FLASH 存储学习-串行SPI nor

发布时间：2020-12-15 17:53:38 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：分类：? 嵌入式 1.1? SST25VF080B 简介 1.1.1? 主要特性关键点：容量、速度（时钟速度、读写速度）、功耗。 l? 容量： 8MBit ； l? 最高 SPI 时钟频率： 50MHz ； l? 低功耗模式下电流消耗： 5uA ，正常读模式电流： 15mA ；低功耗！采用不同的制造技术功耗

分类：?嵌入式

1.1? SST25VF080B 简介 1.1.1? 主要特性

关键点：容量、速度（时钟速度、读写速度）、功耗。

l?容量：8MBit；

l?最高SPI时钟频率：50MHz；

l?低功耗模式下电流消耗：5uA，正常读模式电流：15mA；低功耗！采用不同的制造技术功耗要低很多。

l?整片擦除：35ms；扇区/块擦除：18ms；字节编程：7us；整片擦除的速度要快很多！

1.2? 系统框图与电路 1.2.1? 系统框图

??? 关于内部存储矩阵的访问和存储结构同并行NorFlash的一致，只不过多了个串行接口，用于实现对串行数据的解码。

1.2.2? 存储组织

扇区大小4KB，块大小：32/64KB；页大小为字节或字。

1.2.3? 引脚及封装

引脚说明：

l?SCK、SI、SO、CE?–?SPI接口控制线

l?WP#?--?用于使能状态寄存器中的BPL位，有效时只允许锁定BPL，而不允许解锁BPL。不是说明使能保护！BPL位用于锁定控制扇区保护的相应位。

l?HOLD#?--?用于暂停与SPI的通信，而不需要复位器件；

1.2.4? 典型电路

使用STM32F103驱动该器件时，典型的电路如图所示。

注意，WP为低，判定寄存器的锁定功能将启用。但不会太影响片内块的保护。

1.3? 保护机制

? l?软件写保护：状态寄存器中的BP3—BP0、BPL提供片内块、状态寄存器的写保护。

硬件保护：WP#引脚—低电平，用于锁定状态寄存位7—BPL。由表2，WP#为高时，可以执行状态寄存器写命令，可随时更改状态寄存器。为低时，只能将BPL置为1，而不能从1置为0，即置1后，状态寄存器将锁定不变。

WP#?àBPL、BP3—BP0

BPLàBP3、BP0

1.4? 编程接口 1.4.1? 状态寄存器

状态寄存器用于用于获取FLASH的当前工作状态。

l?BUSY位：指示是否正在编程或擦除操作；

l?WEL位：指示器件是否处理可写的状态。RESET状态(0)指示不可写，默认在上电、完成写操作后，器件自行返回到不可写状态，以保护器件不受意外的擦写。因而每次写FLASH前，都必须先清除(写1)，以使能器件的写。软件可控写。

l?AAI位：指示器件是否处理地址自动增加模式或者是字节编程模式。

l?BPL位：用于控制BPX是否可写。

l?BPX位：用于控制保护块的范围，属于软件保护，扇区保护如下。

??????????????????????????????????????????

这里的扇区保护比较简单，更为复杂的扇区保护机制可针对每个扇区进行保护。

1.4.2? 命令接口

通信过程中，仅仅只有读ID、读数据、读状态寄存器需要在可保护CS不变而继续写数据。其它的则需要写完后接CS线。

1.5? 通信时序 1．? 单字 SPI 通信时序

无论SPI总线空闲时SCK为高或为低，保证在上升沿采样数据，下降沿输出数据。先传送高位，每次传送8位。

2．? 读命令

3．? 快速读模式

有可能内部使用了缓冲模式，可在更高的时钟速度（50MHz）下读数据。

4．? 写使能

该命令可设置状态寄存器中的WEL位，使得可执行擦除和编程命令。

5．? 写禁能

6．? 字节编程

7．? AAI 编程

即自动地址增量的字编程，每个周期写1个字。

在最后，通过WRDI返回来正常模式。在每写完两个字后，需查询害怕状态。

在写字的过程中，有三种方式检测是否完成字编程。其中硬件检测：读SO的状态。可在写AAI命令之前，通过命令配置SO口为RD/BY#状态。或者也可通过读取状态寄存器来检测是否完成写操作。

