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本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件QSPI外设与 SPI Flash 通信（W25Q64）。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板
  首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：

• SPI Flash
  小熊派开发板板载一片SPI Flash，型号为 W25Q64，大小为 8 MB，最大支持 80 Mhz的操作频率。

软件准备

• 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；
• 准备一个串口调试助手，这里我使用的是Serial Port Utility；

Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安装包都可以在文末关注公众号获取，回复关键字获取相应的安装包：

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置串口

小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：

这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。

接下来开始配置USART1：

配置QSPI接口

首先查看小熊派开发板上 SPI Flash 的原理图：

其引脚连接情况如下：

接下来配置 QSPI 接口：

配置时钟树

STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码

重定向printf( )函数

参考：。

4. 封装 SPI Flash（W25Q64）的命令和底层函数

MCU 通过向 SPI Flash 发送各种命令 来读写 SPI Flash内部的寄存器，所以这种裸机驱动，首先要先宏定义出需要使用的命令，然后利用 HAL 库提供的库函数，封装出三个底层函数，便于移植：

• 向 SPI Flash 发送命令的函数
• 向 SPI Flash 发送数据的函数
• 从 SPI Flash 接收数据的函数

接下来开始编写代码~

宏定义操作命令

#define ManufactDeviceID_CMD	0x90#define READ_STATU_REGISTER_1   0x05#define READ_STATU_REGISTER_2   0x35#define READ_DATA_CMD	        0x03#define WRITE_ENABLE_CMD	    0x06#define WRITE_DISABLE_CMD	    0x04#define SECTOR_ERASE_CMD	    0x20#define CHIP_ERASE_CMD	        0xc7#define PAGE_PROGRAM_CMD        0x02

封装发送命令的函数（重点）

/** * @brief		向SPI Flash发送指令 * @param		instruction —— 要发送的指令 * @param		address     —— 要发送的地址 * @param		dummyCycles	—— 空指令周期数 * @param		instructionMode —— 指令发送模式 * @param		addressMode —— 地址发送模式 * @param		addressSize	—— 地址大小 * @param		dataMode    —— 数据发送模式 * @retval	    成功返回HAL_OK*/HAL_StatusTypeDef QSPI_Send_Command(uint32_t instruction, 									uint32_t address, 									uint32_t dummyCycles, 									uint32_t instructionMode, 									uint32_t addressMode, 									uint32_t addressSize, 									uint32_t dataMode){
       QSPI_CommandTypeDef cmd;    cmd.Instruction = instruction;                 	//指令    cmd.Address = address;                          //地址    cmd.DummyCycles = dummyCycles;                  //设置空指令周期数    cmd.InstructionMode = instructionMode;			//指令模式    cmd.AddressMode = addressMode;   				//地址模式    cmd.AddressSize = addressSize;   				//地址长度    cmd.DataMode = dataMode;             			//数据模式    cmd.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD;       	//每次都发送指令    cmd.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; //无交替字节    cmd.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE;           	//关闭DDR模式    cmd.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY;    	return HAL_QSPI_Command(&hqspi, &cmd, 5000);}

封装发送数据的函数

/*** @brief    QSPI发送指定长度的数据* @param    buf  —— 发送数据缓冲区首地址* @param    size —— 要发送数据的字节数 * @retval	成功返回HAL_OK */HAL_StatusTypeDef QSPI_Transmit(uint8_t* send_buf, uint32_t size){
       hqspi.Instance->DLR = size - 1;                         //配置数据长度    return HAL_QSPI_Transmit(&hqspi, send_buf, 5000);	    //接收数据}

封装接收数据的函数

/** * @brief	  QSPI接收指定长度的数据 * @param   buf  —— 接收数据缓冲区首地址 * @param   size —— 要接收数据的字节数 * @retval	成功返回HAL_OK */HAL_StatusTypeDef QSPI_Receive(uint8_t* recv_buf, uint32_t size){
       hqspi.Instance->DLR = size - 1;                       //配置数据长度    return HAL_QSPI_Receive(&hqspi, recv_buf, 5000);			//接收数据}

