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片機如何從上電復(fù)位執(zhí)行到main函數(shù)？

\\插播一條：文章末尾有驚喜喲~///

從事嵌入式開發(fā)的搭檔可能會思考過一個問題，我們一般都是使用芯片廠商提供的驅(qū)動庫和初始化文件，直接從main函數(shù)初始寫程序，那么系統(tǒng)上電之后，程序怎么引導(dǎo)進main函數(shù)執(zhí)行的呢？還有，系統(tǒng)上電之后RAM的數(shù)據(jù)是隨機的，那么定義的全局變量的初始值又是怎么實現(xiàn)的呢？

下面我將帶著這兩個問題，以Cortex-M架構(gòu)為例，采用IAR EWARM作為編譯工具鏈，從系統(tǒng)上電之后執(zhí)行的第一條代碼初始，梳理系統(tǒng)的啟動過程，了解編譯器在此期間所做的工作。其他的工具鏈，如Keil和GCC在系統(tǒng)初始化過程所做的工作也是相似的，但詳細的實現(xiàn)有所差異。

1、啟動文件

芯片廠商提供的啟動文件，一般是采用匯編語言編寫，少數(shù)用C語言。在啟動文件中一般至少存在下面兩個局部內(nèi)容：

1、向量表

2、默認的中斷和異常處理程序

向量表實際上是一個數(shù)組，放置在存儲器的零地址，每個元素存儲的是各個中斷或異常處理程序的入口地址。以STM32F107芯片基于IAR工具的啟動文件為例：

文件的開頭定義了一個名為__vector_table的全局符號，“DATA”的作用是在代碼段中定義一個數(shù)據(jù)區(qū)，用作向量表。數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容是使用DCD指令定義的32位寬度常量，除了第一個sfe(CSTACK)比較特殊以為，其他的常量都是異常和中斷效勞程序的地址(在編譯時函數(shù)名會被替換成函數(shù)的入口地址)。sfe(CSTACK)是IAR匯編器段操作，用于獲取段(section)的完畢地址，在這里意欲何為呢？

實際上這是獲取堆棧基地址的操作。IAR在鏈接器腳本(*.icf)文件中定義堆棧，實際是定義了一個名為“CSTACK”的空閑塊(block)，如下圖的腳本命令所示。所謂的塊就是保留一段不間斷的地址空間，用來作為堆棧或者堆。當然，塊也能夠是用內(nèi)容的，例如能夠用來管理段，但不在今天的探討范圍。

我們知道Cortex-M架構(gòu)的堆棧模型是滿減棧，堆棧從高地址向低地址增長，因此堆棧的基地址是CSTACK的完畢地址。

向量表的第一個元素是棧基址這是由Cortex-M架構(gòu)定義的。系統(tǒng)上電后硬件自動從向量表中獲取，并設(shè)置主堆棧指針MSP，而不是像其他ARM架構(gòu)，堆棧指針須要通過軟件來設(shè)置。

向量表中第二個元素是復(fù)位異常(Reset_Handler)的入口地址。系統(tǒng)上電后，硬件自動從__vector_table + 4的位置讀取，并從讀取到的地址初始執(zhí)行。系統(tǒng)上電后CPU執(zhí)行的第一條是Reset_Handler函數(shù)的第一條語句。

上面的THUMB命令表示接下來的代碼采用THUMB模式(Cortex-M只支持Thumb-2指令集)；SECTION用于定義一個段，段名為“.ResetHandler”，段的類型是代碼(CODE)；REODER指示用給定的名稱開啟一個新的段；ROOT指示鏈接器，當段內(nèi)的符號沒有被引用，鏈接器也不能夠丟棄這個段。

PUBWEAK是弱定義，假如用戶在其他位置編寫了中斷處理函數(shù)，在連接時實際鏈接用戶所編寫的，啟動文件中用匯編寫的效勞函數(shù)會忽略。之所以要在啟動文件中以弱定義的方式編寫全部的異常和中斷效勞函數(shù)，是為了防止用戶在沒有編寫效勞函數(shù)的情況下開啟并觸發(fā)了中斷，導(dǎo)致系統(tǒng)的不確定。

2、系統(tǒng)初始化過程

在EWARM的工程Options > Debugger > Setup中將“Run to”勾選取消，這樣在進入調(diào)試之后就會停第一條要執(zhí)行的代碼的位置：

進入調(diào)試之后會停在啟動文件Reset_Handler函數(shù)第一條匯編指令位置：

此時，通過寄存器觀察窗口查看SP的值為0x20009820。通過鏈接時生成的map文件，查看CSTACK的地址范圍，0x20009820正好是CSTACK的完畢地址。有了MSP，C代碼就能運行了。

ystemInit函數(shù)是芯片廠商依據(jù)ARM的CMSIS規(guī)范提供的一個系統(tǒng)根底配置函數(shù)，配置根底的時鐘系統(tǒng)和向量表重定位等。這里的LDR是偽指令，它將SystemInit函數(shù)的地址加載到寄存器R0，實際上是通過PC偏移尋址來獲取SystemInit的地址。

從上面的圖能夠發(fā)現(xiàn)一個問題，在反匯編窗口能夠觀察到SystemInit的地址是0x20000150，但加載到R0寄存器后卻是0x20000151。這是由于在使用跳轉(zhuǎn)指令更新PC時，須要置PC的LSB為1，以表示THUMB模式，由于Cortex-M不支持ARM模式，因此LSB總是1。

執(zhí)行完芯片廠商提供的SystemInit函數(shù)之后，跳轉(zhuǎn)到__iar_program_start，這是IAR編譯器提供的初始化代碼的入口。

__iar_program_start首先會執(zhí)行兩個函數(shù)：__iar_init_core和__iar_init_vfp，能夠完成一些CPU和FPU相關(guān)的初始化操作，在某些ARM架構(gòu)打包好的運行時庫會有這兩個函數(shù)，用戶也能夠重寫這兩個函數(shù)來自己實現(xiàn)一些相關(guān)的操作。

之后，跳轉(zhuǎn)到__cmain函數(shù)執(zhí)行。在__cmain中調(diào)用了一個__low_level_init函數(shù)，該函數(shù)專門用于提供給用戶編寫一個初階的初始化操作，它在全局變量初始化之前執(zhí)行，例如可用在__low_level_init中初始化SDRAM，這樣就能夠?qū)⑷肿兞慷x到SDRAM中使用。

__low_level_init能夠在任意的C文件中編寫，注意它的返回值，假如返回0，后續(xù)就會跳過變量初始化操作，正常一般都是返回1。

3、全局變量的初始化

此后進入到__iar_data_init3函數(shù)，在這里會完成所有具有初始值的全局/靜態(tài)變量的賦值，以及零初始化全局/靜態(tài)變量的清零操作，分別調(diào)用__iar_copy_init3和__iar_zero_init3，將保存在ROM區(qū)由鏈接器生成的變量初始值復(fù)制到變量的地址。注意，新的EWARM版本默認變量初始化操作可能會采用壓縮算法，實際變量初始化調(diào)用的函數(shù)可能有區(qū)別。

在全局變量未初始化之前，通過watch窗口能夠看到，變量的值都是隨機數(shù)。

在__iar_data_init3執(zhí)行完成后，全部變量的初值賦值已經(jīng)完成。

在__cmain函數(shù)的最后，跳轉(zhuǎn)到用戶的main函數(shù)，最終初始用戶的代碼執(zhí)行。

了解了編譯器所提供的初始化過程和處理器架構(gòu)，我們能夠依據(jù)自己的需求定制系統(tǒng)的初始化。

例如，在進入__iar_program_start之前，就能夠執(zhí)行必要的硬件初始化操作，能夠用匯編寫，也能夠用C寫。還能夠手動控制變量的初始化操作，自己實現(xiàn)變量的初始化。甚至，完全不采用IAR編譯器提供的初始化操作，自己從復(fù)位序列引導(dǎo)至main函數(shù)那也是能夠的。

硬件開發(fā)工具：

Altium Designer 17.1

編程開發(fā)工具：

KEIL 4

程序下載工具：

STC-ISP

串口驅(qū)動：

CH341SER

單片機最小系統(tǒng)介紹

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理才能的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，開展到此時的300M的高速單片機。本文的單片機特指51單片機，詳細芯片型號是STC89C52RC。需注意STC89C51,STC89C52，AT89C51,AT89C52都是51單片機的一種詳細芯片型號。

最小系統(tǒng)組成：

51單片機最小系統(tǒng)：單片機、復(fù)位電路、晶振（時鐘）電路、電源

最小系統(tǒng)用到的引腳

1、主電源引腳（2根）

VCC：電源輸寫，接＋5V電源

GND：接地線

2、外接晶振引腳（2根）

XTAL1：片內(nèi)振蕩電路的輸寫端

XTAL2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端

3、控制引腳（4根）

RST/VPP：復(fù)位引腳

電源

設(shè)計使用的電源接口是DC 5V。USB座能夠查到手機充電口，電腦USB端取電。接好線路后，按下電源開關(guān)，單片機即可初始工作。

輸寫電源及啟動按鍵

DC 5V連接線

復(fù)位電路

在電路圖中，電容的的大小是10uf，電阻的大小是10k。

在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。能夠算出電容充電到電源電壓的0.7倍，即電容兩端電壓為3.5V、電阻兩端電壓為1.5V時，須要的時長約為T=RC=10K*10UF=0.1S。

也就是說在單片機上電啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓從0-3.5V不斷增加，這個時候10K電阻兩端的電壓為從5-1.5V不斷減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓），所以RST引腳所接管到的電壓是5V-1.5V的過程，也就是高電平到低電平的過程。

單片機RST引腳是高電平有效，即復(fù)位；低電平?jīng)]效，即單片機正常工作。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)RST引腳接管到了時長為0.1S左右的高電平信號，所以實現(xiàn)了自動復(fù)位。

在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端構(gòu)成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容初始釋放之前充的電量。隨著時長的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)?/span>了1.5V，甚至更小。依據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接管到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。

晶振電路

晶振根本概念晶振全名叫晶體振蕩器，每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，晶振是由石英晶體經(jīng)過加工并鍍上電極而做成的，主要的特性就是通電后會產(chǎn)生機械震蕩，能夠給單片機提供穩(wěn)定的時鐘源，晶振提供時鐘頻次越高，單片機的運行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機械能互相轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

