GPT对话知识库——在STM32的平台下，通过SPI读取和写入Flash的步骤。

news/2024/10/3 11:58:43 标签: 嵌入式, gpt, stm32, 单片机, 嵌入式驱动

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1，问：

1，答：

步骤概述

步骤 1：SPI 初始化

步骤 2：Flash 初始化（可选）

步骤 3：发送读取命令

示例：发送读取数据命令

步骤 4：读取数据

步骤 5：关闭 SPI 或继续操作

完整示例：通过 SPI 读取 Flash 数据

总结

2，问：

2，答：

总体流程

步骤 1：SPI 初始化

SPI 初始化代码：

步骤 2：Flash 写入操作

2.1 写使能命令

2.2 擦除操作

2.3 写数据到 Flash

步骤 3：Flash 读取操作

步骤 4：等待 Flash 准备就绪

总结

提问模型：GPT-4o-mini

提问时间：2024.09.19

1，问：

在STM32的平台下，通过SPI读取Flash的步骤

1，答：

在 STM32 平台下，通过 SPI 读取外部 Flash 的数据是一个常见的任务，尤其是在需要扩展存储时。通常，外部 Flash 芯片如 W25Qxx 系列使用 SPI 进行通信。下面我们详细讲解在 STM32 中通过 SPI 读取 Flash 数据的步骤。

步骤概述

  1. SPI 初始化：在 STM32 中配置 SPI 外设。
  2. Flash 初始化：如果 Flash 有初始化要求（如退出掉电模式），则在通信前进行初始化。
  3. 发送命令：根据 Flash 的协议，发送读取数据的命令以及要读取的地址。
  4. 读取数据：从 Flash 中读取数据并存入缓冲区。
  5. 关闭 SPI 通信：根据需要可以禁用 SPI 或保持连接。

步骤 1：SPI 初始化

在 STM32 中，使用 HAL 库进行 SPI 的初始化。以下是通过 CubeMX 配置的初始化代码。假设使用 SPI1 接口。

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; // 配置为主机模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  // 8位数据帧
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; // 时钟空闲状态为低电平
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;    // 数据在第一个时钟沿采样
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  // 软件控制 NSS 信号
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  // 根据系统时钟设置合适的分频系数
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  // 高位在前
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        // 初始化失败处理
        Error_Handler();
    }
}

步骤 2：Flash 初始化（可选）

有些 Flash 芯片（如 W25Qxx 系列）可能需要在读取数据之前执行某些初始化操作，例如唤醒 Flash 或解锁写保护。可以通过 SPI 发送相关命令完成这些操作。

例如，W25Qxx Flash 的退出掉电模式命令是 0xAB，你可以这样实现：

void Flash_WakeUp(void)
{
    uint8_t cmd = 0xAB;  // 退出掉电模式的命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送退出掉电命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS 停止 SPI
}

步骤 3：发送读取命令

外部 Flash 芯片通常会有一个特定的命令用于读取数据，比如 W25Qxx 的读取命令是 0x03（读取数据），它需要发送以下内容：

  1. 读取命令：0x03
  2. 读取地址：24 位地址，通常分为三个字节
  3. 数据：从指定地址开始读取的数据
示例：发送读取数据命令
void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];
    
    // 读取命令 + 地址
    cmd[0] = 0x03;  // 读取命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中间字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);

    // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);

    // 接收数据
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);

    // 拉高 CS 停止 SPI
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
}

步骤 4：读取数据

执行完发送读取命令后，可以使用 HAL_SPI_Receive() 函数从 SPI 读取数据。上面的代码已经展示了如何读取数据到缓冲区中。

步骤 5：关闭 SPI 或继续操作

在读取完数据之后，如果还需要进行其他操作，可以继续使用 SPI 接口。如果不再需要使用 SPI，可以在完成数据通信后禁用相关资源或拉高 CS 信号以结束通信。

完整示例：通过 SPI 读取 Flash 数据

#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();

    // 初始化缓冲区，长度为读取的数据长度
    uint8_t data_buffer[256];  // 读取 256 字节数据
    uint32_t read_address = 0x000000;  // 从地址 0x000000 开始读取

    // 读取 Flash 数据
    Flash_ReadData(read_address, data_buffer, 256);

    // 继续处理数据...

    while (1)
    {
    }
}

// 读取 Flash 的数据函数，具体实现见上文
void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];
    cmd[0] = 0x03;  // 读取命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中间字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS 使能 SPI
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);  // 接收数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS 停止 SPI
}

总结

通过 SPI 读取外部 Flash 的基本步骤包括：

  1. SPI 初始化：设置 SPI 通信参数，配置 STM32 的 SPI 接口。
  2. Flash 初始化（可选）：根据 Flash 芯片的要求，执行初始化操作。
  3. 发送读取命令：根据 Flash 芯片的协议，发送读取命令和地址。
  4. 读取数据：从 Flash 中读取数据并存入缓冲区。
  5. 结束通信：拉高 CS 信号，结束通信。

这个过程非常适合用于 SPI 通信外设，例如 W25Qxx 系列 Flash，STM32 平台下的 SPI 和 HAL 库可以帮助简化这类通信过程。

2，问：

在STM32的平台下，通过SPI读取和写入Flash的步骤

2，答：

在 STM32 平台上通过 SPI 进行 Flash 的读写操作是常见的应用场景。外部 Flash（如 W25Qxx 系列）通过 SPI 接口与 STM32 通信。以下是完整的步骤，涵盖如何通过 SPI 实现对外部 Flash 的读取和写入操作。