5. 编写W25Q64的驱动程序

接下来开始利用上一节封装的宏定义和底层函数，编写W25Q64的驱动程序：

读取Manufacture ID和Device ID

读取 Flash 内部这两个ID有两个作用：

• 检测SPI Flash是否存在
• 可以根据ID判断Flash具体型号

数据手册上给出的操作时序如图：

根据该时序，编写代码如下：

/** * @brief   读取Flash内部的ID * @param   none * @retval	成功返回device_id */uint16_t W25QXX_ReadID(void){
   	uint8_t recv_buf[2] = {
   0};	//recv_buf[0]存放Manufacture ID, recv_buf[1]存放Device ID	uint16_t device_id = 0;	if(HAL_OK == QSPI_Send_Command(ManufactDeviceID_CMD, 0, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_1_LINE, QSPI_ADDRESS_24_BITS, QSPI_DATA_1_LINE))	{
           //读取ID        if(HAL_OK == QSPI_Receive(recv_buf, 2))        {
               device_id = (recv_buf[0] << 8) | recv_buf[1];            return device_id;        }        else        {
               return 0;        }	}	else	{
   		return 0;	}}

读取数据

SPI Flash读取数据可以任意地址（地址长度32bit）读任意长度数据（最大 65535 Byte），没有任何限制，数据手册给出的时序如下：

根据该时序图编写代码如下：

/** * @brief	读取SPI FLASH数据 * @param   dat_buffer —— 数据存储区 * @param   start_read_addr —— 开始读取的地址(最大32bit) * @param   byte_to_read —— 要读取的字节数(最大65535) * @retval  none */void W25QXX_Read(uint8_t* dat_buffer, uint32_t start_read_addr, uint16_t byte_to_read){
   	QSPI_Send_Command(READ_DATA_CMD, start_read_addr, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_1_LINE, QSPI_ADDRESS_24_BITS, QSPI_DATA_1_LINE);    QSPI_Receive(dat_buffer, byte_to_read);}

读取状态寄存器数据并判断Flash是否忙碌

上文中提到，SPI Flash的所有操作都是靠发送命令完成的，但是 Flash 接收到命令后，需要一段时间去执行该操作，这段时间内 Flash 处于“忙”状态，MCU 发送的命令无效，不能执行，在 Flash 内部有2-3个状态寄存器，指示出 Flash 当前的状态，有趣的一点是：

当 Flash 内部在执行命令时，不能再执行 MCU 发来的命令，但是 MCU 可以一直读取状态寄存器，这下就很好办了，MCU可以一直读取，然后判断Flash是否忙完：

首先读取状态寄存器的代码如下：

/** * @brief	读取W25QXX的状态寄存器，W25Q64一共有2个状态寄存器 * @param 	reg  —— 状态寄存器编号(1~2) * @retval	状态寄存器的值 */uint8_t W25QXX_ReadSR(uint8_t reg){
   	uint8_t cmd = 0, result = 0;		switch(reg)	{
   		case 1:			/* 读取状态寄存器1的值 */			cmd = READ_STATU_REGISTER_1;		case 2:			cmd = READ_STATU_REGISTER_2;		case 0:		default:			cmd = READ_STATU_REGISTER_1;	}	QSPI_Send_Command(cmd, 0, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_NONE, QSPI_ADDRESS_24_BITS, QSPI_DATA_1_LINE);	QSPI_Receive(&result, 1);		return result;}

然后编写阻塞判断Flash是否忙碌的函数：

/** * @brief	阻塞等待Flash处于空闲状态 * @param   none * @retval  none */void W25QXX_Wait_Busy(void){
       while((W25QXX_ReadSR(1) & 0x01) == 0x01); // 等待BUSY位清空}