晶振起振后，產(chǎn)生的振動信號會通過XTAL1引腳，依次經(jīng)過振蕩器和時鐘發(fā)生器的處理，得到機器周期信號，作為指令操作的依據(jù)。51單片機常用的晶振是12M和11.0592M

元器件清單及樣機焊接

元器件清單

CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

30P陶瓷電容C2, C3CAP-2.54Cap2

10uF/16V直插電解電容CE1CAP 1.5*4*8CE1

CON9直插排阻10KJ0R SIP9-2.54CON91

CON22 Pin排針J4HDR2.54-LI-2PCON21

HEADER 44 Pin排針JP3, P6HDR2.54-LI-4PHEADER 42

紅色直插5mm LEDLED1, LED2LED 5MM-RLED-5MM2

CON84 Pin排針P0, P1, P2, P3HDR2.54-LI-8PCON84

KEY自鎖按鍵POWER_BUTTONSW-8X8X8HEADER 3X21

DC 5V電源DC 5V插座PW_5VDC05HEADER 31

10K電阻R1AXIAL0.3RES21

2K電阻R2, R3AXIAL0.3RES22

SW-PB輕觸按鍵S1SW-0606SW-PB1

STC89C52RC8-Bit Microcontroller with 4K Flash ROMU1DIP40AT89C511

11.0592M晶振Y1OSC HC-49SCRYSTAL1

假如不想直接焊芯片到板子，能夠買個下圖黑色的緊鎖座。規(guī)格選DIP40

PCB板制作

方法1：學(xué)校實驗室常用的DIY腐蝕電路板制作（略）

方法2：外發(fā)給專業(yè)的PCB工廠。舉薦嘉立創(chuàng)https://www.jlc.com/#

可代發(fā)，須要請私信

空板正反面：

空板

焊接注意事項

直插電解電容，和LED燈是有正負極之分的。

電解電容正負極分辨：

1.看實物套管

2.看引腳長短：

電解電容正極引線比較長、負極稍短

LED燈正負極分辨：

1.引腳長短也能夠看出來，發(fā)光二極管的正負極，引腳長的為正極，短的為負極。

2.萬用表打到二極管檔，分別短接LED燈引腳，假如亮，紅表筆接的是正極。

最終實物：

焊接好的實物如圖

程序燒錄及測試

測試用的51單片機型號是STC89C52RC，是國產(chǎn)品牌宏晶科技STC量產(chǎn)的8051單片機。

測試代碼

#include

//數(shù)據(jù)類型定義

typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned int uint;

uchar flag1s=0;

uint one_sec_flag=0;

sbit TEST_LED=P1^0;

void main()

{

EA=1;//開總中斷

TMOD=0X01;//T0的工作模式為模式1

TH0=0X4C;

TL0=0X00;//11.0592M晶振 50ms定時初值

ET0=1; //允許定時器1中斷

TR0=1;//啟動定時器0

while(1)

{

if(flag1s)//一秒刷新一次

{

TEST_LED=0;

}else{

TEST_LED=1;

}

void Timer0() interrupt 1

{

TH0=0XBB;

TL0=0X00;

if(++one_sec_flag

return;//提前完畢函數(shù)

}

if(flag1s)

{

flag1s=0;

}else{

flag1s=1;

}

one_sec_flag=0;

}

編譯之后產(chǎn)生test.hex燒錄文件。

下載器及下載驅(qū)動

STC89C52單片機下載器實際上就是USB轉(zhuǎn)TTL串口，如下圖所示

某寶上的下載器

驅(qū)動：壓縮包中的CH341SER.EXE

先安裝驅(qū)動才能下載代碼到單片機中。

程序下載

硬件準備：

下載器的RXD連接芯片的TXD(P30),下載器的TXD連接芯片的RXD(P31),本設(shè)計引出了芯片的RXD和TXD，如上圖所示連接即可。

軟件準備：

STC-ISP.exe雙擊翻開，下載步驟

1選擇選擇單片機型號

2.選擇下載器的串口

3.翻開編譯生成的HEX文件

4.點擊下載

下載界面

等待

此時，按下電源開關(guān)給單片機上電，下載軟件會識別出單片機，然后自動下載程序。下載成功后會有提醒。

燒寫成功

測試效果：測試LED燈一秒間隔閃爍。

新一代燒寫工具 - STM32CubeProgrammer

STM32CubeProgrammer（STM32CubeProg）是STM32微控制器的專用編程工具。 STM32用戶都知道，當完成程序調(diào)試，須要對芯片進行程序代碼燒錄編程，一般會有三個選擇：通過調(diào)試接口【JTAG/SWD】?

AI電堂發(fā)表于STM32...

進修STM32單片機，繞不開的串口

剛初始學(xué)單片機的你，是不是會因用程序把LED點亮而感到高興，會因用程序把數(shù)碼管點亮而感到高興。這是好事，這也是想繼續(xù)進修下去的動力。但是數(shù)據(jù)相關(guān)的實驗是進修單片機和STM32的一道坎?

SugarlesS

MCS-51系列單片機串口通訊實驗(2)

1.實驗?zāi)?/span>標1)掌握51單片機串行通訊調(diào)試方法 2)會簡略的串行通訊協(xié)議編寫 2.實驗器材1）Widows操作系統(tǒng)的電腦。 2)調(diào)試軟件 keil仿真實驗版keil外掛串口調(diào)試工具軟件--sscom虛擬調(diào)試串口

彩蛋：最近有同學(xué)跟我要單片機的資料，我特意花幾個月時間，總結(jié)了我10年產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗，資料包幾乎覆蓋了C語言、單片機、模電數(shù)電、原理圖和PCB設(shè)計、單片機高級編程等等，非常適合初學(xué)者入門和進階。除此以外，再含淚分享我壓箱底的22個熱門開源項目，包含源碼+原理圖+PCB+說明文檔，不是市面上打包賣的那種課程，我認為教程多未必是好事，10年前我自學(xué)快，除了自身執(zhí)行力以外，還有就是教程少。不要害羞做伸手黨，等你一個小紅點。后期我也會組建一些純技術(shù)交流的小圈子，讓大家能認識更多的大佬，有個好的圈子，你對行業(yè)的認知一定是最前沿的。

學(xué)習(xí)目的

了解SPI總線的結(jié)構(gòu)、特點以及4種通信模式。
掌握通過SPI讀、寫和擦除SPI Flash W25Q128的方法以及代碼編寫。
掌握通過SPI讀、寫鐵電存儲器FM25CL64B的方法以及代碼編寫。

SPI總線原理

SPI是串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)的縮寫，是一種高速、全雙工、同步的通信總線。SPI是Motorola公司推出的一種同步串行接口技術(shù)，SPI由一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備組成，在一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，接口上只能有一個主機和一個從機能夠通信。

SPI總線的優(yōu)點是操作簡單、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、全雙工，缺點是只支持單個主機、沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機制確認是否接收到數(shù)據(jù)。

接口信號定義

SPI總線接口包括以下四種信號：

MOSI（Master Output，Slave Input）：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入。
MISO（Master Input， Slave Output）：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出。
SCK（Serial Clock）：有時也稱為SCLK，時鐘信號，由主器件產(chǎn)生。
CS（Chip select）：有時也稱為SS，從器件使能信號，由主器件控制，實際使用時，經(jīng)常用GPIO來代替。

SPI總線支持連接多個從機，如下圖所示，SPI主機通過連接到從機的片選信號使能/禁止從機，并且同時只能使能一個從機，因此總線里面有多少個從機，就需要多少個片選信號。當SPI主機需要和總線中某個從機進行通信時，主機會拉低對應(yīng)的CS信號使能該從機，之后發(fā)起通信，通信完成后，拉高CS信號，解除總線的占用。

圖1：SPI總線結(jié)構(gòu)

對于SPI總線，我們還需要能深刻理解下面幾個知識點。

硬件片選和軟件片選的區(qū)別

所謂硬件片選指的是SPI本身具有片選信號，當我們通過SPI發(fā)送數(shù)據(jù)時，SPI外設(shè)自動拉低CS信號使能從機，發(fā)送完成后自動拉高CS信號釋放從機，這個過程是不需要軟件操作的。而軟件片選則是需要使用GPIO作為片選信號，SPI在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，需要先通過軟件設(shè)置作為片選信號的GPIO輸出低電平，發(fā)送完成之后再設(shè)置該GPIO輸出高電平。

SPI總線是回環(huán)結(jié)構(gòu)

SPI是一個環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，如下圖所示，主設(shè)備和從設(shè)備構(gòu)成一個環(huán)形。在時鐘SCK的作用下，主設(shè)備發(fā)送一個位到從設(shè)備，因為是環(huán)形結(jié)構(gòu)，所以從設(shè)備必定會同時傳送一個位到主設(shè)備。同樣，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送一個字節(jié)，從設(shè)備也必定會同時傳送一個字節(jié)到主設(shè)備。理解了環(huán)形結(jié)構(gòu)，就很容易理解下面幾點：

SPI是全雙工，同步的通信總線。
主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，無論我們需不需要從設(shè)備返回數(shù)據(jù)，從設(shè)備都會返回數(shù)據(jù)。
主設(shè)備從從設(shè)備讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，為什么需要寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)到從設(shè)備：因為是環(huán)形結(jié)構(gòu)，不寫數(shù)據(jù)過去，對方的數(shù)據(jù)就不會被移位過來。

圖2：SPI數(shù)據(jù)傳輸示意圖

SPI主機和從機之間連接時信號不需要交叉

SPI主機和從機連接時，MOSI和MISO信號是不需要交叉連接的，因為MOSI本身就表示了主機輸出、從機輸入，MISO表示主機輸入、從機輸出，因此不能交叉連接。

圖3：MOSI和MISO不能交叉連接

SPI的4種通信模式

SPI總線共有4種通信模式：模式0~模式3，這4種通信模式是由時鐘相位和時鐘極性確定的。

時鐘相位CPOL（Clock polarity）：SPI總線空閑時，時鐘信號SCLK的電平稱為時鐘極性，有以下兩種模式：

CPOL=0：SPI總線空閑時，時鐘信號為低電平。
CPOL=1：SPI總線空閑時，時鐘信號為高電平。

時鐘極性CPHA（Clock phase）：SPI在時鐘信號SCLK第幾個邊沿開始采樣數(shù)據(jù)，有以下兩種模式：

CPHA=0：在第1個時鐘邊沿進行數(shù)據(jù)采樣。
CPHA=1：在第2個時鐘邊沿進行數(shù)據(jù)采樣。

時鐘極性CPOL時鐘相位CPHA各有2種模式，他們兩兩組合就形成了SPI的4種通信模式，如下表所示。

表1：SPI總線的4種工作模式

模式	描述
模式0	CPOL=0，CPHA=0
模式1	CPOL=0，CPHA=1
模式2	CPOL=1，CPHA=0
模式3	CPOL=1，CPHA=1

SPI的4種模式中，最常用的是模式0和模式3。正是由于SPI有4種通信模式，因此當我們使用SPI總線時，需要去查詢SPI總線中主機設(shè)備（如STC8A8K64D4）和從機設(shè)備（如SPI Flash）的數(shù)據(jù)手冊，確定他們支持什么模式，從而選擇適合的通信模式。

