基于STM32 SPI接口的M25P80FLASH的驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)

鄧國榮

（暨南大學(xué)信息技術(shù)研究所，廣東 廣州 510075）

0 引言

M25P80FLASH可以按頁、扇區(qū)和整片擦除，并提供按頁寫數(shù)據(jù)功能，能夠方便地保存數(shù)據(jù)。STM32有獨立的SPI控制器，該控制器可以直接控制SPI FLASH的讀寫操作，自動生成讀寫SPI FLASH控制時序。因此，本文采用STM32的SPI接口控制M25P80FLASH讀寫，分析了M25P80FLASH的讀寫時序和SPI接口的初始化，最終實現(xiàn)了M25P80FLASH的讀寫，仿真結(jié)果顯示，該方案正確、可行。

1 STM32 SPI接口簡介

STM32 SPI接口結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。STM32 SPI接口內(nèi)部有一個移位寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)從MOSI管腳輸入時，數(shù)據(jù)首先通過移位寄存器移位輸入，然后保存在接收緩沖區(qū)中，由地址和數(shù)據(jù)總線讀出，當(dāng)數(shù)據(jù)寫出時，寫入數(shù)據(jù)首先被寫入發(fā)送緩沖區(qū)，然后由移位寄存器從MISO管腳移出。SPI接口輸入和輸出控制時序由波特率發(fā)生器產(chǎn)生，然后從SCK管腳輸出，在數(shù)據(jù)讀寫過程中同步產(chǎn)生。

圖1 STM32 SPI接口結(jié)構(gòu)圖

2 STM32 SPI接口與M25P80之間的硬件連接

STM 32 SPI接口與M25P80SPI FLASH硬件連接如圖2所示。MOSI對應(yīng)連接M25P80的數(shù)據(jù)輸出口Q，MOSO對應(yīng)M25P80的數(shù)據(jù)輸入口D，時鐘管腳SCK提供M25P80的時鐘控制管腳C，CS 對應(yīng) M25P80片選控制管腳 S［1］。

圖2 STM32與M25P80之間的硬件連接

3 M25P80驅(qū)動的實現(xiàn)

3.1 STM32 SPI接口的初始化

STM32 SPI接口初始化流程圖如圖3所示。首先，在SPI開始配置之前，必須先配置SPI接口控制的RCC時鐘，然后配置MOSI、MOSO和SCK管腳為復(fù)用管腳，并進(jìn)一步配置管腳工作方式為推挽上拉方式，管腳最大輸出工作時鐘為50M，配置SPI管腳為雙線雙向數(shù)據(jù)傳輸方式，NSS管腳為軟件控制模式，并配置SPI控制方式為主模式，數(shù)據(jù)寬度為8 bit，數(shù)據(jù)采樣時鐘極性通過CPOL和CPHA控制，設(shè)置時鐘分頻系數(shù)和CRC校驗方式，最后，設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸起始位，即先傳輸數(shù)據(jù)高位還是低位。

M25P80的片選控制管腳S，可以直接用STM32的普通IO控制，需要配置為輸出模式，推免上拉，最大輸出與SPI接口管腳一致，都為50M。

圖3 SPI接口初始化配置流程

3.2 M25P80讀數(shù)據(jù)實現(xiàn)

M25P80控制讀寫的第一步就是讀取ID號，只有ID正常讀取才能說明M25P80時序控制配置正常。讀M25P80控制指令為0x30，讀M25P80的ID控制指令為0x9F，緊跟控制指令READ之后的是24位讀取數(shù)據(jù)地址，然后就可以直接讀取數(shù)據(jù)了。STM32F2xx固件庫中提供了向SPI FLASH發(fā)送和接收數(shù)據(jù) API函數(shù) SPI_I2S_SendData（）和 SPI_I2S_ReceiveData（），在每次數(shù)據(jù)發(fā)送時，都要檢測SPI控制接口的工作狀態(tài)，可以通過API函數(shù)SPI_I2S_GetFlagStatus（）檢測SPI接口控制狀態(tài)。在控制指令和讀取數(shù)據(jù)地址發(fā)送之后完成，讀取數(shù)據(jù)時，需向FLASH發(fā)送空指令0xA5才能啟動數(shù)據(jù)讀取時序。

在每次向FLAHS發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須先將片選管腳拉低，在每次數(shù)據(jù)讀取完成之后，必須拉高。