写使能/禁止

Flash 芯片默认禁止写数据，所以在向 Flash 写数据之前，必须发送命令开启写使能，数据手册中给出的时序如下：

编写函数如下：

/** * @brief	W25QXX写使能,将S1寄存器的WEL置位 * @param	none * @retval */void W25QXX_Write_Enable(void){
       QSPI_Send_Command(WRITE_ENABLE_CMD, 0, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_NONE, QSPI_ADDRESS_8_BITS, QSPI_DATA_NONE);		W25QXX_Wait_Busy();}/** * @brief	W25QXX写禁止,将WEL清零 * @param	none * @retval	none */void W25QXX_Write_Disable(void){
       QSPI_Send_Command(WRITE_DISABLE_CMD, 0, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_NONE, QSPI_ADDRESS_8_BITS, QSPI_DATA_NONE);		W25QXX_Wait_Busy();}

擦除扇区

SPI Flash有个特性：

数据位可以由1变为0，但是不能由0变为1。

所以在向 Flash 写数据之前，必须要先进行擦除操作，并且 Flash 最小只能擦除一个扇区，擦除之后该扇区所有的数据变为 0xFF（即全为1），数据手册中给出的时序如下：

根据此时序编写函数如下：

/** * @brief	W25QXX擦除一个扇区 * @param   sector_addr	—— 扇区地址 根据实际容量设置 * @retval  none * @note	阻塞操作 */void W25QXX_Erase_Sector(uint32_t sector_addr){
       sector_addr *= 4096;	//每个块有16个扇区，每个扇区的大小是4KB，需要换算为实际地址    W25QXX_Write_Enable();  //擦除操作即写入0xFF，需要开启写使能    W25QXX_Wait_Busy();		//等待写使能完成    QSPI_Send_Command(SECTOR_ERASE_CMD, sector_addr, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_1_LINE, QSPI_ADDRESS_24_BITS, QSPI_DATA_NONE);    W25QXX_Wait_Busy();   	//等待扇区擦除完成}

页写入操作

向 Flash 芯片写数据的时候，因为 Flash 内部的构造，可以按页写入：

页写入的时序如图：

编写代码如下：

/** * @brief	页写入操作 * @param	dat —— 要写入的数据缓冲区首地址 * @param	WriteAddr —— 要写入的地址 * @param   byte_to_write —— 要写入的字节数（0-256） * @retval	none */void W25QXX_Page_Program(uint8_t* dat, uint32_t WriteAddr, uint16_t byte_to_write){
   	W25QXX_Write_Enable();	QSPI_Send_Command(PAGE_PROGRAM_CMD, WriteAddr, 0, QSPI_INSTRUCTION_1_LINE, QSPI_ADDRESS_1_LINE, QSPI_ADDRESS_24_BITS, QSPI_DATA_1_LINE);	QSPI_Transmit(dat, byte_to_write);    W25QXX_Wait_Busy();}

6. 测试驱动

在 main.c 函数中编写代码，测试驱动：

首先定义两个缓存：

/* Private user code ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN 0 */uint8_t dat[11] = "mculover666";uint8_t read_buf[11] = {
   0};/* USER CODE END 0 */

然后在 main 函数中编写代码：

/* USER CODE BEGIN 2 */printf("Test W25QXX...\r\n");device_id = W25QXX_ReadID();printf("device_id = 0x%04X\r\n\r\n", device_id);/* 为了验证，首先读取要写入地址处的数据 */printf("-------- read data before write -----------\r\n");W25QXX_Read(read_buf, 5, 11);printf("read date is %s\r\n", (char*)read_buf);/* 擦除该扇区 */printf("-------- erase sector 0 -----------\r\n");W25QXX_Erase_Sector(0);/* 写数据 */printf("-------- write data -----------\r\n");W25QXX_Page_Program(dat, 5, 11);/* 再次读数据 */printf("-------- read data after write -----------\r\n");W25QXX_Read(read_buf, 5, 11);printf("read date is %s\r\n", (char*)read_buf);/* USER CODE END 2 */

测试结果如下：

至此，我们已经学会如何使用硬件QSPI接口读写SPI Flash的数据，下一节将讲述如何使用硬件SDMMC接口读取SD卡数据。

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