推挽输出模式

    PC_CR2_C25 = 1;     // 配置PC5（SCK）端口为高速率输出

    PC_DDR_DDR6 = 1;    // 配置PC6（MOSI）端口为输出模式

    PC_CR1_C16 = 1;     // 配置PC6（MOSI）端口为推挽输出模式

    PC_CR2_C26 = 1;     // 配置PC6（MOSI）端口为高速率输出

    PC_DDR_DDR7 = 0;    // 配置PC7（MISO）端口为输入模式

    PC_CR1_C17 = 1;     // 配置PC7（MISO）端口为弱上拉输入模式

    PC_CR2_C27 = 0;     // 禁止PC7（MISO）端口外部中断

    SPI_ICR_RXIE = 1; // 开启SPI中断接收

    // [7]先发MSB

    // [6]禁止SPI

    // [5][4][3]f_Master / 2

    // [2]主设备

    // [1]空闲时SCK保持低电平

    // [0]数据采样从第一个时钟沿开始

    SPI_CR1 = 0x04; /*MSB、1MHz、主设备、CPOL空闲为低、CPHA第一个时钟开始*/

    // [7]双线单向模式

    // [6]输入使能（只接收模式）

    // [5]CRC计算禁止

    // [4]下个发送数据来自Tx缓冲

    // [3]保留

    // [2]全双工（同时收发）

    // [1]使能软件从设备管理（不需要判断硬件CS位，节省一个引脚）

    // [0]主模式

    SPI_CR2 = 0x03; /*双线单向视距传输、CRC计算禁止、软件NSS、主模式*/

    SPI_CR1_SPE = 1; // 打开SPI

}

/* ====================================== */

/* =========== 【SPI】发送函数 ========== */

/* ====================================== */

void SPI_sendchar(unsigned char c)

{

    while(!(SPI_SR & 0x02));    // 等待发送缓冲区为空

    SPI_DR = c;                  // 将发送的数据写到数据寄存器

    //while(!(SPI_SR & 0x01));    // 等待接收缓冲区非空，这是轮询的方式，但是我想在中断来处理

    //UART1_sendchar(SPI_DR);

}

/* ====================================== */

/* =========== 【SPI】接收中断 ========== */

/* ====================================== */

#pragma vector=SPI_RXNE_vector

__interrupt void SPI_RXNE_IRQHandler(void)

{

    //RxBuf[cnt++]=SPI_DR;

    while(!(SPI_SR & 0x01));

    UART1_sendchar(SPI_DR); // 把SPI接收到的数据，透过UART，传回给USB转TTL小板

    count++;

    if(count < 10) SPI_sendchar(0xfe); // 发送伪字节

    else

    {

        count = 0;

        PC_ODR_ODR4 = 1; // 重新置为高电平，等待下一次的指令

    }

}

/* ====================================== */

/* ============== 【Main】 ============== */

/* ====================================== */

main()

{

    Init_UART1();

    Init_SPI();

    PC_ODR_ODR4 = 1; // 初始上电给高电平，后续W25Qxx在执行指令前，再给下降沿

    asm("rim"); // 开中断，sim为关中断

    while (1);

}

【W25Q16状态寄存器】

文章有点长，再说明一个寄存器就好了

先上一张图，这是状态寄存器里的内容

下面是寄存器内各个『位』的说明，另外『R』代表『只可读』，『W』代表『只可写』，『RW』代表『可读可写』

【BUSY】（R）：芯片在忙的时候，状态=1，不忙时=0，什么时候在忙呢？执行『页编程』『任何一种擦除』『写状态』都是，芯片忙完这些事会自动清0

【WEL】（R）：『写保护』位，执行写使能后，由芯片自动置1，芯片处于『写保护』时该位=0，写禁用状态发生在『通电时』『写禁止』『页编程』『任何一种擦除』和『写状态寄存器』

【BP0、1、2】（RW）：这三位决定了需要保护的区域，例如一些固件，你不想后续被修改的东西，都可以保护。默认为0，另外，它和TB、SEC位有关。这里不做过多介绍，我的项目没有用到，还没研究，未来有时间再看看。

【TB】（RW）：默认为0，可以决定是『顶部』或是『底部』需要保护，例如有100个保险柜，你要保护前10个，或是保护最后20个，具体位置请参考上面的图片。这里不做过多介绍，我的项目没有用到，还没研究，未来有时间再看看。