3.3 M25P80擦除實現(xiàn)

M25P80FLASH在寫數(shù)據(jù)之前，必須首先擦除。首先，發(fā)送擦除控制指令，有3種擦除FLASH方式，頁擦除、扇區(qū)擦除和整片擦除，可以根據(jù)需要選擇擦除方式，頁擦除每次擦除一頁空間大小，為256 Byte空間，扇區(qū)擦除空間大小為1個扇區(qū)為64K，整片擦除就是將整個空間數(shù)據(jù)都擦除。按頁擦除需要的時間是最短的，適用于對于擦除時間要求比較短的情況下，扇區(qū)擦除和整片擦除都需要比較長的時間，而且擦除區(qū)域大，需要擦除的數(shù)據(jù)區(qū)域也大，不適宜實時擦除數(shù)據(jù)更新情況，適用于一次性寫入大片數(shù)據(jù)情況。

3.4 M25P80寫數(shù)據(jù)實現(xiàn)

M25P80寫數(shù)據(jù)之前，首先需要擦除需要寫入空間數(shù)據(jù)，然后才能寫入數(shù)據(jù)，每次寫數(shù)據(jù)之前還需要寫使能，即設(shè)置狀態(tài)寄存器的WEL位為高電平同時，需要檢查狀態(tài)寄存器的SRWD寫保護(hù)位，高電平為寫保護(hù)失效，低電平為寫保護(hù)使能，在每次數(shù)據(jù)寫入時，必須SRWD為高電平，即寫保護(hù)失效才能寫入數(shù)據(jù)。M25P80按頁寫入數(shù)據(jù)時序圖如圖4所示，按頁寫數(shù)據(jù)一次可以寫入256 Byte，M25P80只提供按頁寫數(shù)據(jù)命令，只能一次寫入一頁數(shù)據(jù)。

圖4 M25P80按頁寫入數(shù)據(jù)時序圖

由于M25P80只能一次寫入一頁數(shù)據(jù)，只能一次寫入256 Byte數(shù)據(jù)，而且M25P80的地址空間是按頁分配的，每次不能跨頁寫數(shù)據(jù)，一次只能在一頁中寫數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)超出一頁時，就需要多次寫入數(shù)據(jù)。M25P80多頁寫數(shù)據(jù)處理流程圖如圖5所示。首先，寫入數(shù)據(jù)之前，需要先擦寫寫入地址空間數(shù)據(jù)，然后判斷寫入起始地址是否是頁初始地址，如果是頁初始地址，再判斷寫入數(shù)據(jù)長度是否超出一頁大小，如果是，數(shù)據(jù)計算需要寫入的頁數(shù)N，把數(shù)據(jù)寫入N頁地址空間中，并將最后剩余字節(jié)寫入第N頁的下一頁中，如果寫入數(shù)據(jù)長度小于一頁，只需要直接將數(shù)據(jù)寫入指定頁中即可。如果寫入地址不是頁初始地址，首先需要判斷數(shù)據(jù)是否超出一頁，如果沒有超出一頁大小，還需要判斷寫入數(shù)據(jù)長度是否大于寫入數(shù)據(jù)起始地址到頁尾的剩余字節(jié)數(shù)，如果是，則寫滿寫入頁地址空間，并將剩余字節(jié)寫入下一頁中，如果寫入數(shù)據(jù)小于寫入數(shù)據(jù)起始地址到頁尾的剩余字節(jié)數(shù)，則直接將數(shù)據(jù)寫入指定頁中即可；如果寫入數(shù)據(jù)超出一頁大小，首先填滿起始頁地址空間，然后計算剩余數(shù)據(jù)需要寫入頁數(shù)N，將剩余數(shù)據(jù)寫入N頁地址空間中，最后，將剩余字節(jié)寫入第N頁的下一頁中即可［2-3］。

4 仿真結(jié)果與分析

圖5 SPI FLASH多頁寫數(shù)據(jù)處理流程圖

STM32的SPI接口控制M25P80仿真結(jié)果圖如圖6所示。首先，STM32控制頁擦除M25P80的地址空間0x00對應(yīng)的頁，然后向FLASH中寫入SPI_SendData［］中的數(shù)據(jù)，寫完之后，再讀取FLASH對應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，將結(jié)果存放到SPI_RecData［］中，仿真結(jié)果顯示，寫入數(shù)據(jù)和讀出數(shù)據(jù)一致，說明FLASH已經(jīng)正常讀寫了。

圖6 SPI FLASH數(shù)據(jù)讀寫仿真圖

5 結(jié)語

本文分析了M25P80FLASH的讀寫控制時序，并針對M25P80的多頁寫數(shù)據(jù)功能進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，并使用STM32的SPI控制接口實現(xiàn)了對M25P80FLASH的讀寫控制。仿真結(jié)果顯示，STM32的 SPI控制接口可以實現(xiàn)對M25P80FLASH的讀寫控制。

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［3］唐琳，方方，張保靜，等.基于ARM的多通道SPI Flash控制器設(shè)計［J］.核電子學(xué)與探測技術(shù)，2012，5（32）：583～586