STM32H743-ARM例程18-SPI

实验基于银杏科技GT7000开发板和iToolXE仿真器，使用STM32H743芯片和W25Q128闪存模块，通过SPI接口实现数据存储功能。实验配置了SPI5接口，采用HAL库完成初始化、扇区擦除、页编程等操作，并通过串口输出调试信息。W25Q128是一款16MB容量的SPI闪存，适用于嵌入式系统存储固件和数据。实验流程包括初始化、擦除扇区、写入数据（0-255）并验证，展示了SPI通信的基本原

GilgameshJSS

1471人浏览 · 2025-10-13 15:24:10

GilgameshJSS · 2025-10-13 15:24:10 发布

实验平台

硬件：银杏科技GT7000双核心开发板-ARM-STM32H743XIH6，银杏科技iToolXE仿真器
软件：最新版本STM32CubeH7固件库，STM32CubeMX v6.10.0，开发板环境MDK v5.35，串口工具putty

SPI

SPI 介绍

SPI是串行外设接口（Serial PeripheralInterface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是MISO（数据输入）、MOSI（数据输出）、SCLK（时钟）、CS（片选）。
SPI硬件接口：
MISO ：主设备数据输入，从设备数据输出
MOSI ：主设备数据输出，从设备数据输入
SCLK ：时钟信号，由主设备产生
CS ：从设备片选信号，由主设备控制
主设备是通过片选线选择要与之通信的从设备。每个从设备都有一个片选线，当片选线为低电平时，表示该从设备被选中。（也有一些设备以高电平有效，需要根据其数据手册确定）。主设备通过控制时钟线的电平来同步数据传输。时钟线的上升沿和下降沿用于控制数据的传输和采样。SPI的主从接线方式需要对应，主从机设定后身份固定。
在这里插入图片描述

SPI协议

根据时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）配置的不同，SPI工作模式分为4种。

时钟极性是指SPI通信设备处于空闲状态时（也可以认为这是SPI通信开始时，即SS线为低电平），SCK信号线的电平信号。CPOL=0时，SCK在空闲状态时为低电平，CPOL=1时则相反。
时钟相位是指数据采样的时刻，当CPHA=0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的奇数边沿被采样。当CPHA=1时，数据线在SCK的偶数边沿被采样。
在这里插入图片描述
以CPHA=0为例讲解SPI时序。
首先，由主机把片选信号NSS拉低，意为主机输出。
在NSS被拉低的时刻，SCK分为两种情况，若我们设置CPOL=0，则SCK时序在这时为低电平，若设置为CPOL=1,则SCK在这个时刻为高电平。
无论CPOL为0还是1，因为我们配置的时钟相位CPHA=0，在采样时刻的时序中我们可以看到，采样时刻都是在SCK的奇数边沿（注意奇数边沿有时为下降沿，有时为上升沿）。
因此，MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变，这个信号将会在SCK奇数边沿时被采集，在非采样时刻，MOSI和MISO的有效信号才发生切换。
对于CPHA=1的情况也类似，只是数据信号的采样时刻为偶数边沿。

W25Q128介绍

在这里插入图片描述
W25Q128是一种常见的串行闪存器件，它采用SPI（Serial Peripheral Interface）接口协议，具有高速读写和擦除功能，可用于存储和读取数据。W25Q125芯片容量为128Mbit（16MB），其中名称后的数字代表不同的容量选项。不同的型号和容量选项可以满足不同应用的需求，比如W25Q16、W25Q64、W25Q32等。通常被用于嵌入式设备、存储设备、路由器等高性能电子设备中。 W25Q128闪存芯片的内存分配是按照扇区（Sector）和块（Block）进行的，将16M的容量分为256个块（Block)，每个块的大小为64KB，每个块包含16个扇区，每个扇区的大小为4K字节。
W25Q128 的适用场景非常广泛，几乎涵盖了所有需要可靠存储的嵌入式电子产品：
嵌入式系统：存储微控制器的启动代码、应用程序固件和系统配置文件。
物联网设备：保存传感器数据、设备日志和用于OTA（空中下载）升级的固件包。
消费电子：在智能手表、蓝牙耳机等设备中，用于存放开机动画、提示音等资源文件。
工业控制与汽车电子：存储设备参数、校准数据等，适应恶劣的工作环境。
更多的W25Q128的介绍，请参考W25Q128的DATASHEET。
在这里插入图片描述
本章实验对W25Q128操作步骤，初始化后，写使能SPI5，之后进行扇区擦除，等待空闲后即可再次写使能进行页编程，具体如图所示。