8．? 4KB 的扇区擦除

9．? 32K 块擦除

10．? 64K 块擦除

11．? 整片擦除

12．? 读状态寄存器

13．? 使能写状态寄存器和写状态寄存器

两条命令必须连续写，不允许被打断?以避免意外写状态寄存器。

l?当WP#为低电平时，BPL只能写1，不可写0.；此时若位为高时，写状态寄存器命令将被忽略。即此时，状态寄存器只能被锁定，而不能再解锁0)！锁定后将不能再任意改高保护方式，相当于将当前的保护方式给固定下来！

l?而若WP#为高电平，BPL位失效，状态寄存器不再被锁定，此时BPL、BPX可被更改。BPL位可设置为１，也可设置为０。可任意更改保护方式。

WP#的作用，锁定BPL为1。一旦BPL锁定为1，则BPX将不可再更改，即软件保护将被锁定。当WP#无效时，BPL可随时、任意更改，同时更改软件保护。

14．? JEDEC ?Read-ID

获取SST制造商的ID和SST?FLASH器件的ID。

1.6? 驱动设计

驱动框架如下图：

算法编写原则：

(1)?可以为每一种SPI?Flash针对性的写一份驱动源码，但是当更换Flash时，需要修改的地方很多；当系统中有多个设备时，显示这不够用，因而最好的方法是实现面向对像的封装，将与Flash设备相关的信息封装在一个结构体内，具体的算法根据结构体中相关的数据来决定如何访问硬件，做到过程可以不依赖于实际的硬件；

(2)?尽量按标准的初始化、读写、关闭、控制接口设计API，这样可统一抽像出相应的结构，也易于使用和理解。留给最终用户调用的API应该尽量的少和易于理解；

(3)?SPI?Flash接口为SPI，操作方法与并行接口一致，但其扇区组织类似，从最大到最小区域分为芯片-块-扇区-页。编程算法则也是通过写命令序列的方式，如发送命令字-发送字节-发送数据-查询状态寄存器。保护方式是通过存储器中的一些非易失性的位置0或置1选择性地以扇区或块为保护单位。

1.7? 驱动代码

点击(此处)折叠或打开

 
     //?SST25VF080B驱动接口

 /?By:lstzixing At ZLG

 /?Date:?2011-1

 #include?"STM32Libstm32f10x.h"

 #include?"hal.h"

 typedef unsigned long uint32;

 typedef unsigned short uint16;

 typedef unsigned char uint8;

 #define SPI_FLASH_SIZE?(1024*1024*2)?/?SPI Flash容量

 #define SPI_FLASH_OK 0?

 #define SPI_FLASH_ERR_PARA 3?/?SPI Flash参数错误

 /?SPI Flash擦除操作码

 #define SPI_FLASH_ERASE_CHIP 0?/?整片擦除

 #define SPI_FLASH_ERASE_SECTOR 1?/?扇区擦除

 #define SPI_FLASH_ERASE_BLOCK 2?/?块擦除

 /?SPI状态寄存器和位

 #define SPI_FLASH_REG_BIT_BUSY?(1?<<?0)

 #define SPI_FLASH_REG_BIT_WEL?<?1)

 #define SPI_FLASH_REG_BIT_BPX?(0xF?<?2)

 #define SPI_FLASH_REG_BIT_AAI?<?6)

 #define SPI_FLASH_REG_BIT_BPL?<?7)

 #define SPIFlashSelect()???????? GPIO_ResetBits(GPIOC,?GPIO_Pin_13*?SST CS?=?L?*/?