SPI的4種模式的時序圖如下。

時鐘相位CPHA=0時的時序

圖4：CPHA=0時SPI時序

時鐘相位CPHA=1時的時序

圖5：CPHA=0時SPI時序

STC8A8K64D4的SPI應(yīng)用步驟

STC8A8K64D4單片機片內(nèi)集成了一個高速串行通信接口(SPI)，SPI 是一種全雙工的高速同步通信總線。STC8A8K64D4單片機的SPI支持主機和從機模式，通過配置寄存器，可以讓SPI工作于主機模式或從機模式。

SPI引腳配置

SPI有多組引腳與之對應(yīng)（具體幾組還取決于芯片封裝引腳數(shù)），同一時刻，只能通過相關(guān)寄存器配置其中的一組使用， STC8A8K64D4單片機SPI的引腳分配如下表。

表2：STC8A8K64D4單片機SPI引腳分配

SPI信號	信號編號	對應(yīng)的IO
SPI時鐘	SCLK	P1.5
	SCLK_2	P2.5
	SCLK_3	P7.7
	SCLK_4	P3.2
SPI主出從入(MOSI)	MOSI	P1.3
	MOSI_2	P2.3
	MOSI_3	P7.5
	MOSI_4	P3.4
SPI主入從出(MISO)	MISO	P1.4
	MISO_2	P2.4
	MISO_3	P7.6
	MISO_4	P3.3
SPI片選	SS	P1.2
	SS_2	P2.2
	SS_3	P7.4
	SS_4	P3.5

SPI是通過“外設(shè)端口切換控制寄存器1（P_SW1）”中的SPI_S[1:0]配置引腳的，如下圖所示。

外設(shè)端口切換控制寄存器1（P_SW1）：

P_SW1寄存器中的SPI_S[1:0]為 SPI 功能腳選擇位，如下表所示。

表3：SPI功能腳選擇位

SPI_S[1:0]	SS	MOSI	MISO	SCLK
00	P1.2	P1.3	P1.4	P1.5
01	P2.2	P2.3	P2.4	P2.5
10	P7.4	P7.5	P7.6	P7.7
11	P3.5	P3.4	P3.3	P3.2

配置SPI工作參數(shù)

SPI工作參數(shù)通過“SPI 控制寄存器（SPCTL）”配置，配置項包括：SS引腳功能、SPI收發(fā)位序、主/從機、工作模式、速度以及SPI使能。

SPI 控制寄存器（SPCTL）：

SSIG：SS（片選）引腳功能控制位
0：SS引腳確定器件是主機還是從機。
1：忽略SS引腳功能，使用 MSTR 確定器件是主機還是從機。

通常，我們會將“SS（片選）引腳功能控制位”設(shè)置為1，即通過配置“MSTR”位來設(shè)置SPI工作于主機或是從機。

SPEN：SPI 使能控制位
0：關(guān)閉 SPI 功能。
1：使能 SPI 功能。
DORD：SPI 數(shù)據(jù)位發(fā)送/接收的順序
0：先發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的高位（MSB）。
1：先發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的低位（LSB）。
MSTR：器件主/從模式選擇位

設(shè)置主機模式：

若 SSIG＝ 0，則 SS 管腳必須為高電平且設(shè)置 MSTR 為 1。
若 SSIG＝ 1，則只需要設(shè)置 MSTR 為 1（忽略 SS 管腳的電平）。

設(shè)置從機模式：

若 SSIG＝ 0，則 SS 管腳必須為低電平（與 MSTR 位無關(guān)）。
若 SSIG＝ 1，則只需要設(shè)置 MSTR 為 0（忽略 SS 管腳的電平）。
CPOL：SPI 時鐘極性控制
0：SCLK 空閑時為低電平，SCLK 的前時鐘沿為上升沿，后時鐘沿為下降沿。
1：SCLK 空閑時為高電平，SCLK 的前時鐘沿為下降沿，后時鐘沿為上升沿。
CPHA： SPI 時鐘相位控制
0：數(shù)據(jù) SS 管腳為低電平驅(qū)動第一位數(shù)據(jù)并在 SCLK 的后時鐘沿改變數(shù)據(jù)，前時鐘沿采樣數(shù)據(jù)（必須 SSIG＝ 0）。
1：數(shù)據(jù)在 SCLK 的前時鐘沿驅(qū)動，后時鐘沿采樣。

由“CPOL”和“CPHA”可見，STC8A8K64D4的SPI支持SPI的4種通信模式。

SPR[1:0]：SPI時鐘頻率選擇

SPR[1:0]設(shè)置的是SPI的SCLK頻率，他決定了SPI的傳輸速率，STC8A8K64D4的SPI是快速SPI，可配置的時鐘頻率如下表所示。

表4：SPI時鐘頻率

SPR[1:0]的值	SCLK頻率
00	SYSclk/4
01	SYSclk/8
10	SYSclk/16
11	SYSclk/2

數(shù)據(jù)收發(fā)

SPI的數(shù)據(jù)傳輸只能由主機啟動，因為只有主機能夠產(chǎn)生時鐘信號。主機對SPI數(shù)據(jù)寄存器 SPDAT的寫操作將啟動 SPI 時鐘發(fā)生器和數(shù)據(jù)的傳輸。在數(shù)據(jù)寫入 SPDAT 之后的半個到一個 SPI位時間后，數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 MOSI 腳。寫入主機 SPDAT 寄存器的數(shù)據(jù)從 MOSI 腳移出發(fā)送到從機的 MOSI腳，同時從機 SPDAT 寄存器的數(shù)據(jù)從 MISO 腳移出發(fā)送到主機的 MISO 腳。

傳輸完一個字節(jié)后，SPI 時鐘發(fā)生器停止，傳輸完成標志（ SPIF）置位，如果SPI中斷使能則會產(chǎn)生一個SPI中斷。主機和從機 CPU的兩個移位寄存器可以看作是一個16位循環(huán)移位寄存器。當數(shù)據(jù)從主機移位傳送到從機的同時，數(shù)據(jù)也以相反的方向移入。這意味著在一個移位周期中，主機和從機的數(shù)據(jù)相互交換。

硬件設(shè)計

外部存儲器模塊接口電路

為了方便擴展應(yīng)用，開發(fā)板上設(shè)計了一個6芯的外擴存儲器接口，其電路如下圖所示。該接口可以接入艾克姆科技的W25Q128存儲器模塊、FM25CL64B鐵電存儲器模塊和TF卡模塊。

圖6：外部存儲器接口

W25Q128（Flash）存儲器模塊

W25Q128（Flash）存儲器模塊是一款3.3V單電源供電、存儲空間為128Mbit（16M字節(jié)）的串行Flash存儲器模塊，使用的存儲器芯片型號為W25Q128。

W25Q128是華邦公司（Winbond）推出的串行NOR Flash系列存儲器中的一員，該系列還有W25Q80/16/32/64等，W25Q128名稱的意義如下：

W：華邦公司（Winbond）。
25Q：SpiFlash串行NOR Flash，具有4KB扇區(qū)，雙/四路I / O。
128F：128M-bit。
V：工作電壓范圍為（2.7~3.6）V。

W25Q128JV的容量為128Mb共16MB（注意大寫的B表示字節(jié)，小寫的b表示位）。W25Q128將16M的容量分為256個塊（Block），每個塊大小為 64KB，每個塊又分為16個扇區(qū)（Sector），每個扇區(qū)4K（4096）字節(jié)，每個扇區(qū)包含8個頁（Page），每個頁256個字節(jié)，即W25Q128由65536個可編程頁面構(gòu)成。

W25Q128只能按頁面編程，也就是每個寫操作只能寫一個頁面，因此，一次最多只能寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)（從一個頁面的起始到結(jié)束）。如果將數(shù)據(jù)寫入多個頁面，就需要執(zhí)行多次寫操作。

W25Q128的擦除和編程不一樣，擦除時可以按扇區(qū)擦除、塊擦除和全片擦除。擦除操作最小擦除單位為一個扇區(qū)而不是頁面，也就是每次至少擦除一個扇區(qū)（4K字節(jié)）。

W25Q128存儲器模塊的接口為間距2.54mm的6PIN排針，可以直接安裝到開發(fā)板的外部存儲器接口J11。模塊上設(shè)計有電源指示燈，用于指示模塊是否正常供電。

圖7：W25Q128（Flash）存儲器模塊

W25Q128存儲器模塊的參數(shù)如下圖所示。

圖8：W25Q128（Flash）存儲器模塊參數(shù)

W25Q128存儲器模塊引腳定義如下表所示。

表5：模塊引腳定義

引腳序號	引腳名稱	描述
1	VCC	電源正。
2	GND	電源地。
3	CS	SPI片選。
4	CLK	SPI時鐘。
5	MISO	SPI主入從出。
6	MOSI	SPI主出從入。

注：為了方便讀者理解單片機訪問W25Q128存儲器模塊的編程，W25Q128的SPI通信時序以及讀、寫、擦除操作將在軟件設(shè)計部分講解。

FM25CL64B（FRAM）模塊

FRAM鐵電存儲器介紹

FRAM（全稱是Ferroelectric Random Access Memory）鐵電存儲器，該存儲器能兼容RAM的一切功能，并且和ROM技術(shù)一樣，是一種非易失性的存儲器。可以說鐵電存儲器在這兩類存儲類型間搭起了一座跨越溝壑的橋梁：一種非易失性的RAM。

