CC2642研究之控制SPI Nand FLASH和EEPROM

接上篇博客，测试蓝牙例程通过后，接下来实现利用CC2642控制板上的SPI接口NAND Flash和EEPROM。

软件：simplelink_cc26x2_sdk_2_30_00_34。
工具：Win10 64位PC，CCS8.2
一、TI SPI接口例程介绍
TI为CC2642开发提供了蓝牙协议栈，当然也包括外设的驱动，协议栈功能非常全面，涉及到了所有CC2642的资源。本文主要利用spimaster_CC26X2R1_LAUNCHXL_tirtos_ccs例程中的SPI接口来调试FLASH。TI为用户提供SPI.c和SPI.h两个文件用于控制SPI总线，在SPI.c中的函数会向下调用SPICC26X2DMA.c和SPICC26X2DMA.h，使能DMA实现和更底层的通信。总结一下调用关系如下图所示：对于用户，只需关注SPI.c和SPI.h即可，下层的具体寄存器操作可以放心的交给协议栈的层层调用来完成。

在SPI.c中，我们能用到的函数列表和SPICC26X2DMA.c对应关系如下表：那就是说，只要操作如下图中的几个函数（还有一个SPI_Params_init（）），就可以实现对SPI接口的配置，并使用SPI总线了，是不是so easy!

SPI_init:初始化SPI驱动，在使用SPI时，需要优先调用该函数。
SPI_Params_init(&spiParams)： 初始化SPI参数，关于SPI的工作模式，传输速率和帧形式等，都在spiParams中设置。具体内容如下图所示：

这里的transferMode用来定义SPI的两种模式，分别是Blocking阻塞模式和Callback模式，阻塞模式会阻塞task的执行，直到SPI传输完成。Callback模式需要另生成一个回调函数，不会阻塞任务的执行，当SPI传输完成进入回调函数中。frameFormat用来设置SPI的时间相位极性，这个需要参考slave的要求，像本文用到的flash只支持00和11模式。在SPI_init（）函数调用后就需要调用该函数初始化SPI参数。
SPI_OPEN():用于开启SPI驱动，将上面的配置参数具体执行，执行该函数后，SPI就准备就绪，可以开始SPI操作了。
SPI_transfer（）:SPI数据接收和发送函数，调用该函数会使能UDMA，接收和发送数据。
SPI_close():关闭SPI，如果想再次使用SPI，需要重新OPEN。
SPI_control():发送控制命令配置SPI接口，举个例子，当使用多从机时，每个从机有独立的CS，可以使用该命令来切换当前CS。
SPI_transferCancel():取消spi transfer命令，只能用于CallBack模式下。
以上就是SPI.c中几个函数，通过操作这几个函数，就可以实现SPI通信了。至于SPI.c是如何调用DMA函数的呢？设置在CC26X2R1_LAUNCHXL.c函数中。截图如下：
上图中.fxnTablePtr中是函数指针列表，对SPI的操作就是通过这些函数实现；.hwAttrs中设置了SPI的硬件接口，如下图所示：包括引脚定义默认Txbuf数据等：

这里重点说一下CS引脚的设置，如果使用HW CS，那就在该出分配CS引脚，对于多从机，可以使用上文提到的SPI_control函数切换CS。如果使用SW CS，那么该处引脚定义成PIN_UNASSIGNED（表明没有该引脚）。然后在程序中自行上下拉CS引脚。**.minDmaTransferSize用来设置启动DMA传输的门限值，当传输数据小于该值，不会使能DMA传输，当传输值大于该值，才会调用DMA传输。**官方解释截图如下：

以上是SPI开发用到的函数介绍，具体例程会在第四节程序实现中介绍。
二、SPI NAND FLASH控制介绍
本文使用的SPI NAND FLASH型号为W25N01GV，是winbond的1Gbit nand flash.一个block有64个page,一个page 2Kbytes.单次操作最小擦除一个block，最大写入一个page，写入超过一个page，则会覆盖之前写入的数据，支持Fast读，可以一个读命令读取所有内存数据。内置buffer，读写的数据先缓存到buffer，然后再输入输出，所以读写指令都需要分为两步完成。接下来具体介绍关于NAND FLASH的操作：
（1）FLASH写保护：flash具有三个状态寄存器，其中寄存器1用来设置写保护，定义如下图：

