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一、前言

1.1 关于NorFlash

NorFlash是一种常见的非易失性存储介质，经常用来保存程序固件或一些数据，其中以SOP-8封装的25Qxx系列为代表。常规的方式是一个字节一个字节的读写，对于SPI这种接口来说，这种方法不太划算，当需要多个字节读写的操作时可以用DMA去接管，从而省去大量CPU的时间。这里就以W25Q64为例，介绍一下如何用SPI的DMA实现flash的读写，对于其他容量或其他品牌的NOR FLASH芯片也是类似的方法。

完整的SPI要用到四个信号，这里连接到SPI2，CS使用任意一个IO口即可，Flash与MCU的连接关系如下：

CS  --   PB12
CLK --  PB13(SPI2_SCK)
DO  --  PB14(SPI2_MISO)
DI   --  PB15(SPI2_MOSI)

Nor Flash的指令挺多，常用的其实只有几条，这里要用DMA实现的指令就只有"读数据"和"页编程"，其他指令还是按照传统的方式实现。

Read Data      03h
Page Program 02h

1.2 关于SPI和DMA

通过查阅用户手册“APM32E103xCxE用户手册”的DMA章节可以知道SPI2的对应通道，SPI2接收对应DMA1_Channel4，SPI2发送对应DMA1_Channel5。

Flash的读数据可以用DMA1_Channel4来传输，Flash的页编程可以用DMA1_Channel5来传输。

二、SPI的DMA读写

2.1 SPI的初始化

这里参考SDK把SPI初始化为主机、全双工模式即可，比较简单，代码如下：

//SPI2 初始化
void spi_flash_init(void)
{
    GPIO_Config_T gpioConfig;
    SPI_Config_T spiConfig;

    /* Enable related Clock */
    RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_SPI2);
    RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB);

    /* config MISO*/
    gpioConfig.pin =  GPIO_PIN_14 ;
    gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
    GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);

    /** config SCK,MOSI*/
    gpioConfig.pin = GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15;
    gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
    GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);

    /** config CS */
    gpioConfig.pin = GPIO_PIN_12;
    gpioConfig.mode = GPIO_MODE_OUT_PP;
    gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
    GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);

    GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_12);
    GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_13);
    GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_14);
    GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_15);

    SPI_ConfigStructInit(&spiConfig);

    spiConfig.length = SPI_DATA_LENGTH_8B;

    spiConfig.baudrateDiv = SPI_BAUDRATE_DIV_64;
    /*  2 line full duplex  */
    spiConfig.direction = SPI_DIRECTION_2LINES_FULLDUPLEX;
    /*  LSB first  */
    spiConfig.firstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    /*  Slave mode  */
    spiConfig.mode = SPI_MODE_MASTER;
    /*  Polarity is low  */
    spiConfig.polarity = SPI_CLKPOL_HIGH;
    /*  Software select slave enable  */
    spiConfig.nss = SPI_NSS_SOFT;
    /*  Phase is 1 edge  */
    spiConfig.phase = SPI_CLKPHA_2EDGE;

    spiConfig.crcPolynomial = 7;

    /*  SPI config  */
    SPI_Config(SPI2, &spiConfig);

    SPI_ConfigDataSize(SPI2, SPI_DATA_LENGTH_8B);

    SPI_Enable(SPI2);
}

2.2 DMA的初始化

要实现读写需要配置两个DMA通道，两个DMA通道的配置有些不同，主要是注意传输方向。

DMA1_Channel5 作为发送，方向是从内存到外设；

DMA1_Channel4作为接受，方向是从外设到内存。

外设的地址是SPI的数据寄存地址，通过查看手册可知是 SPI2_BASE + 0x0C。

内存地址和传输长度可以先不配，等后面真正要传输时再配置，两个DMA通道都先不要使能。

DMA_Config_T    DMA_ConfigStruct;
void spi_fullduplex_dma_init(void)
{
    RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_DMA1);

    DMA_ConfigStruct.peripheralBaseAddr = (uint32_t)(SPI2_BASE + 0x0C) ;
    DMA_ConfigStruct.peripheralInc      = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
    DMA_ConfigStruct.memoryInc          = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;
    DMA_ConfigStruct.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_BYTE;
    DMA_ConfigStruct.memoryDataSize     = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_BYTE;
    DMA_ConfigStruct.loopMode = DMA_MODE_NORMAL;
    DMA_ConfigStruct.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    DMA_ConfigStruct.M2M      = DMA_M2MEN_DISABLE;

    //SPI2_TX DMA_CH5
    DMA_Reset(DMA1_Channel5);

    DMA_ConfigStruct.memoryBaseAddr = (uint32_t) AddressBuffer;
    DMA_ConfigStruct.dir                   = DMA_DIR_PERIPHERAL_DST;
    DMA_ConfigStruct.bufferSize         = 0;
    DMA_Config(DMA1_Channel5, &DMA_ConfigStruct);
    SPI_I2S_EnableDMA(SPI2, SPI_I2S_DMA_REQ_TX);

    //SPI2_RX DMA_CH4
    DMA_Reset(DMA1_Channel4);

    DMA_ConfigStruct.memoryBaseAddr = (uint32_t) AddressBuffer;
    DMA_ConfigStruct.dir                   = DMA_DIR_PERIPHERAL_SRC;
    DMA_ConfigStruct.bufferSize         = 0;
    DMA_Config(DMA1_Channel4, &DMA_ConfigStruct);
    SPI_I2S_EnableDMA(SPI2, SPI_I2S_DMA_REQ_RX);