鐵電存儲器的工作原理是：當在鐵電晶體材料上加入電場，晶體中的中心原子會沿著電場方向運動，達到穩(wěn)定狀態(tài)。晶體中的每個自由浮動的中心原子只有2個穩(wěn)定狀態(tài)，一個記為邏輯中的0，另一個記為1。中心原子能在常溫、沒有電場的情況下，停留在此狀態(tài)達100年以上。鐵電存儲器不需要定時刷新，能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。由于整個物理過程中沒有任何原子碰撞，鐵電存儲器有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等優(yōu)點。

說到FRAM鐵電存儲器，就必須要介紹下美國Ramtron公司，該公司成立于1984年，是一家研究和開發(fā)鐵電技術(shù)用于半導(dǎo)體存儲器的公司。2012年9月，Ramtron公司被美國著名半導(dǎo)體公司賽普拉斯（Cypress）并購。2020年4月，infineon英飛凌完成了總價值90億歐元（合人民幣693億元）對Cypress賽普拉斯半導(dǎo)體公司的收購。

Ramtron公司的FRAM主要包括兩大類：串行FRAM和并行FRAM。其中串行FRAM又分I2C總線方式的FM24xx系列和SPI總線方式的FM25xx系列。艾克姆科技FRAM選擇的存儲器芯片是FM25CL64B芯片（SPI總線方式）。

注：Ramtron公司的商業(yè)FRAM產(chǎn)品全部由美國和日本的戰(zhàn)略代工廠所制造。

FRAM的主要特點如下：

非易失性：寫入的數(shù)據(jù)掉電不會丟失。
高讀寫耐久性：FRAM保證最多10萬億次寫入，遠遠超過EEPROM的寫入次數(shù)。
寫入速度快：EEPROM和Flash寫入數(shù)據(jù)之前都需要進行耗時的擦除操作，而FRAM不需要擦除，可以直接覆蓋寫入，這會節(jié)省大量的時間。另外，F(xiàn)RAM自身完成寫操作的時間極短，程序中執(zhí)行寫操作時，甚至無需“判忙”。
低功耗：一方面，F(xiàn)RAM自身功耗低，另一方面，F(xiàn)RAM寫入速度快，相對于EEPROM，寫入同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)所需的時間更少，消耗的電流也會更少。

看到這里，讀者可能會有疑惑，既然FRAM在性能上碾壓EEPROM和Flash，為什么EEPROM和Flash仍在大量應(yīng)用，而沒有全部被FRAM取代？這是因為FRAM的制造成本高，價格比EEPROM、FLASH更加昂貴，產(chǎn)品設(shè)計時，不僅僅需要考慮性能，也需要考慮成本。另外FRAM的儲存空間更小，如FM25CL64B的存儲空間為8K字節(jié)，而W25Q128 Flash存儲器的存儲空間為16M字節(jié)，因此，應(yīng)用中需要存儲較大數(shù)據(jù)時，通常會選擇Flash存儲器。

FM25CL64B鐵電存儲器模塊

艾克姆科技的鐵電存儲器模塊使用的FRAM芯片是FM25CL64B，F(xiàn)M25CL64B是非易失性的，并且像RAM一樣執(zhí)行讀寫，其特性如下。

工作電壓范圍：（2.7~3.65）V。
待機電流典型值為3uA。
1MHz時的工作電流為200 μA。
100萬億（1014）次讀/寫。
38年的數(shù)據(jù)保存時間。
NoDelay?寫操作。
頻率高達20 MHz。
支持SPI通信模式0和3。

和 W25Q128存儲器模塊一樣，F(xiàn)RAM模塊的接口也是間距2.54mm的6PIN排針，同樣可以直接安裝到開發(fā)板的外部存儲器接口J11上。模塊上同樣設(shè)計有電源指示燈，用于指示模塊是否正常供電。

圖9：FM25CL64B鐵電存儲器模塊

FM25CL64B存儲器模塊的參數(shù)如下圖所示。

圖10：FM25CL64B鐵電存儲器模塊參數(shù)

FM25CL64B鐵電存儲器模塊引腳定義如下表所示。

表6：模塊引腳定義

引腳序號	引腳名稱	描述
1	VCC	電源正。
2	GND	電源地。
3	CS	SPI片選。
4	CLK	SPI時鐘。
5	MISO	SPI主入從出。
6	MOSI	SPI主出從入。

注：為了方便讀者理解單片機訪問FM25CL64B鐵電存儲器模塊的編程，F(xiàn)M25CL64B的SPI通信時序以及讀、寫操作將在軟件設(shè)計部分講解。

軟件設(shè)計

硬件SPI讀寫W25Q128存儲器實驗

注：本節(jié)的實驗是在“實驗2-6-1：串口1數(shù)據(jù)收發(fā)實驗”的基礎(chǔ)上修改，本節(jié)對應(yīng)的實驗源碼是：“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”。

實驗內(nèi)容

將STC8A8K64D4單片機的SPI配置為主機，通過SPI總線訪問W25Q128存儲器，完成以下操作。

讀取W25Q128芯片ID：通過讀芯片ID可以判斷芯片類型以及判斷W25Q128是否正確接入。
扇區(qū)擦除：擦除一個指定的扇區(qū)。
全片擦除：擦除整個芯片。
頁編程：向指定頁面連續(xù)寫入不超過頁面地址范圍的數(shù)據(jù)。
批量編程：向指定地址連續(xù)寫入指定長度數(shù)據(jù)的功能，該功能實現(xiàn)了跨頁寫入。
批量讀：從指定地址連續(xù)讀取指定長度數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)通過串口輸出。
注：本節(jié)的實驗需要使用艾克姆科技的W25Q128存儲器模塊。

代碼編寫

新建一個名稱為“w25q128.c”的文件及其頭文件“w25q128.h”并保存到工程的“Source”文件夾，并將“w25q128.c”加入到Keil工程中的“SOURCE”組。
引用頭文件

因為在“main.c”文件中使用了“w25q128.c”文件中的函數(shù)，所以需要引用下面的頭文件“w25q128.h”。

代碼清單：引用頭文件

//引用頭文件
#include "w25q128.h"
初始化SPI

SPI初始化包含引腳配置、SPI工作模式配置、傳輸速率配置、SPI通信模式配置、收發(fā)數(shù)據(jù)的位序以及中斷配置。

SPI引腳配置

本例中，SPI連接W25Q128FV所用的引腳如下表所示。

表7：SPI連接W25Q128FV引腳分配

名稱	引腳	說明
SS	P7.4	SPI片選信號，連接到W25Q128模塊的CS引腳。
MOSI	P7.5	SPI時鐘信號，連接到W25Q128模塊的MOSI引腳。
MISO	P7.6	SPI主入從出，連接到W25Q128模塊的MISO引腳。
SCLK	P7.7	SPI主出從入，連接到W25Q128模塊的CLK引腳。

SPI模式：主機。
SPI傳輸速率：6Mbps。
SPI通信模式：模式0。
SPI收發(fā)數(shù)據(jù)的位序：高位在前（MSB），這是因為W25Q128存儲器要求訪問他的SPI主機發(fā)送數(shù)據(jù)時遵循MSB。
中斷：本例中沒有使用中斷，采用的是查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)。

對應(yīng)的初始化代碼清單如下。

代碼清單：SPI初始化

/**************************************************************************************
* 描述 : SPI初始化
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : 無
**************************************************************************************/
void spi_init(void)
{
//設(shè)置P7.4~P7.7為準雙向口，其中P7.5 P7.6 P7.7這3個引腳將作為SPI的MOSI MISO SCLK信號，P7.4將
//作為SPI的片選信號
P7M1 &=0x0F; P7M0 &=0x0F;
SPI_CS_HIGH; //拉高SPI片選引腳，不選擇從機（此時，連接的從機從SPI總線上斷開）
//設(shè)置SPI_S[1:0]的值為[1 0]，使用P7.5 P7.6 P7.7作為SPI的MOSI MISO SCLK信號
P_SW1 &=~0x0C;
P_SW1 |=0x08;
/*-------------------------------------------------------------------
SSIG SPEN DORD MSTR CPOL CPHA SPR[1,0]
1 1 0 1 0 0 00
SSIG=1：忽略SS引腳功能，使用 MSTR 確定器件是主機還是從機
SPEN=1：使能SPI
DORD=0：發(fā)送/接收的順序為高位在前
MSTR=1：SPI為主機
CPOL=0，CPHA=0：SPI工作于模式0
SPR[1,0]=00：SPI時鐘頻率選擇：SYSclk/4
-------------------------------------------------------------------*/
SPCTL=0xD0;
//清零SPI中斷標志位和寫沖突標志位
SPSTAT=SPIF | WCOL;
}
SPI數(shù)據(jù)傳輸

SPI是按照字節(jié)來逐個發(fā)和收數(shù)據(jù)的，當然，一次SPI操作可以發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù)。下面的代碼是我們封裝的SPI傳輸函數(shù)，用于發(fā)/收一個字節(jié)數(shù)據(jù)。注意，這個函數(shù)是給其他SPI操作函數(shù)調(diào)用的，因為函數(shù)中不能操作片選信號。

代碼清單：SP數(shù)據(jù)收發(fā)函數(shù)

/**************************************************************************************
* 描述 : SPI發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，并返回一個字節(jié)數(shù)據(jù)
* 參數(shù) : dat[in]：待寫入的數(shù)據(jù)
* 返回值 : SPI的MISO返回的數(shù)據(jù)
**************************************************************************************/
static u8 Spi_WriteOneByte(u8 dat)
{
SPDAT=dat; //觸發(fā)SPI發(fā)送數(shù)據(jù)
while (!(SPSTAT & SPIF)); //等待發(fā)送完成
SPSTAT=SPIF | WCOL; //清除SPI狀態(tài)位
return SPDAT; //返回SPI數(shù)據(jù)
}
讀取W25Q128FV芯片ID

W25Q128芯片的ID固定為0xEF17，我們可以通過讀取ID判斷W25Q128是否在線，讀取ID的時序如下圖所示。讀取ID執(zhí)行的操作如下。

拉低片選信號CS，使能W25Q128。
發(fā)送扇區(qū)擦除命令0x90。
發(fā)送24位地址（讀取ID時固定為0x000000），高地址在前。
發(fā)送2個字節(jié)數(shù)據(jù)（0xFF）讀取ID，讀取的ID是接收數(shù)組的最后2個字節(jié)。
拉高片選信號CS，釋放W25Q128。