【SEC】：非易失性扇区保护位。这里不做过多介绍，我的项目没有用到，还没研究，未来有时间再看看。

【SRP0、1】（RW）：状态寄存器保护位，默认为0。

       ❶ SPR=0：不能控制状态寄存器的『禁止写』

       ❷ SPR=1、引脚/WP=低电平：『写状态寄存器』的指令失效

       ❸ SPR=1、引脚/WP=高电平：可以执行『写状态寄存器』的指令

【SUS】（R）：挂起状态位是状态寄存器，在执行擦除挂起（75h）指令后设置为1。SUS状态位通过擦除恢复（7ah）指令以及断电、通电循环清除为0。

【QE】（RW）：四输出使能位是状态寄存器。当qebit设置为0状态（出厂默认值）时，/wp pinand/hold被启用。当qebit设置为1时，将启用四个io2和io3引脚，并禁用/wp和/hold功能。

Warning：如果在标准SPI或双SPI操作期间/wp或/hold引脚直接连接到电源或接地，则QE位不应设置为1。

看到这里的朋友，先和你们说声抱歉，读取状态寄存器我真的没有试出来，每次读取都是0x00 0x00 0x00 0x00。。。

我尝试执行『写使能』，然后读取状态寄存器，还是0x00 0x00 0x00 0x00。。。

我再尝试执行『写禁止』，然后读取状态寄存器，还是0x00 0x00 0x00 0x00。。。

照理说，『写使能』和『写禁止』应该会改变『WLE』这一位，结果没有，真是百思不得其解（读JEDEC ID都正常，所以不是我接线，或是SPI通讯的问题）（JEDEC上面说过了，是生产商ID）

唉。。。

【W25Q16读、写、擦除】

在说明读和写之前，先说明一下Flash的物理特性：Flash只能写0，不能写1

上一张图，来解释这个特性

有人说，写的时候不用擦除，那是因为特殊情况

第一天，Flash的值是0xFF（1111 1111），我写入0xF0（1111 0000）【高4位都是1➜1，没有影响】【低4位是1➜0，由于是写0的动作，所以无需擦除】

第二天，Flash的值是0xF0（1111 0000），我写入0x00（0000 0000）【高4位是1➜0，由于是写0的动作，所以无需擦除】【低4位是0➜0，这也是写0动作，无需擦除】

这些情况还不需要擦除，除非到某一天，你想写一个数据，不管这8位的哪一位要变成1，那么就必须擦除了

理解这个特性，能有效的增加Flash的寿命，在这篇博客，引脚图的上方，有芯片介绍，里面有一段英文『More than 100,000 erase/write cycles』

芯片能让你擦除10万次

具体要不要让你的程序复杂些，但是能让芯片寿命增长，就要自行斟酌了

讲了这么多，下面终于可以开始重头戏了

这个读写的代码，基本上和上面的读ID代码类似，只增加了两个变量，和修改两个中断

【1】定义两个变量，testAddress、command

【2】串口接收中断

【3】SPI接收中断

u32 testAddress = 0x000000;

u8 command = 0; // 【0：写使能、写禁止、芯片擦除】【1：写】【2：读】

/* ====================================== */

/* =========== 【Uart】接收中断 ========= */

/* ====================================== */

#pragma vector= UART1_R_OR_vector//0x19

__interrupt void UART1_R_OR_IRQHandler(void)

{

    PC_ODR_ODR4 = 0; // 串口收到数据后进入中断，先给W25Qxx下降沿，等等透过SPI发送指令

    if (UART1_DR == 0x01) // 页编程

    {

        command = 1;

        SPI_sendchar(PageProgram);

    }

    else if (UART1_DR == 0x02) // 读数据

    {

        command = 2;

        SPI_sendchar(ReadData);

    }

    else if (UART1_DR == 0x03) // 写使能

    {

        command = 0;

        SPI_sendchar(WriteEnable);

    }

    else if (UART1_DR == 0x04) // 写禁止

    {

        command = 0;

        SPI_sendchar(WriteDisable);

    }

    else if (UART1_DR == 0x05) // 芯片擦除

    {

        command = 0;

        SPI_sendchar(EraseChip);

    }

}