    //DMA_Enable(DMA1_Channel4);
    //DMA_Enable(DMA1_Channel5;
}

2.3 SPI的DMA发送

要发送多个数据时，设置一下DMA1_Channel5内存地址、发送长度、开启的内存地址自增，然后使能DMA的传输即可；DMA1_Channel4类似，只是地址不需要自增，最后等待传输完成就实现了SPI的DMA发送。

如果发送的数据较多的话，等待的时间可能较长，在等待过程中CPU可以去做别的事。

void spi_dam_transmit_buffer(unsigned char *buffer, unsigned int length)
{

    DMA1_Channel4->CHCFG_B.MIMODE = DISABLE;
    DMA1_Channel4->CHMADDR = (uint32_t)AddressBuffer;
    DMA1_Channel4->CHNDATA = length;

    DMA1_Channel5->CHCFG_B.MIMODE = ENABLE ;
    DMA1_Channel5->CHMADDR = (uint32_t)buffer;
    DMA1_Channel5->CHNDATA = length;

    DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
    DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;

    while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5) == RESET);
    DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5);

    while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4) == RESET);
    DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);

    DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
    DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
}

2.4 SPI的DMA接收

要读取多个数据时，除了要设置DMA1_Channel4，也要设置DMA1_Channel5，因为MCU作为主机要给flash芯片提供时钟，所以读取的同时也要开启发送。

这里的发送也只要发送任意数据就可以，因此发送通道的内存地址不需要递增，地址给一个自定义的小数组即可。

关于接收部分，和前面类似，设置一下内存地址、发送长度、开启内存地址自增，使能DMA1_Channel4的传输，等待两个通道都传输完成就完成了读取。

void spi_dam_receive_buffer(unsigned char *buffer, unsigned int length)
{

    DMA1_Channel5->CHCFG_B.MIMODE = DISABLE;
    DMA1_Channel5->CHMADDR = (uint32_t)AddressBuffer;
    DMA1_Channel5->CHNDATA = length;

    DMA1_Channel4->CHCFG_B.MIMODE = ENABLE ;
    DMA1_Channel4->CHMADDR = (uint32_t)buffer;
    DMA1_Channel4->CHNDATA = length;

    DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
    DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;

    while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5) == RESET);
    DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5);

    while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4) == RESET);
    DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);

    DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
    DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
}

三、NorFlash的驱动

NorFlash的驱动代码大部分还是和常规SPI的方式一样，只是要修改关于这两条指令的代码：

#define W25XXX_ReadData         0x03
#define W25XXX_PageProgram    0x02

3.1 NorFlash的数据读取
读取多个数据的流程与不用DMA的方式类似，只是原来用for循环读数据的部分用spi_dam_receive_buffer()替换。。

//SPI FLASH的数据读取
void w25qxxx_read(unsigned char *buf, unsigned int addr, unsigned short num)
{
    unsigned short i;
         
    w25qxxx_cs_set(0);                              //使能器件
 
    w25qxxx_wr_byte(W25XXX_ReadData);               //发送读取命令
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 16)); //发送24bit地址
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 8));
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)addr);
 
    spi_dam_receive_buffer(buf,num); 
 
    w25qxxx_cs_set(1);
}

3.2 NorFlash的页编程

写入多个数据的流程与以往类似，只是原来用for循环写数据的部分用spi_dam_transmit_buffer()替换。

//SPI FLASH的页编程
void w25qxxx_write_page(unsigned char *buf, unsigned int addr, unsigned short num)
{
    unsigned short i;
    w25qxxx_write_enable();                      // SET WEL
    w25qxxx_cs_set(0);                              //使能器件

    w25qxxx_wr_byte(W25XXX_PageProgram);            //发送写页命令
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 16)); //发送24bit地址
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 8));
    w25qxxx_wr_byte((unsigned char)addr);

    spi_dam_transmit_buffer(buf, num);

    w25qxxx_cs_set(1);           //取消片选
    w25qxxx_wait_busy();      //等待写入结束
}

四、测试验证

最后我们验证上面的代码是否可行，先初始化SPI和对应的DMA。

//初始化 
void w25qxxx_init()
{
  spi_flash_init();
  spi_fullduplex_dma_init();
}

然后读一下芯片的ID，这步主要是确认一下硬件是否正常。

FlashChipID = w25qxxx_read_id();

接下来就往任意一个扇区写入从0x00-0xFF的数据，擦除扇区后，写入该扇区，再读出该扇区的数据，把读出的数据和写入的原始数据作对比。

//flash测试
unsigned short FlashChipID;
unsigned char flash_test_write_buffer[4096];
unsigned char flash_test_read_buffer[4096];
unsigned int AddrSector=0;
void w25qxxx_test()
{
  unsigned int i;
        for(i=0;i<4096;i++)
        {
          flash_test_write_buffer[i]=i%256; 
        }
        
        w25qxxx_erase_sector(AddrSector); 
 
        w25qxxx_write_sector(flash_test_write_buffer,AddrSector);
        
        w25qxxx_read(flash_test_read_buffer,AddrSector*4096,4096);
        
        if(memcmp(flash_test_read_buffer,flash_test_write_buffer,4096)==0)
        {
           printf("flash write success.");
        }
        else
        {
           printf("flash write fail!!!");
        }
}

下载程序并执行，查看输出的日志，可以看到芯片的DeviceID=0xEF16，说明硬件正常；写入数据和读出数据完全一致，读写正常。