圖11：讀取ID時序

讀取ID的函數(shù)代碼清單如下：

代碼清單：讀取W25Q128的ID

/*************************************************************************************
* 描述 : 讀取W25Q128芯片的ID，W25Q128的ID:0xEF17，另：W25Q16的ID:0xEF14 W25Q32的
ID:0xEF15 W25Q64的ID:0xEF16
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : id：芯片的ID
***************************************************************************************/
u16 W25Q_Spi_ReadID(void)
{
u16 id=0;
u8 mf_id,dev_id;
SPI_CS_LOW; //片選拉低，使能從機
(void)Spi_WriteOneByte(W25_ReadID); //發(fā)送讀取ID指令
(void)Spi_WriteOneByte(0x00); //發(fā)送24位地址，讀ID時，24位地址為0x000000
(void)Spi_WriteOneByte(0x00);
(void)Spi_WriteOneByte(0x00);
mf_id=Spi_WriteOneByte(0xFF); //讀取 MANUFACTURER ID(MF7-MF0)，值應(yīng)為：0xEF
dev_id=Spi_WriteOneByte(0xFF); //讀取 Device ID(ID7-ID0)，值應(yīng)為：0x17
id=mf_id*256 + dev_id; //將讀取的MANUFACTURER ID和Device ID合并為16位
SPI_CS_HIGH; //片選拉高，斷開從機
return id; //返回讀取的ID
}
擦除扇區(qū)：擦除指定的扇區(qū)

Flash為什么要擦除？

因為Flash的編程原理都是只能將各個bit由1寫為 0，而不能將0寫為1，因此在Flash編程之前，為了保證寫入的正確性，必須將對應(yīng)的扇區(qū)擦除，擦除操作會將該扇區(qū)的內(nèi)容全部恢復(fù)為0xFF，這樣執(zhí)行寫入操作就可以正確執(zhí)行了。

W25Q128支持扇區(qū)擦除、塊擦除和全片擦除，W25Q128的最小擦除單位為一個扇區(qū)，也就是每次至少擦除4K字節(jié)。我們在操作Flash的時候，要特別注意Flash編程時間和擦除時間，尤其是擦除時間，因為這些操作通常用時較長，程序中如果處理不好的話，可能會導(dǎo)致程序運行堵塞。W25Q128編程時間和擦除時間如下表所示。

表8：W25Q128編程和擦除時間

描述	符號	規(guī)格			單位
描述	符號	最小值	典型值	最大值	單位
字節(jié)編程時間 (第一個字節(jié)) （注1）	tBP1	—	30	50	微秒
另外的字節(jié)編程時間 (第一個字節(jié)后) （注1）	tBP2	—	2.5	12	微秒
頁編程時間	tPP	—	0.7	3	毫秒
塊擦除時間(4KB)	tSE	—	100	400	毫秒
塊擦除時間(4KB)	tSE	—	45	400	毫秒
塊擦除時間(32KB)	tBE1	—	120	1600	毫秒
塊擦除時間(64KB)	tBE2	—	150	2000	毫秒
全片擦除時間	tCE	—	40	200	秒

注1：同一個頁面內(nèi)多個字節(jié)編程的時間為：tBPN=tBP1+ tBP2 * N (max)，N=編程的字節(jié)數(shù)。

W25Q128FV扇區(qū)擦除時序如下圖所示，扇區(qū)擦除執(zhí)行的操作如下，注意擦除扇區(qū)之前必須先發(fā)送“寫使能”命令開啟W25Q128FV的寫使能。

拉低片選信號CS，使能W25Q128FV。
發(fā)送扇區(qū)擦除命令0x20。
發(fā)送扇區(qū)24位地址，高地址在前。
拉高片選信號CS，釋放W25Q128FV。

命令發(fā)送完成并不表示W(wǎng)25Q128FV已經(jīng)執(zhí)行完成扇區(qū)擦除操作，因此命令發(fā)送完后還需要通過查詢狀態(tài)寄存器的BUSY位來判斷擦除操作是否完成，當BUSY位的值為0時表示操作完成，W25Q128FV就緒（扇區(qū)擦除完成）。

圖12：擦除扇區(qū)時序

根據(jù)W25Q128扇區(qū)擦除時序，編寫代碼如下：

代碼清單：扇區(qū)擦除

/**************************************************************************************
* 描述 : 擦除一個扇區(qū)，W25Q128最小的擦除單位是扇區(qū).擦除一個扇區(qū)所需時間典型值為45ms，最大值為
400ms
* 參數(shù) : SecAddr[in]：扇區(qū)地址
* 返回值 : 無
***************************************************************************************/
void W25Q_Erase_Sector(u32 SecAddr)
{
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); // 判斷是否忙
W25Q_WriteEnable(); // 寫允許
SPI_CS_LOW; //片選拉低，使能從機
Spi_WriteOneByte(W25_SectorErase); // 寫之前先擦除
Spi_WriteOneByte((u8)(SecAddr>>16)); //先發(fā)送24位地址的高8位
Spi_WriteOneByte((u8)(SecAddr>>8)); //再發(fā)送24位地址的中間8位
Spi_WriteOneByte((u8)SecAddr); //最后發(fā)送24位地址的低8位
SPI_CS_HIGH; //片選拉高，斷開從機
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); // 等待擦除操作完成
}
塊擦除：擦除指定的塊

塊擦除指令將指定塊（64K字節(jié)）內(nèi)的所有內(nèi)存設(shè)置為0xFF的擦除狀態(tài)。在W25Q128接受塊擦除指令之前，必須先發(fā)送“寫使能”命令開啟W25Q128的寫使能。W25Q128塊擦除時序如下圖所示。

拉低片選信號CS，使能W25Q128。
發(fā)送塊擦除命令0xD8。
發(fā)送扇區(qū)24位地址，高地址在前。
拉高片選信號CS，釋放W25Q128。

命令發(fā)送完成并不表示W(wǎng)25Q128已經(jīng)執(zhí)行完成扇區(qū)擦除操作，因此命令發(fā)送完后還需要通過查詢狀態(tài)寄存器的BUSY位來判斷擦除操作是否完成，當BUSY位的值為0時表示操作完成，W25Q128就緒（塊擦除完成）。

圖13：擦除塊時序

根據(jù)W25Q128塊擦除時序，編寫的代碼清單如下：

代碼清單：塊擦除

/**************************************************************************************
* 描述 : 擦除一個塊(64K)
* 參數(shù) : BlockAddr[in]：塊地址
* 返回值 : 無
***************************************************************************************/
void W25Q_Erase_Block(u32 BlockAddr)
{
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //判斷是否忙
W25Q_WriteEnable(); //寫允許
SPI_CS_LOW; //片選拉低，使能從機
Spi_WriteOneByte(W25_BlockkErase); //寫入扇區(qū)擦除命令
Spi_WriteOneByte((u8)(BlockAddr>>16)); //先發(fā)送24位地址的高8位
Spi_WriteOneByte((u8)(BlockAddr>>8)); //再發(fā)送24位地址的中間8位
Spi_WriteOneByte((u8)BlockAddr); //最后發(fā)送24位地址的低8位
SPI_CS_HIGH; //片選拉高，斷開從機
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //等待擦除完成
}
全片擦除：擦除整個芯片

W25Q128全片擦除時序如下圖所示，全片擦除執(zhí)行的操作如下。注意全片擦除之前必須先發(fā)送“寫使能”命令開啟W25Q128的寫使能。

拉低片選信號CS，使能W25Q128。
發(fā)送扇區(qū)擦除命令0xC7。
拉高片選信號CS，釋放W25Q128。

全片擦除花費時間較長，典型時間是40秒，命令發(fā)送完后需要查詢狀態(tài)寄存器的BUSY位，直到BUSY位的值為0（全片擦除完成，W25Q128就緒）才可以執(zhí)行其他操作。

圖14：全片擦除時序

根據(jù)W25Q128全片擦除時序，編寫的代碼清單如下：

代碼清單：全片擦除

/**************************************************************************************
* 描述 : 全片擦除W25Q128，全片擦除所需的時間典型值為：40秒
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : 無
***************************************************************************************/
void W25Q_Erase_Chip(void)
{
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //判斷是否忙
W25Q_WriteEnable(); //寫允許
SPI_CS_LOW; //片選拉低，使能從機
Spi_WriteOneByte(W25_ChipErase); //寫入全片擦除命令
SPI_CS_HIGH; //從CS=1時開始執(zhí)行擦除
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //等待擦除完成
}
按頁寫：向指定頁面連續(xù)寫入不超過頁面地址范圍的數(shù)據(jù)

W25Q128FV扇區(qū)擦除時序如下圖所示，扇區(qū)擦除執(zhí)行的操作如下，注意擦除扇區(qū)之前必須先發(fā)送“寫使能”命令開啟W25Q128FV的寫使能。

拉低片選信號CS，使能W25Q128FV。
發(fā)送頁編程命令0x02。
發(fā)送24位地址，高地址在前。
發(fā)送寫入到Flash的數(shù)據(jù)，注意最大寫入的長度不能超過該地址所處頁面的剩余空間。
拉高片選信號CS，釋放W25Q128FV。

頁編程時，數(shù)據(jù)傳輸完成并不表示W(wǎng)25Q128FV已經(jīng)將接收的數(shù)據(jù)寫入到自身的Flash內(nèi)，因此數(shù)據(jù)傳輸完后還需要通過查詢狀態(tài)寄存器的BUSY位來判斷編程是否完成，當BUSY位的值為0時表示編程完成，W25Q128FV就緒。

圖15：頁編程時序

根據(jù)W25Q128頁編程時序，代碼清單如下：

代碼清單：頁編程

/**************************************************************************************
* 描述：向指定的地址寫入數(shù)據(jù),最大寫入的長度不能超過該地址所處頁面的剩余空間
* 參數(shù)： *pBuffer[in]:指向待寫入的數(shù)據(jù)
* WriteAddr[in]:寫入的起始地址
* w_size[in]:寫入的字節(jié)數(shù)
* 返回值：無
***************************************************************************************/
void W25Q_Write_Page(u8 *pBuffer, u32 WriteAddr, u32 w_size)
{
u16 i;
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //判斷是否忙
W25Q_WriteEnable(); //寫使能
SPI_CS_LOW; //使能器件
Spi_WriteOneByte(W25_PageProgram); //發(fā)送寫頁命令
Spi_WriteOneByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //發(fā)送24bit地址
Spi_WriteOneByte((u8)((WriteAddr)>>8));
Spi_WriteOneByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i<w_size;i++) //循環(huán)寫入數(shù)據(jù)
{
Spi_WriteOneByte(*pBuffer++);
}
SPI_CS_HIGH; //取消片選
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //等待W25Q128自身編程完成
}
批量編程：向指定地址連續(xù)寫入指定長度數(shù)據(jù)的功能，該功能實現(xiàn)了跨頁寫入。