总体流程

  1. SPI 初始化：在 STM32 中配置 SPI 外设。
  2. Flash 写入操作：发送写命令，写入数据到 Flash。
  3. Flash 读取操作：发送读命令，读取数据从 Flash。
  4. 写操作辅助功能：需要对 Flash 进行写使能、擦除等操作，确保写入成功。

步骤 1：SPI 初始化

通过 STM32 的 HAL 库 配置 SPI 外设。在这里假设我们使用 SPI1 接口。

SPI 初始化代码：
SPI_HandleTypeDef hspi1;

void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;  // 设置为主机模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;  // 双向全双工
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;  // 8位数据
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;  // 时钟空闲时为低电平
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;  // 在第一个时钟沿采样数据
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;  // 软件控制NSS
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;  // 设置合适的时钟分频
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;  // 高位先传输
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;  // 禁用 TI 模式
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;  // 禁用 CRC 计算
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;
    
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        // SPI 初始化错误处理
        Error_Handler();
    }
}

步骤 2：Flash 写入操作

在进行 Flash 的写入操作之前，必须确保满足以下条件：

  • 写使能（Write Enable, WREN）：在写入之前，必须启用写功能。
  • 擦除操作（Erase）：在某些 Flash 中，写入数据之前需要擦除某一页（或块）。
2.1 写使能命令

在每次写入操作之前，必须发送 WREN 命令以启用写功能。通常这是 0x06 命令。

void Flash_WriteEnable(void)
{
    uint8_t cmd = 0x06;  // 写使能命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送写使能命令
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}
2.2 擦除操作

在写入新数据之前，必须将目标 Flash 页（通常是 4KB）或块（32KB 或 64KB）擦除。擦除页命令通常是 0x20，后跟 24 位地址。

void Flash_EraseSector(uint32_t address)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x20;  // 擦除页命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    Flash_WriteEnable();  // 使能写操作

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送擦除命令和地址
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}
2.3 写数据到 Flash

写数据命令通常为 0x02，后跟目标地址和数据。每次写入的最大长度受页大小限制，通常是 256 字节。

void Flash_WriteData(uint32_t address, uint8_t* data, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x02;  // 写数据命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    Flash_WriteEnable();  // 使能写操作

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送写命令和地址
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, length, HAL_MAX_DELAY);  // 发送数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}

步骤 3：Flash 读取操作

读取 Flash 的过程相对简单，发送读命令 0x03 和目标地址后，读取返回的数据。

void Flash_ReadData(uint32_t address, uint8_t* buffer, uint16_t length)
{
    uint8_t cmd[4];

    cmd[0] = 0x03;  // 读数据命令
    cmd[1] = (address >> 16) & 0xFF;  // 地址高字节
    cmd[2] = (address >> 8) & 0xFF;   // 地址中字节
    cmd[3] = address & 0xFF;          // 地址低字节

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 4, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取命令和地址
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, length, HAL_MAX_DELAY);  // 接收数据
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS
}

步骤 4：等待 Flash 准备就绪

在进行写操作（如写入数据或擦除扇区）后，Flash 通常需要一些时间来完成操作。在此期间，不能立即进行下一次操作。我们可以通过读取 状态寄存器 来等待 Flash 准备就绪。

uint8_t Flash_ReadStatusRegister(void)
{
    uint8_t cmd = 0x05;  // 读取状态寄存器命令
    uint8_t status = 0;

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);  // 拉低 CS
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 发送读取状态寄存器命令
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, &status, 1, HAL_MAX_DELAY);  // 接收状态寄存器
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);  // 拉高 CS

    return status;
}

void Flash_WaitForReady(void)
{
    while (Flash_ReadStatusRegister() & 0x01)  // 检查 BUSY 位
    {
        HAL_Delay(1);  // 间隔 1ms 查询
    }
}

完整示例：写入和读取 Flash 数据

#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();

    // 要写入的数据和读取缓冲区
    uint8_t write_data[256] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};  // 示例数据
    uint8_t read_buffer[256] = {0};
    uint32_t address = 0x000000;  // 从 Flash 的起始地址开始

    // 擦除扇区
    Flash_EraseSector(address);
    Flash_WaitForReady();  // 等待擦除完成

    // 写入数据
    Flash_WriteData(address, write_data, sizeof(write_data));
    Flash_WaitForReady();  // 等待写入完成

    // 读取数据
    Flash_ReadData(address, read_buffer, sizeof(read_buffer));

    while (1)
    {
    }
}

// Flash 写入和读取函数的具体实现见上文

总结

通过 SPI 读写外部 Flash 的步骤包括：

  1. SPI 初始化：配置 SPI 外设，设置通信参数。
  2. 写操作：
    • 使能写操作。
    • 擦除 Flash 页/扇区。
    • 写入数据到指定地址。
  3. 读操作：发送读命令并从指定地址读取数据。
  4. 等待 Flash 就绪：在写入和擦除操作后，等待 Flash 准备好再进行下一步操作。

这个过程适用于多种 SPI Flash 器件，比如 W25Qxx 系列。通过 HAL 库可以简化 SPI 通信的实现，提供更高效的嵌入式开发体验。


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