 #define SPIFlashDeSelect)???????? GPIO_SetBits=?H?/

 *

 *?Function?name:?SPIFlashInit

 *?Descriptions:?初始化SPI硬件，设置相关的GPIO口、SPI控制器

 *?Input parameters:?none

 *?Output parameters:?None

 *?Returned value/

 void SPIFlashInit(void)

 {

 ????/?打开SPI1和GPIO时钟?

 ????RCC->APB2ENR?|=?RCC_APB2ENR_SPI1EN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPAEN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPBEN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPCEN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPDEN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPEEN?|

 ????????????????????RCC_APB2ENR_IOPFEN;

 ????/?PA5/6/7为复用模式， 50MHZ

 ????GPIOA>CRL?&=?~(GPIO_CRL_CNF5?|?GPIO_CRL_CNF6?|?GPIO_CRL_CNF7?|

 ????????????????????GPIO_CRL_MODE5?|?GPIO_CRL_MODE6?|?GPIO_CRL_MODE7);

 ????GPIOA=?GPIO_CRL_MODE5?|?GPIO_CRL_MODE7?|

 ??????????????????GPIO_CRL_CNF5_1?|?GPIO_CRL_CNF6_1?|?GPIO_CRL_CNF7_1/?配置PC.13为输出片选线

 ????GPIOC>CRH?(GPIO_CRH_CNF13?|?GPIO_CRH_MODE13;

 ????GPIOC=?GPIO_CRH_MODE13/?配置SPI1
 ????SPI1>CR1?/SPI_CR1_CPHA?|?

 ????????????????SPI_CR1_MSTR?|

 ????????????????/SPI_CR1_BR?|

 ????????????????SPI_CR1_SSI?|?

 ????????????????SPI_CR1_SPE?|

 ????????????????SPI_CR1_SSM;?

 ????SPI1>CR2?=?0;

 ????SPIFlashDeSelect;

 }

 :?SPIWriteReadByte

 :?向SPI发送并读取一数据

 :?data 要发送的数据

 :?uint16 读取的数据

 /

 static uint16 SPIWriteReadByte(uint16 data/?发送一字节

 ????while(SPI1>SR?&?SPI_I2S_FLAG_TXE==?RESET;

 ????SPI1>DR?=?data/?接收一字节

 ????&?SPI_I2S_FLAG_RXNE;

 ????return>DR:?SPIFlashReadstatusReg

 :?读状态寄存器

 :?当前状态寄存器的值

 *?BIT0?-?BUSY位，写忙标志?

 *?BIT1?-?WEL位，FLASH处于写保护状态

 *?BIT6[5..2]-BP?[3.0
 *?BIT6?-?指示正在自动自境编程中

 *?BIT7?-?BPL，BPX的保护位

 /

 static uint8 SPIFlashReadstatusReg?{

 ????uint8 uByte/?发送读状态寄存器命令

 ????SPIFlashSelect;

 ????{

 ????????SPIWriteReadByte(0x5;

 ????????uByte?=?SPIWriteReadByte(0xFF}

 ????SPIFlashDeSelect;

 ????return uByte;?

 :?SPIFlashWritestatusReg

 :?写状态寄存器

 :?status 要写入的值

 /

 static void SPIFlashWritestatusReg?(uint8 status/?发送使能状态寄存器写命令

 ????SPIFlashSelect(0x50;

 ????

 ????/?写命令和状态值

 ????SPIFlashSelect(0x1;

 ????????SPIWriteReadByte(status:?SPIFlashReadID

 :?读SPI FLASH的JEDEC ID

 :?读的ID，从最高字节到最低字节：制造商ID(1B-存储类型-存储容量/

 uint32 SPIFlashReadID?{

 ????uint32 spiID/?发送低速读命令0x9F，3字节地址
 ????SPIFlashSelect(0x9F;

 ????????spiID?(0xff<?16<?8;

 ????return spiID}

 :?SPIFlashRead

 :?以低速方式=25MHZ)从SPI FLASH读数据

 :?readBuf 读数据存储的缓冲区首址

 *?readCnt 要读取的数据量

 :?uint32 实际读得的数据量。当读地址超出芯片容量时，将只读在芯片地址范围内

 *?的数据

 /

 uint32 SPIFlashRead?(uint32 readAddr*?readBuf{

 ????uint32 i;

 ????uint8 addr/?检查参数

 ????if?(readAddr?>=?SPI_FLASH_SIZE?|?