批量編程是在頁編程的基礎(chǔ)上，將編程的數(shù)據(jù)拆分進行多次頁編程，從而實現(xiàn)跨頁編程，也就是實現(xiàn)從任意地址開始寫入任意長度的數(shù)據(jù)，當然，地址范圍和編程的數(shù)據(jù)長度不能超過W25Q128的自身的限制。

代碼清單：批量編程

/*************************************************************************************
* 描述：向指定的地址寫入指定大小的數(shù)據(jù)，支持跨頁寫入數(shù)。注：寫入數(shù)據(jù)的地址所在的頁面已經(jīng)執(zhí)行過擦除操作
* 參數(shù)：*pBuffer[in]:指向待寫入的數(shù)據(jù)
* WriteAddr[in]:寫入的起始地址
* w_size[in]:寫入的字節(jié)數(shù)
* 返回值：無
**************************************************************************************/
void W25Q_Write_Bytes(u8 * pBuffer,u32 WriteAddr,u32 w_size)
{
u32 PageByteRemain=0;
//計算起始地址所處頁面的剩余空間
PageByteRemain=W25Q128_PAGE_SIZE - WriteAddr%W25Q128_PAGE_SIZE;
//如果編程的數(shù)據(jù)長度不大于頁面的剩余空間，編程數(shù)據(jù)長度等于w_size
if(w_size <=PageByteRemain)
{
PageByteRemain=w_size;
}
//開始編程，直到所有的數(shù)據(jù)編程完成
while(1)
{
//編程PageByteRemain個字節(jié)
W25Q_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,PageByteRemain);
//如果起始地址所處頁面的剩余空間足夠存放寫入的數(shù)據(jù)，執(zhí)行寫入后，寫入結(jié)束，退出循環(huán)
if(PageByteRemain==w_size)break;
else
{
//取數(shù)據(jù)的地址增加PageByteRemain
pBuffer +=PageByteRemain;
//計算編程寫入的地址
WriteAddr +=PageByteRemain;
//剩余待編程的數(shù)據(jù)大小
w_size -=PageByteRemain;
//計算下次編程的數(shù)據(jù)長度
if(w_size > W25Q128_PAGE_SIZE)
{
PageByteRemain=W25Q128_PAGE_SIZE;
}
else
{
PageByteRemain=w_size;
}
}
}
}
批量讀：從指定地址連續(xù)讀取指定長度數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)通過串口輸出

W25Q128支持連續(xù)讀任意長度數(shù)據(jù)，甚至可以通過讀命令一次將整個Flash內(nèi)容讀取出來，但是通常單片機內(nèi)存無法存儲這么大的數(shù)據(jù)，因此批量讀取的時候往往也是分次讀取的，讀取的代碼清單如下。

代碼清單：批量讀出數(shù)據(jù)

/**************************************************************************************
* 描述：從指定的起始地址連續(xù)讀取指定長度的數(shù)據(jù)
* 參數(shù)： *pBuffer[in]:指向保存讀出數(shù)據(jù)的緩存的起始地址
* ReadAddr[in]:讀取數(shù)據(jù)的起始地址
* r_size[in]:讀取的字節(jié)數(shù)
* 返回值 : 無
***************************************************************************************/
void W25Q_Read_Bytes(u8 * pBuffer,u32 ReadAddr,u32 r_size)
{
u32 i;
while(W25Q_Spi_ReadStatus()&0x01); //判忙
SPI_CS_LOW; //使能器件
Spi_WriteOneByte(W25X_ReadDATA8); //發(fā)送讀取命令
Spi_WriteOneByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //發(fā)送24bit地址
Spi_WriteOneByte((u8)((ReadAddr)>>8));
Spi_WriteOneByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i<r_size;i++) //從地址地地址開始逐字節(jié)讀出指定大小的數(shù)據(jù)
{
*pBuffer++=Spi_WriteOneByte(0xFF);
}
SPI_CS_HIGH; //取消片選
}
主函數(shù)

主函數(shù)中初始化指示燈、按鍵和SPI等外設(shè)，接著讀取W25Q128的ID，以此判斷W25Q128模塊是否正確安裝到開發(fā)板。如果讀取的ID數(shù)值為0xEF17，說明W25Q128模塊安裝正確，程序繼續(xù)向下運行，否則，閃爍指示燈D1指示未檢測到W25Q128。

程序進入主循環(huán)后，掃描按鍵狀態(tài)，并根據(jù)按鍵狀態(tài)執(zhí)行以下動作。

KEY1按下：按頁寫入，扇區(qū)0的第一頁寫入256個字節(jié)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出。
KEY2按下：向起始地址100連續(xù)寫入500個字節(jié)數(shù)據(jù)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出。這里演示了跨頁的批量寫，寫入的數(shù)據(jù)占用了2個頁面。
KEY3按下：全片擦除W25Q128。

代碼清單如下：

代碼清單：主函數(shù)

/**************************************************************************
功能描述：主函數(shù)
入口參數(shù)：無
返回值：int類型
**************************************************************************/
int main(void)
{
u8 btn_val;
u16 i;
u8 j=0;
u16 chip_id,test_len;
P2M1 &=0x3F; P2M0 &=0x3F; //設(shè)置P2.6~P2.7為準雙向口（指示燈D1和D2）
P7M1 &=0xF9; P7M0 &=0xF9; //設(shè)置P7.1~P7.2為準雙向口（指示燈D4和D3）
P3M1 &=0x3F; P3M0 &=0x3F; //設(shè)置P3.6~P3.7為準雙向口（按鍵KEY2和KEY1）
P0M1 &=0x5F; P0M0 &=0x5F; //設(shè)置P0.5，P0.7為準雙向口（按鍵KEY4和KEY3）
P3M1 &=0xFE; P3M0 &=0xFE; //設(shè)置P3.0為準雙向口（串口1的RxD）
P3M1 &=0xFD; P3M0 |=0x02; //設(shè)置P3.1為推挽輸出（串口1的TxD）
uart1_init(); //串口1初始化
spi_init(); //初始化SPI
delay_ms(500); //初始化后適當延時
EA=1; //使能總中斷
//通過讀取w25q128芯片的ID判斷w25q128模塊是否正確安裝到開發(fā)板,若讀取ID不成功，指示燈D1持續(xù)閃爍
//提示讀取ID失敗
chip_id=W25Q_Spi_ReadID();
while(chip_id !=W25Q128_ID)
{
led_toggle(LED_1);
delay_ms(1500);
}
printf("CHIP ID: %04hX\r\n",chip_id); //串口打印出讀取的ID
while(1)
{
btn_val=buttons_scan(0); //獲取開發(fā)板用戶按鍵檢測值，不支持連按
//按下KEY1：測試按頁寫入。扇區(qū)0的第一頁寫入256個字節(jié)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出
if(btn_val==BUTTON1_PRESSED)
{
test_len=256;
//寫之前需要先執(zhí)行擦除操作
W25Q_Erase_Sector(0);
for(i=0;i<test_len;i++)my_tx_buf[i]=j++;
//寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)，使用按頁寫入時，一次寫入的數(shù)據(jù)長度不超過一個頁面的剩余空間
W25Q_Write_Page(my_tx_buf,0,test_len);
//讀取寫入的數(shù)據(jù)
W25Q_Read_Bytes(my_rx_buf,0,test_len);
//串口打印讀取的數(shù)據(jù)
for(i=0;i<test_len;i++)printf("%02bX ",my_rx_buf[i]);
//翻轉(zhuǎn)指示燈D1狀態(tài)，指示操作完成
led_toggle(LED_1);
}
//按下KEY2：批量寫入和讀出,向起始地址100連續(xù)寫入500個字節(jié)數(shù)據(jù)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出
else if(btn_val==BUTTON2_PRESSED)
{
test_len=512;
for(i=0;i<test_len;i++)my_tx_buf[i]=j++;
//寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)，使用按頁寫入時，一次寫入的數(shù)據(jù)長度不超過一個頁面的剩余空間
W25Q_Write_Bytes(my_tx_buf,100,test_len);
//讀取寫入的數(shù)據(jù)
W25Q_Read_Bytes(my_rx_buf,100,test_len);
//串口打印讀取的數(shù)據(jù)
for(i=0;i<test_len;i++)printf("%02bX ",my_rx_buf[i]);
led_toggle(LED_2); //控制用戶指示燈D2翻轉(zhuǎn)
}
//按下KEY3：全片擦除W25Q128，全片擦除所需的時間典型值為：40秒
else if(btn_val==BUTTON3_PRESSED)
{
led_on(LED_3); //點亮指示燈D3
W25Q_Erase_Chip(); //全片擦除
led_off(LED_3); //熄滅指示燈D3
}
}
}

硬件連接

本實驗需要使用LED指示燈、按鍵和艾克姆科技的W25Q128存儲器模塊，按照下圖所示安裝W25Q128存儲器模塊和短接跳線帽。

圖16：跳線帽短接

實驗步驟

解壓“…\第3部分：配套例程源碼”目錄下的壓縮文件“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”，將解壓后得到的文件夾拷貝到合適的目錄，如“D\STC8”（這樣做的目的是為了防止中文路徑或者工程存放的路徑過深導(dǎo)致打開工程出現(xiàn)問題）。
雙擊“…\spi_w25q128\project”目錄下的工程文件“spi_w25q128.uvproj”。
點擊編譯按鈕編譯工程，編譯成功后生成的HEX文件“spi_w25q128.hex”位于工程的“…\spi_w25q128\Project\Object”目錄下。
打開STC-ISP軟件下載程序，下載使用內(nèi)部IRC時鐘，IRC頻率選擇：24MHz。
電腦上打開串口調(diào)試助手，選擇開發(fā)板對應(yīng)的串口號，將波特率設(shè)置為9600bps。程序運行后，分別按下KEY1、KEY2和KEY3按鍵執(zhí)行讀寫和擦除W25Q128。