该寄存器可以设置写保护的范围，以及是硬件写保护还是软件写保护，默认情况下所有内存写保护打开，所以使用的第一步是改写该寄存器，否则只能读写buffer，不能访问内存（我就被这点给坑了）。
（2）坏块管理：总所周知，NAND FLASH在出厂和使用过程中会产生坏块，受技术限制这是不可避免的。该芯片提供了额外20block空间用于出现坏块时的替换。坏块的检查方法是读block的page0的第一个字节，如果非0XFF，表明该块是坏块（在擦除后读）。在检测到出现坏块后，可以调用A1h指令来重新映射坏块，具体操作时序如下图：

（3）块擦除：FLASH的架构只能将1改为0，不能将0写为1，所以在写之前需要擦除块。该芯片支持块擦除一种方式，一次性擦除一block128KB的数据。块擦除操作执行前需要使能WEL位，操作指令为0x06.使能后可以在状态寄存器3中查看。
（4）写操作：FLASH的写操作分为两步，首先将数据发送到flash内部的buffer中，然后执行page写操作，将数据从buffer写入到flash内存。具体如下：执行02h或者84h指令（区别是02h在写入后会复位buffer）将数据写入buffer，数据长度小于等于一个page（2KB），写地址为column地址，16位地址的低12位有效。写入初始地址后，随后每写入一个字节，地址自增1，直到满page，如果还有数据，那么会重新从page的开始字节复写。时序如下：

接下来第二步是page写，将buffer中数据写入flash，指令是10h。写地址是page地址，由10位block地址和6位page地址组成。时序如下图所示：

（5）读操作：读数据采用Fast模式时可以读取整个flash的数据。同样读数据也分为两步：首先将flash中数据缓存到buffer，操作指令是13h，读地址是page地址，定义同上。时序如下：

接下来是将buffer中数据读入master。有两种读方式，普通读（03h）和fast读(0Bh)，二者区别是Fast模式在读完一个page后可以继续读下一page，直到所以内存数据读完。时序图如下：

Fast模式与此相同，只是指令不同。这里读模式又分为buffer mode和continue mode，区别是continue mode不需要指定column地址，从page的第一个字节开始读。
（6）ECC校验：FLASH带有ECC校验功能，不使能ECC功能时，一个page2112字节，默认情况下使能，可以在状态寄存器2中设置不使能。
（7）写使能：在每次写操作、擦除操作、坏块管理操作前都需要设置写使能WEL位。操作指令是06h.
三、SPI EEPROM控制介绍
使用的EEPROM型号是M95512RDW6，512kbit EEPROM。SPI接口，一个page128字节，一次写最多1page，读可以多page读。相比flash，写操作前不需要擦除，没有坏块管理。读写操作指令和flash相同，在这里不多介绍。
四、程序实现
首先是SPI参数的设置，参数设置完成后，在函数中按照第一节介绍的函数调用顺序执行，截图如下：

首先执行SPI_init初始化函数，然后配置spiParams，设置相位极性00模式，SPI通信速率，执行SPI_open函数打开SPI接口。

接下来使能eeprom的WEL位，写指令06h给eeprom，这里重点看spi发送数据的实现。本文使用的SW CS，即软件实现CS拉高拉低，.count设置发送数据数量，.txbuf设置发送数据，.rxbuf设置接收数据buffer，本次只需要发，不需接收数据，可以将.rxbuf置0，如果接收buffer置0，接收到的数据将被抛弃。

上图是发送数据，跟使能时结构相同，区别是指令不同。调用SPI_transfer后，会自动使能DMA将数据发送出去，发送完成返回1，注意一点，这里只是将数据从master发送出去，至于slave是否已经写入内存却不一定。通过读状态寄存器3的最低位是否busy，可以知道操作是否完成。

读寄存器命令如上图所示：首先调用SPI_transfer发送命令，然后再次调用SPI_transfer接收数据。读数据与此相同，区别在于读数据量和指令。以上是关于eeprom的部分实现代码，对于需要完整代码和flash读写操作代码的朋友，可以留言邮箱给我。
五、注意要点
1、flash读写时序中的dummy clock，可以通过发送任意字节数据来实现。
2、eeprom和flash的状态寄存器3最低位是busy位，表明当前是否有写任务在进行，在flash的page read和块擦除操作中，需要读状态寄存器来判断当前任务是否执行完成。如果上一任务没有执行完，新输入的指令将被忽略。eeprom中写操作比较读状态寄存器来判断是否完成。
3、flash的状态寄存器1用于不使能写保护，每次上电都需要设置；
4、SPI调用DMA模块，一次最大传输1024 data frames（4-16bits）,大于该值的数据将分为多次发送。