آموزش برنامه‌ نویسی SPI Flash با میکروکنترلر STM32 ذخیره‌ سازی و خواندن داده‌ها

آموزش برنامه‌ نویسی SPI Flash با میکروکنترلر STM32 ذخیره‌ سازی و خواندن داده‌ها ، در دنیای سیستم‌های نهفته، ذخیره‌سازی اطلاعات یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های طراحان است. حافظه‌های داخلی میکروکنترلرها اغلب محدود هستند و برای پروژه‌هایی که نیاز به ذخیره‌سازی مداوم، پایدار و حجیم دارند، حافظه‌های خارجی مانند SPI Flash یک راهکار ایده‌آل محسوب می‌شوند. در این مقاله قصد داریم به‌صورت جامع و کاربردی، نحوه‌ی برنامه‌نویسی و استفاده از حافظه SPI Flash با میکروکنترلر STM32 را بررسی کنیم؛ از ارتباط سخت‌افزاری گرفته تا پیاده‌سازی کدهای خواندن و نوشتن اطلاعات. با ما همراه باشید تا این مسیر را گام به گام پیش برویم.

SPI Flash چیست؟

SPI Flash نوعی حافظه‌ی غیرفرّار است که از پروتکل SPI (Serial Peripheral Interface) برای ارتباط با دیگر قطعات استفاده می‌کند. این حافظه‌ها از نوع NOR بوده و برخلاف EEPROMها سرعت بالاتر و ظرفیت‌های متنوع‌تری دارند. ویژگی‌هایی مانند سرعت بالا، قابلیت پاک‌سازی سکتوری و عمر نوشتن طولانی، آن را به انتخاب اول در بسیاری از پروژه‌ها تبدیل کرده است.

مزایای استفاده از SPI Flash در STM32

• افزایش ظرفیت حافظه برای ذخیره‌سازی تنظیمات، فایل‌های صوتی، تصویر یا دیتا لاگ‌ها
• استقلال از حافظه داخلی میکروکنترلر
• دسترسی سریع‌تر نسبت به EEPROMها
• قابل استفاده در بوت‌لودرها یا سیستم‌عامل‌های سبک (RTOS)

راه‌اندازی سخت‌افزاری اتصال STM32 به SPI Flash

برای اتصال STM32 به SPI Flash، به پایه‌های زیر نیاز داریم:

• MOSI (Master Out Slave In)
• MISO (Master In Slave Out)
• SCK (Serial Clock)
• CS (Chip Select)

نکته مهم این است که پایه‌های SPI در STM32 قابل تنظیم هستند (Alternate Function). باید از دیتاشیت میکروکنترلر و نقشه برد خود استفاده کرده و پایه‌ها را درست پیکربندی کنید.

معرفی کتابخانه‌های مورد استفاده

برای راه‌اندازی SPI Flash، می‌توان از دو روش استفاده کرد:

1. کتابخانه HAL (Hardware Abstraction Layer) از STMicroelectronics
2. کتابخانه‌های شخص ثالث مانند FatFs + W25Qxx driver

در این مقاله از HAL استفاده خواهیم کرد و در صورت نیاز به سیستم فایل، می‌توان FatFs را به آن متصل کرد.

کدهای نمونه برای ارتباط با SPI Flash

فرض کنید از چیپ W25Q32 استفاده می‌کنیم.

1. مقداردهی اولیه SPI

void MX_SPI1_Init(void) {
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8;
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

2. توابع ارسال و دریافت داده

uint8_t SPI_SendReceive(uint8_t data) {
  uint8_t received = 0;
  HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &data, &received, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return received;
}

3. تابع خواندن شناسه حافظه (Device ID)

uint32_t ReadDeviceID(void) {
  uint8_t cmd[] = {0x9F};
  uint8_t id[3];
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET); // CS = LOW
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);
  HAL_SPI_Receive(&hspi1, id, 3, HAL_MAX_DELAY);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); // CS = HIGH
  return (id[0]<<16) | (id[1]<<8) | id[2];
}

مراحل نوشتن داده در SPI Flash

1. ارسال دستور Write Enable (0x06)
2. ارسال دستور Write Data (0x02) به همراه آدرس و داده‌ها
3. بررسی بیت WIP (Write In Progress) تا اطمینان از پایان عملیات

مراحل خواندن داده از SPI Flash

1. ارسال دستور Read Data (0x03) به همراه آدرس
2. دریافت داده به تعداد دلخواه

نکات مهم در طراحی نرم‌افزار

• حفظ تأخیرهای لازم بین عملیات‌ها با استفاده از Busy Flag
• استفاده از توابع عدم‌بلوک برای بهبود عملکرد در RTOS
• مدیریت سکتورها و بلاک‌ها برای نوشتن پایدار و طول عمر بیشتر حافظه

مثال کاربردی: ذخیره‌سازی تنظیمات سیستم

در بسیاری از پروژه‌ها، نیاز است تنظیمات کاربر مانند پارامترهای شبکه، تنظیمات نمایشگر یا اطلاعات مربوط به کالیبراسیون ذخیره شوند. با SPI Flash می‌توان این داده‌ها را خارج از حافظه داخلی MCU نگهداری کرد و از پاک شدن تصادفی آن‌ها جلوگیری نمود.

سوالات متداول (FAQ)

آیا می‌توان مستقیماً فایل در SPI Flash ذخیره کرد؟
نه، مگر آنکه سیستم فایل مانند FAT روی آن پیاده‌سازی شود.

برای استفاده در پروژه‌های صوتی، آیا SPI Flash مناسب است؟
بله، اگر نرخ نمونه‌برداری خیلی بالا نباشد.

آیا تمام چیپ‌های SPI Flash از دستورات یکسان استفاده می‌کنند؟
خیر. ولی اکثر آن‌ها از مجموعه دستورات استاندارد JEDEC پشتیبانی می‌کنند.

نتیجه‌گیری

استفاده از SPI Flash در کنار STM32 یک راهکار مؤثر برای پروژه‌هایی است که نیاز به ذخیره‌سازی داده‌های حجیم یا پایدار دارند. با شناخت دقیق پروتکل SPI، دستورات حافظه، و استفاده از کتابخانه‌های مناسب، می‌توان با اطمینان داده‌ها را ذخیره و بازیابی کرد. اگر علاقه‌مند هستید این مسیر را حرفه‌ای‌تر دنبال کنید، پیشنهاد می‌کنیم مقالات مربوط به پیاده‌سازی سیستم فایل FAT روی SPI Flash و استفاده از RTOS برای مدیریت حافظه را نیز مطالعه کنید.

اگر این مقاله آموزش برنامه‌ نویسی SPI Flash با میکروکنترلر STM32 ذخیره‌ سازی و خواندن داده‌ها برای شما مفید بود، آن را با دوستان خود به اشتراک بگذارید و برای مشاهده آموزش‌های بیشتر به سایت ما سر بزنید.

مطلب پیشنهادی

آموزش کتابخانه‌های HAL و LL در میکروکنترلر STM32 بررسی و مقایسه