 ????????readBuf?=?0?|

 ????????readCnt?{

 ????????return SPI_FLASH_ERR_PARA}

 ????/?校正要读的数据总量

 ????+?readCnt?=?SPI_FLASH_SIZE{

 ????????readCnt?-?readAddr/?将地址转换为字节数组

 ????addr[0]?(uint8>?16;

 ????addr[1>?8[2&?0xff/?等待SPI Flash完成写操作

 ????while?(SPIFlashReadstatusReg&?SPI_FLASH_REG_BIT_BUSY?;

 ????SPIFlashSelect{

 ????????/?发送低速读命令0x3，3字节地址

 ????????SPIWriteReadByte(0x3(addr;

 ????

 ????????/?依次读readCnt个数据

 ????????for?(i?;?i?<?readCnt;?i+{

 ????????????readBuf[i;

 ????????}

 ????;

 ????return i:?SPIFlashFastRead

 :?以高速方式=50MHZ/

 uint32 SPIFlashFastRead?/?发送低速读命令0x3，3字节地址
 ????????SPIWriteReadByte(0xB:?SPIFlashWriteByte

 :?向SPI Flash指定地址处写一字节数据

 :?writeAddr 写入的地址

 *?udata 写入的值

 *?Notes:?写之前必须注意到写保护的存储影响

 /

 uint32 SPIFlashWriteByte?(uint32 writeAddr{

 ????uint8 addr/?检查写地址是否越界

 ????(writeAddr?/?发送写使能命令

 ????SPIFlashSelect(0x06/?写入实际要写入的数据

 ????SPIFlashSelect
 ????????SPIWriteReadByte(0x2(uByte;

 ????return SPI_FLASH_OK:?SPIFlashFastWrite

 :?以地址自增方式向指定FLASH地址处连续写字数据

 :?writeAddr 写入的起始地址

 *?writeBuferr 写数据存储的缓冲区

 *?uWord 写入的数据量，以字为单位

 /

 uint32 SPIFlashFastWrite?*?writeBuferr{

 ????uint16 i;

 ?????|?

 ????????writeBuferr?|

 ????????uWord?+?(uWord?{

 ????????uWord?(SPI_FLASH_SIZE?-?writeAddr>?1;?

 ????/?发送低速读命令0xAD，3字节地址(0xAD(writeBuferr>?0x08&?0xFF/?发送其它字节

 ????=?1<?uWord/?等待SPI Flash完成写操作

 ????????;

 ????

 ????????SPIFlashSelect{

 ???????????/?发送引导命令和编程字数据

 ????????????SPIWriteReadByte;

 ????????????SPIWriteReadByte;?

 ????????}

 ????????SPIFlashDeSelect;

 ???}?

 ????/?发送写禁能命令，退出该模式

 ????SPIFlashSelect(0x04:?SPIFlashChipErase

 :?擦除整块芯片

 *?Note:?如果sectorAaddr

 /

 void SPIFlashErase?(uint8 eraseType/?根据类型选择擦除方式

 ????switch?(eraseType/?选择整片擦除方式

 ????????case?SPI_FLASH_ERASE_CHIP:

 ????????????SPIFlashSelect;

 ????????????{

 ????????????????SPIWriteReadByte(0x60}

 ????????????SPIFlashDeSelect;

 ????????????break;

 ????????

 ????????/?扇区擦除方式

 ????????case?SPI_FLASH_ERASE_SECTOR:

 ????????????(eraseAddr?<?SPI_FLASH_SIZE{

 ????????????????/?将地址转换为字节数组

 ????????????????addr;

 ????????????????addr;

 ????????????

 ????????????????/?发送扇区擦除命令，擦除的扇区地址?

