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【开发板评测】Nuvoton-IOT-M487开发板SPIM读写W25Q32

发布于 2022-04-30 14:59:26 浏览：1025 订阅该版

硬件介绍：
M487
有这么一个外设，可以驱动Spi Flash。先把手册里的介绍附上，如下图。
![图片1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/d68b64e556502abeb7cafa503095d093.png)
![图片2.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/cf0fb854bf6d638b6f439321e524058b.png)
SPI flash 控制器有普通I/O模式和DMA模式，Spi Flash 写数据的时候，比较耗时，如果能用上DMA模式真的是太好了。
W25Q32JV
W25Qxx是我用的最多的spi Flash。
不同容量大小的W25Qxx，驱动是可以通用的。移植相当简单。我一直使用的是standard SPI，不是因为Dual spi和Quad SPI不好，是因为最开始没有注意到有这两种方式。
Standard SPI：四个管脚：MOSI、MISO、SCLK和CS。MOSI，master out slave in主机输出从机输入；MISO，master in slave out 主机输入从机输出；SCLK 主机控制的时钟管脚；CS 主机控制的片选管脚。在W25Qxx的手册中，MOSI被写为DI，data in，MISO被写为DO，data out。根据数据输入输出和时钟的关系，有四种模式：
Mode0	CPOL =0,CPHA=0
Mode1	CPOL =0,CPHA=1
Mode2	CPOL =1,CPHA=0
Mode3	CPOL =1,CPHA=1
W25Qxx支持Mode0和Mode3，就拿这个介绍吧。Mode1和Mode2类似。
Mode0(CPOL=0,CPHA=0)，空闲时CLK低电平，上升沿采集数据，时序图如下：
![图片3.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/2a66324e05a02f5541ac979e3767add2.png.webp)
Mode0时序图
Mode3(CPOL=1,CPHA=1)，空闲时CLK为高电平，上升沿采集数据，时序图如下：
![图片4.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/aef4ffe8d8fa1814b04a976edbd2092c.png.webp)
Mode3时序图
这两个时序图是一个图，不同的是红箭头指向的位置。
Dual spi：也是四个管脚：CS、SCLK、IO0和IO1。IO0和IO1分别对应Standard SPI方式的MOSI和MISO，和Standard SPI相比，读数据时，IO0和IO1一块输出，四个clk就能输出一个字节，输出速度更快。时序图如下：
![图片5.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/add4bfe7613eafc5d2af3b61dd038bd3.png)
Dual spi读数据时序图
Quad SPI：需要六个管脚：CS、SCLK、IO[0~3]。IO[0~3]四个输入输出数据，速度是Dual SPI 的两倍，Standard SPI的四倍。唯一的缺点是多占用两个管脚。时序图如下：
![图片6.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/ff4e3f09817844859c3c5aa91d38fc93.png)
Quad spi读数据时序图
对应W25Qxx，指令都是通过IO0一个管脚输入的。
常用的指令有：读数据指令、写数据指令、扇区擦除指令、读寄存器指令、整片擦除指令。只有写数据时才能选择不同的SPI方式，其他操作都是Standard SPI。
三种SPI方式下的读指令指令是不同的。如下表：
指令	Standard SPI	Dual SPI	Quad SPI
读指令	03h	3Bh / BBh	6Bh / EBh
在Numaker-IOT-M487试验板上，W25Q32JV的六个管脚全部连接到M487上。电路图如下：
![图片7.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/5a3980042c2a6ab0c136f0926e929bed.png)

可以进行Standard SPI、Dual SPI和Quad SPI三种方式测试。
使用说明：
1、SPIM外设初始化：
可直接调用库函数SPIM_InitFlash(1);或者自己写。使能SPIM时钟，配置SPIM，配置管脚。
2、开始普通I/O读写数据说明：
void SPIM_IO_Read(uint32_t u32Addr, int is4ByteAddr, uint32_t u32NRx, uint8_t pu8RxBuf[], uint8_t rdCmd,uint32_t u32NBitCmd, uint32_t u32NBitAddr, uint32_t u32NBitDat, int u32NDummy);
函数形参比较多。因为是库函数，需要能支持M487各种配置，实际应用中，可以把它再封装到一个函数里。这个函数形参中需要注意的就是u32NDummy，因为使用Dual spi和Quad SPI指令读数据时，需要插入dummy clock，不同的指令，dummy clock不同。形参中u32NDummy是字节数，注意和DMA模式中的不同。
示例代码 & 封装函数代码 
void ReadData_SPIM(uint8_t *DataBuffer, uint32_t StartAddress, uint32_t ByteCount, uint8_t rdcmd)
{
    uint8_t readCmds[] = {0x03, 0x0B, 0x3B, 0xBB, 0x6B, 0xEB};//读指令
    
    uint8_t nbitAddrBuf[] = {1, 1, 1, 2, 1, 4};	//地址几位传输
    uint8_t nbitDatBuf[]  = {1, 1, 2, 2, 4, 4};	//数据几位传输
    uint8_t nDummyBuf[] = {0, 1, 1, 1, 1, 3}; 	//dummy byte
    
    int i = 0;
    for( ; i < 6; ++i )
    {
        if( rdcmd == readCmds[i] )	//匹配指令
        {
            break;
        }
    }
    if( i == 6 )	//没有找到以上指令，按照Fast Read处理
    {
        i = 2;
    }
    
