非易失性存储解决方案：STM32硬件与模拟SPI在W25Q64中的应用

摘要

在嵌入式系统中，非易失性存储是关键组件之一，用于在系统断电后保留重要数据。W25Q64 Flash存储器因其高容量和SPI接口兼容性，成为STM32微控制器项目中的优选。本文详细介绍了如何在STM32平台上利用硬件SPI和模拟SPI实现W25Q64的读写操作，提供了全面的解决方案和代码示例。

1. 非易失性存储的重要性

非易失性存储能够在电源关闭的情况下保留数据，对于数据安全和系统稳定性至关重要。

2. W25Q64 Flash存储器概述

W25Q64是一款8Mbit的SPI Flash存储器，具备以下特性：

高容量：1M字节存储空间。
高擦写次数：支持高达100万次的擦写周期。
低功耗：适合电池供电的便携式设备。

3. STM32硬件SPI与W25Q64的连接

硬件SPI连接包括：

CS（片选）连接到STM32 GPIO。
SCK（时钟）连接到STM32 SPI时钟引脚。
MOSI（主设备数据输出）连接到STM32 SPI MOSI引脚。
MISO（主设备数据输入）连接到STM32 SPI MISO引脚。
VCC连接到3.3V，GND连接到地。

4. STM32硬件SPI配置

硬件SPI初始化代码示例：

void SPI_Hardware_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB1Periph_SPI1, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

5. W25Q64操作

5.1 W25Q64初始化

void W25Q64_Init(void) {
    SPI_Hardware_Init();
    // 发送W25Q64的复位指令（如果需要）
}

5.2 读取W25Q64 ID

uint16_t W25Q64_ReadID(void) {
    uint16_t id = 0;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x90); // READ ID COMMAND
    id = SPI_ReceiveByte() << 8;
    id |= SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return id;
}

5.3 写入W25Q64

void W25Q64_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x02); // PAGE PROGRAM COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    SPI_SendByte(data);
    SPI_CS_High();
    // 等待写入完成...
}

5.4 从W25Q64读取数据

uint8_t W25Q64_ReadByte(uint32_t addr) {
    uint8_t data;
    SPI_CS_Low();
    SPI_SendByte(0x03); // READ DATA COMMAND
    SPI_SendByte(addr >> 16);
    SPI_SendByte(addr >> 8);
    SPI_SendByte(addr);
    data = SPI_ReceiveByte();
    SPI_CS_High();
    return data;
}

6. 模拟SPI操作

模拟SPI通过直接操作GPIO引脚来模拟SPI通信过程，适用于没有硬件SPI或者需要额外SPI端口的情况。

7. 完整示例代码

以下是STM32与W25Q64通信的完整示例代码，包括硬件SPI和模拟SPI操作。

int main(void) {
    SystemInit();
    W25Q64_Init();

    uint16_t id = W25Q64_ReadID();
    printf("W25Q64 ID: 0x%X\r\n", id);

    uint32_t testAddr = 0x000000; // 测试地址
    uint8_t testData = 0xAA; // 测试数据
    W25Q64_WriteByte(testAddr, testData); // 写入数据

    // 延迟一段时间，等待数据写入完成
    for (volatile int i = 0; i < 0x100000; i++);

    uint8_t readData = W25Q64_ReadByte(testAddr); // 读取数据
    if (readData == testData) {
        printf("Write and Read Test Passed.\r\n");
    } else {
        printf("Write and Read Test Failed.\r\n");
    }

    while(1) {
        // 其他应用代码
    }
}