按下KEY1按鍵：按頁編程，先擦除扇區(qū)0，接著向扇區(qū)0的第一頁寫入256個字節(jié)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出。

圖17：串口接收的數(shù)據(jù)

按下KEY2按鍵：批量寫入和讀出，向起始地址100連續(xù)寫入500個字節(jié)數(shù)據(jù)，之后讀出數(shù)據(jù)并通過串口輸出。這里演示了跨頁的批量寫，寫入的數(shù)據(jù)占用了2個頁面。需要注意的是，批量寫函數(shù)沒有對所要寫入的扇區(qū)進行擦除，讀者在調(diào)用該函數(shù)前，要確定所寫的內(nèi)容占用的扇區(qū)是擦除過的。

圖18：串口接收的數(shù)據(jù)

按下KEY3按鍵：全片擦除W25Q128，按下按鍵后指示燈D3點亮，指示燈開始全片擦除W25Q128存儲器，擦除完成后指示燈D3熄滅，注意，全片擦除所需的時間較長，典型值為：40秒。

模擬SPI讀寫W25Q128存儲器實驗

注：本節(jié)的實驗是在“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”的基礎(chǔ)上修改，本節(jié)對應(yīng)的實驗源碼是：“實驗2-13-2：模擬SPI讀寫W25Q128存儲器”。

實驗內(nèi)容

本實驗實現(xiàn)的功能和“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”完全一樣，區(qū)別是本實驗中不使用STC8A8K64D4單片機集成的硬件SPI外設(shè)，而是使用GPIO模擬SPI的協(xié)議時序完成SPI通信。

注1：相對于硬件SPI，模擬SPI通信時，CPU需要頻繁地操作IO，會占用更多的CPU資源，因此建議開發(fā)程序時優(yōu)先考慮使用硬件SPI，當硬件SPI不夠用時，再考慮使用模擬SPI。
注2：本節(jié)的實驗需要使用艾克姆科技的W25Q128存儲器模塊。

代碼編寫

模擬SPI的程序相對于硬件SPI的程序來說，主要修改點包括以下幾個方面：

定義模擬SPI的信號引腳和相關(guān)的操作宏。
SPI初始化函數(shù)：初始化函數(shù)無需再初始化SPI的寄存器，而是配置SPI所用的GPIO。
SPI收發(fā)函數(shù)：模擬SPI時，我們習(xí)慣將發(fā)和收分開來操作，函數(shù)中通過操作GPIO來模擬SPI的時序?qū)崿F(xiàn)SPI的發(fā)和收。

接下來，我們看一下具體的代碼實現(xiàn)。

定義模擬SPI的信號引腳和相關(guān)的操作宏

本例中，我們同樣使用P7.4、P7.5、P7.6和P7.7分別做為SPI的SS、MOSI、MISO和SCLK信號引腳，如下表所示。模擬SPI配置引腳時需要注意引腳的方向，STC8A8K64D4單片機的GPIO支持配置為“準雙向口”，所以我們在后面的SPI初始化函數(shù)中我們統(tǒng)一將4個引腳全部配置為準雙向即可。

表9：模擬SPI引腳

名稱	引腳	方向
SS	P7.4	輸出。
MOSI	P7.5	輸出。
MISO	P7.6	輸入。
SCLK	P7.7	輸出。

SPI信號引腳定義的代碼清單如下，另外，為了程序操作方便，我們還定義了片選、時鐘信號和MOSI引腳輸出高電平和低電平的宏。

代碼清單：定義SPI信號所用的引腳

sbit SPI_CS_PIN=P7.4; //定義CS
sbit SPI_MOSI_PIN=P7^5; //定義MOSI
sbit SPI_MISO_PIN=P7^6; //定義MISO
sbit SPI_SCK_PIN=P7^7; //定義SCK
#define SPI_CS_LOW SPI_CS_PIN=0 //SPI片選引腳輸出低電平
#define SPI_CS_HIGH SPI_CS_PIN=1 //SPI片選引腳輸出高電平
#define SPI_SCK_LOW SPI_SCK_PIN=0 //SPI時鐘信號引腳輸出低電平
#define SPI_SCK_HIGH SPI_SCK_PIN=1 //SPI時鐘信號引腳輸出高電平
#define SPI_MOSI_LOW SPI_MOSI_PIN=0 //SPI主出從入引腳輸出低電平
#define SPI_MOSI_HIGH SPI_MOSI_PIN=1 //SPI主出從入引腳輸出高電平
SPI初始化函數(shù)

SPI初始化函數(shù)中將SPI的4個信號所用的GPIO全部配置為準雙向口，接著拉高片選引腳，不使能SPI從機（W25Q128模塊）。

對于時鐘信號，要根據(jù)使用的SPI通信模式設(shè)置其狀態(tài)，本例中使用的是通信模式0，時鐘信號在空閑狀態(tài)下為低電平，因此，需要將時鐘信號對應(yīng)的GPIO拉低。

代碼清單：SPI初始化

/**************************************************************************************
* 描述 : SPI初始化
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : 無
**************************************************************************************/
void spi_init(void)
{
//設(shè)置P7.4~P7.7為準雙向口，其中P7.5 P7.6 P7.7這3個引腳將作為SPI的MOSI MISO SCLK信號，P7.4將
//作為SPI的片選信號
P4M1 &=0xF0; P4M0 &=0xF0;
SPI_CS_HIGH; //拉高SPI片選引腳，不選擇從機（此時，連接的從機從SPI總線上斷開）
SPI_SCK_LOW; //拉低時鐘線
}
SPI收發(fā)函數(shù)

SPI收發(fā)函數(shù)中，每次發(fā)送和接收都是一個字節(jié)，收發(fā)過程中，通過操作SPI信號對應(yīng)的GPIO模擬出SPI的時序，代碼清單如下。

代碼清單：SPI發(fā)送

/**************************************************************************************
* 描述 : 軟件模擬SPI時序發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，并返回一個字節(jié)數(shù)據(jù)
* 參數(shù) : dat[in]：待寫入的數(shù)據(jù)
* 返回值 : 無
**************************************************************************************/
static void Spi_WriteOneByte(u8 dat)
{
u8 i, temp;
temp=dat;
for(i=0; i<8; i++) //發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù),循環(huán)8次
{
SPI_SCK_LOW; //拉低時鐘線
spi_delay(); //延時
if((temp&0x80)==0x80)//最高為"1"，則MOSI引腳輸出高電平，否則輸出低電平
{
SPI_MOSI_HIGH;
}
else
{
SPI_MOSI_LOW;
}
SPI_SCK_HIGH; //拉高時鐘線
spi_delay(); //延時
temp <<=1; //第一位待發(fā)的位移到最高位
}
SPI_MOSI_LOW; //拉低MOSI
}

代碼清單：SPI接收

/**************************************************************************************
* 描述 : 軟件模擬SPI時序讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : SPI讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)
**************************************************************************************/
static u8 Spi_ReadOneByte(void)
{
u8 i, temp=0;
for(i=0; i<8; i++) //讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù),循環(huán)8次
{
temp <<=1; //每個循環(huán)，左移一次，保存讀取的位
SPI_SCK_LOW; //拉低時鐘線
spi_delay(); //延時
if (SPI_MISO_PIN==1)//若MISO為高電平，temp最低位置1
{
temp++;
}
SPI_SCK_HIGH; //拉高時鐘線
spi_delay(); //延時
}
return temp; //返回讀取的數(shù)據(jù)
}

硬件連接

同“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”。

實驗步驟

同“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”。

SPI讀寫鐵電存儲器（FRAM）實驗

注：本節(jié)的實驗是在“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”的基礎(chǔ)上修改，本節(jié)對應(yīng)的實驗源碼是：“實驗2-13-3：硬件SPI讀寫鐵電存儲器（FM25CL64B）”。

實驗內(nèi)容

將STC8A8K64D4單片機的SPI配置為主機，通過SPI總線訪問FM25CL64B鐵電存儲器模塊，完成以下操作。

數(shù)據(jù)寫入：向指定地址連續(xù)寫入指定長度數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)讀取：從指定地址連續(xù)讀取指定長度數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)通過串口輸出。
注：本節(jié)的實驗需要使用艾克姆科技的FM25CL64B鐵電存儲器模塊。

代碼編寫

新建一個名稱為“fm25cl64b.c”的文件及其頭文件“fm25cl64b.h”并保存到工程的“Source”文件夾，并將“fm25cl64b.c”加入到Keil工程中的“SOURCE”組。
引用頭文件

因為在“main.c”文件中使用了“fm25cl64b.c”文件中的函數(shù)，所以需要引用下面的頭文件“fm25cl64b.h”。

代碼清單：引用頭文件

//引用頭文件
#include " fm25cl64b.h"
初始化SPI

SPI初始化配置中的引腳配置、SPI工作模式配置、傳輸速率配置、收發(fā)數(shù)據(jù)的位序以及中斷配置和訪問W25Q128的例子配置的完全一樣，讀者參閱“實驗2-13-1：硬件SPI讀寫W25Q128存儲器”中的SPI初始化代碼即可。需要注意的是：FM25CL64B只支持SPI通信模式0和3，因此，SPI初始化代碼中使用相對常用的SPI通信模式0。

寫使能

FM25CL64B上電后是禁止寫入的，在執(zhí)行寫入操作包括寫入狀態(tài)寄存器（WRSR）和寫入存儲器（WRITE）之前需要發(fā)送寫使能（WREN）命令使能寫入。寫使能的操作步驟和時序如下。

拉低片選信號CS，使能FM25CL64B。
發(fā)送寫使能命令0x06（WREN）。
拉高片選信號CS，釋放FM25CL64B。

圖19：寫使能時序

根據(jù)寫使能時序，編寫的寫使能函數(shù)代碼清單如下。

代碼清單：寫使能

/**************************************************************************************
* 描述 : 寫使能
* 參數(shù) : 無
* 返回值 : 無
**************************************************************************************/
static void Fram_WriteEnable (void)
{
SPI_CS_LOW; //使能器件
Spi_WriteOneByte(FRAM_WREN); //發(fā)送寫使能指令
SPI_CS_HIGH; //取消片選
}
寫內(nèi)存數(shù)據(jù)