 ????????????????SPIFlashSelect;

 ????????????????{

 ????????????????????SPIWriteReadByte(0x20;

 ????????????????????SPIWriteReadByte}

 ????????????????SPIFlashDeSelect}

 ????????????break;

 ????????/?32K块擦除方式

 ????????case?SPI_FLASH_ERASE_BLOCK/?发送块擦除命令，擦除的块地址?

 ????????????????SPIFlashSelect(0x52;

 ????????default:

 ????????????break:?SPIFlashSetProtection

 :?设定SPI存储器的保护模式，加保护或解保护

 :?isProtect 保护的模式，1-加保护， 0?-?解保护

 *?startAddr 保护区域的起始地址

 *?stopAddr 保护区域的结束地址

 :?0?-?操作成功， 1?-?操作失败（当为解保护时，硬件保护阻止了解保护）

 /

 uint32 SPIFlashSetProtection?(uint8 isProtect?uint32 stopAddr{

 ????uint8 BPXMask;

 ????uint8 status(isProtect/?清除所有的保护位

 ????????SPIFlashWritestatusReg(0/?如果BPL只读，即不可更改BPX位

 ????????&?SPI_FLASH_REG_BIT_BPL{

 ????????????/?当该区域已经加保护时，正确返回

 ????????????(status?&?SPI_FLASH_REG_BIT_BPX>?BPXMask{

 ????????????????return 0}?else?/?当未加保护时
 ????????????????return 1}

 ????????????

 ????????{?

 ????????????/?计算保护模式位

 ????????????(startAddr?>?SPI_FLASH_SIZE=?0xF0000{

 ????????????????BPXMask?=?0x1?;?

 ????????????=?0xE0000=?0x2?=?0xC0000=?0x3?=?0x80000=?0x4?=?0x5?}

 ????????????/?BPL写读写，此时加上保护位即可，但不锁定BPL，以妨不可恢复?

 ????????????SPIFlashWritestatusReg(BPXMask;

 ????????????return 0/?解除保护
 ????????SPIFlashWritestatusReg/?读保护位，如果值不为全0，则可能硬件加保护，解保护失败

 ????????{

 ????????????return 1{

 ????????????return 0}

 -?测试代码?/

 uint32 id;

 uint8 writeBuffer[1024;

 uint8 readBuffer;

 uint8 status;

 #define SPI_FLASH_SECTOR_SIZE?*4)

 #define SPI_FLASH_BLOCK_SIZE?*32)

 void SPIFlashTest?/?初始化SPI控制器

 ????SPIFlashInit/?读ID测试，值应为0x00BF258E

 ????id?=?SPIFlashReadID(id?!=?0x00BF258E{

 ????????return/?先解除保护才可写

 ????SPIFlashSetProtection?0xFFFFF/?整片擦除测试

 ????SPIFlashErase(SPI_FLASH_ERASE_CHIP<?SPI_FLASH_SIZE?/?sizeof(readBuffer{

 ????????SPIFlashRead*?sizeof?sizeof(j?;?j?<?sizeof;?j{

 ????????????[j=?0xff{

 ????????????????return}

 ????????}?

 ????}

 ????

 ????/?字节写和读测试

 ????{

 ????????SPIFlashWriteByte(i;?

 ????????SPIFlashRead?if(?readBuffer{

 ????????????return/?扇区擦除测试

 ????/?(4{

 ????????SPIFlashErase(SPI_FLASH_ERASE_SECTOR/?快速写测试

 ????(writeBuffer{

 ????????????writeBuffer=?j}

 ????????SPIFlashFastWrite(?i?(uint16?)writeBuffer;

 ????????SPIFlashFastRead?(uint8?)readBuffer/?交换字节顺序再比较

 ????????{

 ????????????uint16?*?ptr?&readBuffer[j?*ptr?|?(?memcmp(?writeBuffer(32(SPI_FLASH_ERASE_BLOCK/?保护测试

 ????SPIFlashSetProtection(1;

 ????SPIFlashSetProtection}

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（编辑：李大同）

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