STM32CubeMX生成工程

我们参考前面章节STM32H743-结合CubeMX新建HAL库MDK工程，打开CubeMX软件，重复步骤不再展示，我们来看配置SPI部分如下图所示：
在这里插入图片描述

实验代码

1. 主函数

int main(void)
{
    uint16_t device_id=0;     //Flash内部的ID
    uint8_t read_buf=0;      //用于存放读取缓冲地址
    uint8_t write_buf=0;     //用于存放写入缓冲地址
    uint16_t i; 
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI5_Init();
    MX_USART6_UART_Init();
    
    uart6.initialize(115200);
    HAL_Delay(5000);//延时5秒，提供使用者打开串口时间
    uart6.printf("\033[1;32;40m");
    device_id = W25QXX_ReadID();//读取Flash内部的ID
    uart6.printf("W25QXX_ReadID:%x\r\n",device_id);
    W25QXX_Erase_Sector(0);//擦除扇区。在闪存存储器中，写入新数据之前，需要先将要写入的扇区擦除，以确保该扇区中之前的数据被清空
        
    uart6.printf("W25QXX_Write_Buffer:0~255\r\n");  
      
    for(i=0;i < 256;i++)
    {
        W25QXX_Page_Program(&write_buf, i, 1); //将数据写入FLASH，参数包括写入数据的缓冲区地址（&write_buf）、写入的地址（i）和写入的数据长度（1）
        write_buf = write_buf + 1; //写入数据的缓冲区地址递增1
    }
    
    uart6.printf("W25QXX_Read_Buffer:");
    
    for(i=0;i < 256;i++)
	{
        if(i%10==0)uart6.printf("\r\n");
        W25QXX_Read(&read_buf, i, 1); //从芯片依次读取数据，参数包括读取数据的缓冲区地址（&read_buf）、读入的地址（i）和读入的数据长度（1）
        uart6.printf("%d\t",read_buf);
    }
    
    uart6.printf("\r\n\r\nFlash Test OK!\r\n");

  while (1)
  {


  }

}

2. SPI初始化函数

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInitStruct = {0};
    if(spiHandle->Instance==SPI5)
    {
        /** 初始化外设时钟*/
        PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_SPI5;
        PeriphClkInitStruct.Spi45ClockSelection = RCC_SPI45CLKSOURCE_D2PCLK1;
        if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct) != HAL_OK)
        {
            Error_Handler();
        }

        /*SPI5时钟使能 */
        __HAL_RCC_SPI5_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOJ_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
        /**SPI5 GPIO配置
        PJ11     ------> SPI5_MISO
        PJ10     ------> SPI5_MOSI
        PH6     ------> SPI5_SCK
        */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_10;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI5;
        HAL_GPIO_Init(GPIOJ, &GPIO_InitStruct);

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI5;
        HAL_GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStruct);

        HAL_NVIC_SetPriority(SPI5_IRQn, 0, 0);
        HAL_NVIC_EnableIRQ(SPI5_IRQn);
  }
}

初始化SPIx,设置SPIx工作模式

void MX_SPI5_Init(void)
{
    hspi5.Instance = SPI5;
    hspi5.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi5.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi5.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi5.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi5.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi5.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi5.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8;
    hspi5.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi5.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi5.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi5.Init.CRCPolynomial = 0x0;
    hspi5.Init.NSSPMode = SPI_NSS_PULSE_ENABLE;
    hspi5.Init.NSSPolarity = SPI_NSS_POLARITY_LOW;
    hspi5.Init.FifoThreshold = SPI_FIFO_THRESHOLD_01DATA;
    hspi5.Init.TxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
    hspi5.Init.RxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
    hspi5.Init.MasterSSIdleness = SPI_MASTER_SS_IDLENESS_00CYCLE;
    hspi5.Init.MasterInterDataIdleness = SPI_MASTER_INTERDATA_IDLENESS_00CYCLE;
    hspi5.Init.MasterReceiverAutoSusp = SPI_MASTER_RX_AUTOSUSP_DISABLE;
    hspi5.Init.MasterKeepIOState = SPI_MASTER_KEEP_IO_STATE_DISABLE;
    hspi5.Init.IOSwap = SPI_IO_SWAP_DISABLE;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi5) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

}