FM25CL64B寫內(nèi)存數(shù)據(jù)操作的步驟和時序如下，寫操作之前必須先發(fā)送“寫使能”命令開啟FM25CL64B的寫使能。FM25CL64B寫之前是無需擦除的，數(shù)據(jù)可以直接覆蓋寫入。

拉低片選信號CS，使能FM25CL64B。
發(fā)送寫內(nèi)存數(shù)據(jù)命令0x02（WRITE）。
發(fā)送13位地址，高地址在前。注意發(fā)送的地址是兩個字節(jié)（16位），其中的高3位被忽略。
發(fā)送寫入到FM25CL64B的數(shù)據(jù)，注意最大寫入的數(shù)據(jù)長度不能超過該起始地址到內(nèi)存結(jié)束地址能容納的字節(jié)數(shù)。
拉高片選信號CS，釋放FM25CL64B。

圖20：寫數(shù)據(jù)操作時序

根據(jù)寫內(nèi)存數(shù)據(jù)時序，編寫的寫內(nèi)存數(shù)據(jù)的函數(shù)代碼清單如下。

代碼清單：寫使能

/*************************************************************************************
* 描述：以給定的地址為起始地址連續(xù)寫入給定大小的數(shù)據(jù)
* 參數(shù)：*pBuffer[in]:指向待寫入的數(shù)據(jù)
* WriteAddr[in]:寫入的起始地址
* w_size[in]:寫入的字節(jié)數(shù)
* 返回值：無
**************************************************************************************/
void Fram_Write_Bytes(u8 * pBuffer,u16 WriteAddr,u16 w_size)
{
u16 i;
Fram_WriteEnable(); //寫使能
SPI_CS_LOW;
(void)Spi_WriteOneByte(FRAM_WRITEE); //發(fā)送寫數(shù)據(jù)指令
(void)Spi_WriteOneByte((u8)((WriteAddr&0xE0)>>8)); //發(fā)送16bit地址
(void)Spi_WriteOneByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i<w_size;i++) //連續(xù)寫入數(shù)據(jù)
{
Spi_WriteOneByte(pBuffer[i]);
}
SPI_CS_HIGH;
}
寫存儲器數(shù)據(jù)

FM25CL64B讀存儲器數(shù)據(jù)操作的步驟和時序如下。

拉低片選信號CS，使能FM25CL64B。
發(fā)送讀存儲器數(shù)據(jù)命令0x03（READ）。
發(fā)送13位地址，高地址在前。注意發(fā)送的地址是兩個字節(jié)（16位），其中的高3位被忽略。
SPI通過“虛寫”讀出數(shù)據(jù)，每讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)，只要主機繼續(xù)發(fā)出時鐘和片選為低，地址就在FM25CL64B內(nèi)部自動遞增，若地址達到最后一個地址0x01FFF，則自動返回0x 0000。
拉高片選信號CS，釋放FM25CL64B。

圖21：讀存儲器時序

根據(jù)讀存儲器數(shù)據(jù)時序，編寫的讀存儲器數(shù)據(jù)的函數(shù)代碼清單如下。

代碼清單：讀取數(shù)據(jù)

/**************************************************************************************
* 描述：從指定的起始地址開始連續(xù)讀取指定長度的數(shù)據(jù)
* 參數(shù)： *pBuffer[in]:指向保存讀出數(shù)據(jù)的緩存的起始地址
* ReadAddr[in]:讀取數(shù)據(jù)的起始地址
* r_size[in]:讀取的字節(jié)數(shù)
* 返回值 : 無
***************************************************************************************/
void Fram_Read_Bytes(u8 * pBuffer,u16 ReadAddr,u16 r_size)
{
u32 i;
SPI_CS_LOW; //使能器件
Spi_WriteOneByte(FRAM_READD); //發(fā)送讀取命令
Spi_WriteOneByte((u8)((ReadAddr&0xE0)>>8)); //發(fā)送16bit地址
Spi_WriteOneByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i<r_size;i++) //從地址地地址開始逐字節(jié)讀出指定大小的數(shù)據(jù)
{
*pBuffer++=Spi_WriteOneByte(0xFF);
}
SPI_CS_HIGH; //取消片選
}
主函數(shù)

主函數(shù)中初始化指示燈、按鍵和SPI等外設(shè)，之后在主循環(huán)中掃描按鍵狀態(tài)，并根據(jù)按鍵狀態(tài)執(zhí)行以下動作。

KEY1按下：從地址0x0000開始連續(xù)寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)。
KEY2按下：從地址0x0000開始連續(xù)讀出256個字節(jié)數(shù)據(jù)。
KEY3按下：全片擦除FM25CL64B（FRAM是沒有擦除操作的，這里所謂的擦除即向FRAM全片寫入0x00）。

代碼清單如下：

代碼清單：主函數(shù)

/**************************************************************************
功能描述：主函數(shù)
入口參數(shù)：無
返回值：int類型
**************************************************************************/
int main(void)
{
u8 btn_val;
u16 i;
u8 j=0;
P2M1 &=0x3F; P2M0 &=0x3F; //設(shè)置P2.6~P2.7為準雙向口（指示燈D1和D2）
P7M1 &=0xF9; P7M0 &=0xF9; //設(shè)置P7.1~P7.2為準雙向口（指示燈D4和D3）
P3M1 &=0x3F; P3M0 &=0x3F; //設(shè)置P3.6~P3.7為準雙向口（按鍵KEY2和KEY1）
P0M1 &=0x5F; P0M0 &=0x5F; //設(shè)置P0.5，P0.7為準雙向口（按鍵KEY4和KEY3）
P3M1 &=0xFE; P3M0 &=0xFE; //設(shè)置P3.0為準雙向口（串口1的RxD）
P3M1 &=0xFD; P3M0 |=0x02; //設(shè)置P3.1為推挽輸出（串口1的TxD）
uart1_init(); //串口1初始化
spi_init(); //初始化SPI
delay_ms(10); //初始化后適當延時
EA=1; //使能總中斷
while(1)
{
btn_val=buttons_scan(0); //獲取開發(fā)板用戶按鍵檢測值，不支持連按
//按下KEY1：從地址0x0000開始連續(xù)寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)
if(btn_val==BUTTON1_PRESSED)
{
j=0;
for(i=0;i<256;i++)my_tx_buf[i]=j++;
//寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)
Fram_Write_Bytes(my_tx_buf,0,256);
printf("Write data to fram!\r\n");
//指示燈D1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，指示操作完成
led_toggle(LED_1);
}
//按下KEY2：從地址0x0000開始連續(xù)讀出256個字節(jié)數(shù)據(jù)
else if(btn_val==BUTTON2_PRESSED)
{
printf("Read data from fram!\r\n");
//讀取寫入的數(shù)據(jù)
Fram_Read_Bytes(my_rx_buf,0,256);
//串口打印讀取的數(shù)據(jù)
for(i=0;i<256;i++)printf("%02bX ",my_rx_buf[i]);
printf("\r\n");
led_toggle(LED_2); //指示燈D2狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，指示操作完成
}
//按下KEY3：全片擦除FRAM，即向FRAM全片寫入0x00
else if(btn_val==BUTTON3_PRESSED)
{
led_on(LED_3); //點亮指示燈D3
printf("Clear fram!\r\n");
Fram_Clear_Bytes(0,256);
led_off(LED_3); //熄滅指示燈D3
}
}
}

硬件連接

本實驗需要使用LED指示燈、按鍵和艾克姆科技的鐵電存儲器（FM25CL64B）模塊，按照下圖所示安裝鐵電存儲器模塊和短接跳線帽。

圖22：硬件連接

實驗步驟

解壓“…\第3部分：配套例程源碼”目錄下的壓縮文件“實驗2-13-3：硬件SPI讀寫鐵電存儲器（FM25CL64B）”，將解壓后得到的文件夾拷貝到合適的目錄，如“D\STC8”（這樣做的目的是為了防止中文路徑或者工程存放的路徑過深導(dǎo)致打開工程出現(xiàn)問題）。
雙擊“…\spi_fm25cl64b\project”目錄下的工程文件“spi_fm25cl64b.uvproj”。
點擊編譯按鈕編譯工程，編譯成功后生成的HEX文件“spi_w25q128.hex”位于工程的“…\spi_fm25cl64b\Project\Object”目錄下。
打開STC-ISP軟件下載程序，下載使用內(nèi)部IRC時鐘，IRC頻率選擇：24MHz。
電腦上打開串口調(diào)試助手，選擇開發(fā)板對應(yīng)的串口號，將波特率設(shè)置為9600bps。

程序運行后，先按下KEY1按鍵，向FRAM寫入數(shù)據(jù)：從地址0x0000開始連續(xù)寫入256個字節(jié)數(shù)據(jù)。再按下KEY2按鍵，讀出剛寫入的數(shù)據(jù)并通過串口輸出，如下圖所示。

圖23：串口接收的數(shù)據(jù)

按下KEY3按鍵，擦除FRAM（向FRAM全片寫入0x00），之后再按下KEY2按鍵讀取數(shù)據(jù)，可以看到讀出的數(shù)據(jù)均為0x00。

圖24：串口接收的數(shù)據(jù)

說明：模擬SPI讀寫FRAM存儲器和模擬SPI讀寫W25Q128存儲器的修改方法一樣，這里不再贅述。我們也編寫好了SPI讀寫FRAM存儲器的例子，該例子在資料的“…\第3部分：配套例程源碼”目錄下，名稱為“實驗2-13-4：模擬SPI讀寫鐵電存儲器（FM25CL64B）”，讀者在編寫的過程中可以參考一下。

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學(xué)習(xí)目的

SPI總線原理

接口信號定義

SPI的4種通信模式

STC8A8K64D4的SPI應(yīng)用步驟

SPI引腳配置

配置SPI工作參數(shù)

數(shù)據(jù)收發(fā)

硬件設(shè)計

外部存儲器模塊接口電路

W25Q128（Flash）存儲器模塊

FM25CL64B（FRAM）模塊

軟件設(shè)計

硬件SPI讀寫W25Q128存儲器實驗

實驗內(nèi)容

代碼編寫

硬件連接

實驗步驟

模擬SPI讀寫W25Q128存儲器實驗

實驗內(nèi)容

代碼編寫

硬件連接

實驗步驟

SPI讀寫鐵電存儲器（FRAM）實驗

實驗內(nèi)容

代碼編寫

硬件連接

實驗步驟