    SPIM_IO_Read(StartAddress, 0, ByteCount, DataBuffer, rdcmd,
                  1, nbitAddrBuf[i], nbitDatBuf[i], nDummyBuf[i]);
}

void SPIM_IO_Write(uint32_t u32Addr, int is4ByteAddr, uint32_t u32NTx, uint8_t pu8TxBuf[], uint8_t wrCmd, uint32_t u32NBitCmd, uint32_t u32NBitAddr, uint32_t u32NBitDat)
写数据函数，形参还是较多，再封装函数里。
示例代码 & 封装函数代码
void WriteData_SPIM(uint8_t *DataBuffer, uint32_t StartAddress, uint32_t ByteCount)
{
    SPIM_IO_Write(StartAddress, 0, ByteCount, DataBuffer, OPCODE_PP, 1, 1, 1);
}
3、DMA模式读写数据说明：
void SPIM_DMA_Read(uint32_t u32Addr, int is4ByteAddr, uint32_t u32NRx, uint8_t pu8RxBuf[], uint32_t u32RdCmd, int isSync);
函数内部比较简单，配置几个寄存器即可。需要注意的地方还是和dummy clock有关。在调用该函数前，需要SPIM_SET_DCNUM(x);设置空闲时钟个数，x时钟个数，不是字节数。
示例代码 & 封装函数代码
void ReadDataDMA_SPIM(uint8_t *DataBuffer, uint32_t StartAddress, uint32_t ByteCount, uint8_t rdcmd)
{
    uint8_t readCmds[] = {0x03, 0x0B, 0x3B, 0xBB, 0x6B, 0xEB};//读指令

uint8_t nDummyClkBuf[]   = {0, 8, 8, 4, 8, 4};  //dummy clk
    
    int i = 0;
    for( ; i < 6; ++i )
    {
        if( rdcmd == readCmds[i] )	//匹配指令
        {
            break;
        }
    }
    if( i == 6 )
    {
        i = 2;
    }
    SPIM_SET_DCNUM(nDummyClkBuf[i]);
    SPIM_DMA_Read(StartAddress, 0, ByteCount, DataBuffer, rdcmd<<SPIM_CTL0_CMDCODE_Pos, 1);
}
形参rdcmd是flash的指令，uint8_t类型。
测试中发现，使用6Bh指令，读到的数据全是FFh。SPIM_IO_Read函数用6Bh读数据正常。发送手头没有示波器，没有看到实际的波形。
void SPIM_DMA_Write(uint32_t u32Addr, int is4ByteAddr, uint32_t u32NTx, uint8_t pu8TxBuf[], uint32_t wrCmd)
写数据函数。我觉得SPIM这个外设最好的就是这个。写数据时，不用等待了。MCU可以执行其他功能。
示例代码 & 封装函数代码
void WriteDataDMA_SPIM(uint8_t *DataBuffer, uint32_t StartAddress, uint32_t ByteCount)
{
    SPIM_DMA_Write(StartAddress, 0, ByteCount, DataBuffer, (OPCODE_PP << SPIM_CTL0_CMDCODE_Pos));
}

4、扇区擦除和片擦除函数说明：
void SPIM_EraseBlock(uint32_t u32Addr, int is4ByteAddr, uint8_t u8ErsCmd, uint32_t u32NBit, int isSync);
W25Q32可以4K扇区擦除(20h)、32K块擦除(52h)和64K块擦除(D8h)。我就用的4K擦除。
示例代码 & 封装函数代码
SPIM_EraseBlock(4096, 0, OPCODE_SE_4K, 1, 1);	//擦除起始地址 4096，一个扇区
void SPIM_ChipErase(uint32_t u32NBit, int isSync);
整片擦除。
示例代码 & 封装函数代码
SPIM_ChipErase(1, 1);

外设性能指标测试：
三种方式读数据的时间对比。
![图片8.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/8c1b7584fdad0d3b33b6b72ca48b4846.png)

Normal read(03h)和fast read(0Bh)，读速度相当，猜测是M487的SCLK频率没有变化导致，毕竟SCLK是主机(M487)控制的。

心得体会：
使用的是Keil编写调试代码的。使用Nulink调试M487很方便，下载固件挺快。
M587的SPIM外设读取W25Q32的速度很快。函数形参较多，但是通过再封装，还是相当好用。[M487_SPI.rar](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220430/4bb5a8c3b2ef702dff652528e5873230.rar)