GD32F407驱动SDNAND的SPI模式方法

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-06-1126

准备工作

首先，我们需要准备以下工具和环境：

GD32F407 开发板
SDNAND 芯片（如 Micron 的 NAND Flash）
Keil MDK 或 IAR Embedded Workbench（IDE）
GD32F407 固件库
基本的硬件连接（SPI 引脚连接）

硬件连接

SDNAND 与 GD32F407 的 SPI 接口连接方式：

SDNAND 的 CS（片选）引脚连接到 GD32F407 的一个 GPIO（例如 PA4）
SDNAND 的 CLK（时钟）引脚连接到 GD32F407 的 SPI SCK（例如 PA5）
SDNAND 的 DI（数据输入）引脚连接到 GD32F407 的 SPI MOSI（例如 PA7）
SDNAND 的 DO（数据输出）引脚连接到 GD32F407 的 SPI MISO（例如 PA6）
SDNAND 的 WP（写保护）和 HOLD 引脚根据需要连接（通常上拉）

驱动开发步骤

1. 初始化 SPI 接口

首先需要配置 GD32F407 的 SPI 外设，设置正确的时钟频率、模式和数据位宽。SDNAND 通常使用 SPI 模式 0（CPOL=0, CPHA=0）。

2. 实现基本 SPI 通信函数

包括发送和接收单个字节、发送和接收多个字节的函数。

3. 实现 SDNAND 命令发送函数

根据 SDNAND 的命令集，实现发送各种命令的函数。

4. 实现初始化流程

按照 SDNAND 的初始化流程，发送初始化命令，配置 SDNAND 的工作模式。

5. 实现读写操作

包括读取和写入页数据、擦除块等基本操作。

下面是具体的代码实现：

#include "gd32f407_sdnand.h"

/* CS引脚控制宏定义 */
#define SDNAND_CS_LOW() gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_4)
#define SDNAND_CS_HIGH() gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_4)

/* SPI基本通信函数 */
static uint8_t spi_transfer(uint8_t data)
{
/* 等待发送缓冲区为空 */
while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_TBE));

/* 发送一个字节 */
spi_i2s_data_transmit(SPI0, data);

/* 等待接收缓冲区非空 */
while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_RBNE));

/* 返回接收到的数据 */
return spi_i2s_data_receive(SPI0);
}

/* 初始化SPI接口 */
static void spi_init(void)
{
spi_parameter_struct spi_init_struct;
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);

/* 配置SPI引脚 */
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_5, GPIO_PIN_5); // SCK
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_5, GPIO_PIN_6); // MISO
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_5, GPIO_PIN_7); // MOSI

gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_5);
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_6);
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_7);

gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5);
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_7);

/* 配置CS引脚 */
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_4);
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_4);
SDNAND_CS_HIGH();

/* 配置SPI参数 */
spi_init_struct.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;
spi_init_struct.device_mode = SPI_MASTER;
spi_init_struct.frame_size = SPI_FRAMESIZE_8BIT;
spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;
spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT;
spi_init_struct.prescale = SPI_PSC_16; // 根据实际情况调整时钟频率
spi_init_struct.endian = SPI_ENDIAN_MSB;
spi_init(SPI0, &spi_init_struct);

/* 使能SPI */
spi_enable(SPI0);
}

/* 初始化SDNAND */
bool sdnand_init(void)
{
/* 初始化SPI接口 */
spi_init();

/* 复位SDNAND */
if(!sdnand_reset()) {
return false;
}

/* 等待SDNAND就绪 */
if(!sdnand_wait_ready(1000)) {
return false;
}

/* 读取ID验证SDNAND是否正常工作 */
uint8_t id[5];
if(!sdnand_read_id(id, 5)) {
return false;
}

/* 这里可以添加更多的初始化代码，如配置SDNAND的工作模式等 */

return true;
}

/* 读取SDNAND状态寄存器 */
uint8_t sdnand_read_status(void)
{
uint8_t status;

SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_READ_STATUS);
status = spi_transfer(0xFF);
SDNAND_CS_HIGH();

return status;
}

/* 等待SDNAND就绪 */
bool sdnand_wait_ready(uint32_t timeout)
{
uint32_t tick = 0;

while((sdnand_read_status() & SDNAND_STATUS_READY) == 0) {
if(tick++ > timeout) {
return false; // 超时
}
/* 延时一小段时间 */
for(volatile uint32_t i = 0; i < 1000; i++);
}

return true;
}

/* 复位SDNAND */
bool sdnand_reset(void)
{
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_RESET);
SDNAND_CS_HIGH();

/* 等待复位完成 */
return sdnand_wait_ready(1000);
}

/* 读取SDNAND ID */
bool sdnand_read_id(uint8_t *id, uint8_t len)
{
if(len > 5) {
return false;
}

SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_READ_ID);
spi_transfer(0x00); // 地址字节1
spi_transfer(0x00); // 地址字节2
spi_transfer(0x00); // 地址字节3

for(uint8_t i = 0; i < len; i++) {
id[i] = spi_transfer(0xFF);
}

SDNAND_CS_HIGH();

return true;
}

/* 擦除SDNAND块 */
bool sdnand_erase_block(uint32_t block_addr)
{
uint32_t page_addr = block_addr * SDNAND_PAGES_PER_BLOCK;

/* 检查地址是否有效 */
if(block_addr >= SDNAND_BLOCKS_PER_DEVICE) {
return false;
}

/* 等待SDNAND就绪 */
if(!sdnand_wait_ready(1000)) {
return false;
}

/* 发送块擦除命令序列 */
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_BLOCK_ERASE);

/* 发送地址字节 */
spi_transfer((page_addr >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((page_addr >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(page_addr & 0xFF);

/* 发送确认命令 */
spi_transfer(0xD0);
SDNAND_CS_HIGH();

/* 等待擦除完成 */
return sdnand_wait_ready(10000); // 擦除操作可能需要更长时间
}

/* 读取SDNAND页数据 */
bool sdnand_read_page(uint32_t page_addr, uint8_t *buffer, uint32_t len)
{
uint32_t i;

/* 检查地址和长度是否有效 */
if(page_addr >= (SDNAND_BLOCKS_PER_DEVICE * SDNAND_PAGES_PER_BLOCK) ||
len > SDNAND_PAGE_SIZE) {
return false;
}

/* 等待SDNAND就绪 */
if(!sdnand_wait_ready(1000)) {
return false;
}

/* 发送页读取命令序列 */
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_READ_PAGE);

/* 发送地址字节 */
spi_transfer((page_addr >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((page_addr >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(page_addr & 0xFF);

/* 额外的地址字节，通常为0 */
spi_transfer(0x00);

/* 等待SDNAND准备好数据 */
SDNAND_CS_HIGH();
if(!sdnand_wait_ready(1000)) {
return false;
}

/* 再次选择SDNAND */
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_READ_PAGE);

/* 发送地址字节 */
spi_transfer((page_addr >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((page_addr >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(page_addr & 0xFF);

/* 额外的地址字节，通常为0 */
spi_transfer(0x00);

/* 读取数据 */
for(i = 0; i < len; i++) {
buffer[i] = spi_transfer(0xFF);
}

SDNAND_CS_HIGH();

return true;
}

/* 写入SDNAND页数据 */
bool sdnand_write_page(uint32_t page_addr, const uint8_t *buffer, uint32_t len)
{
uint32_t i;

/* 检查地址和长度是否有效 */
if(page_addr >= (SDNAND_BLOCKS_PER_DEVICE * SDNAND_PAGES_PER_BLOCK) ||
len > SDNAND_PAGE_SIZE) {
return false;
}

/* 等待SDNAND就绪 */
if(!sdnand_wait_ready(1000)) {
return false;
}

/* 发送页编程命令序列 */
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_RANDOM_WRITE);

/* 发送地址字节 */
spi_transfer((page_addr >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((page_addr >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(page_addr & 0xFF);

/* 额外的地址字节，通常为0 */
spi_transfer(0x00);

/* 写入数据 */
for(i = 0; i < len; i++) {
spi_transfer(buffer[i]);
}

SDNAND_CS_HIGH();

/* 发送页编程确认命令 */
SDNAND_CS_LOW();
spi_transfer(SDNAND_CMD_PAGE_PROGRAM);

/* 发送地址字节 */
spi_transfer((page_addr >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((page_addr >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(page_addr & 0xFF);

SDNAND_CS_HIGH();

/* 等待编程完成 */
return sdnand_wait_ready(1000);
}

#ifndef GD32F407_SDNAND_H
#define GD32F407_SDNAND_H

#include "gd32f4xx.h"
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

/* SDNAND命令定义 */
#define SDNAND_CMD_RESET 0xFF // 复位命令
#define SDNAND_CMD_READ_ID 0x9F // 读取ID命令
#define SDNAND_CMD_READ_STATUS 0x70 // 读取状态寄存器
#define SDNAND_CMD_BLOCK_ERASE 0xD8 // 块擦除命令
#define SDNAND_CMD_PAGE_PROGRAM 0x10 // 页编程命令
#define SDNAND_CMD_READ_PAGE 0x03 // 读页命令
#define SDNAND_CMD_RANDOM_READ 0x05 // 随机读取命令
#define SDNAND_CMD_RANDOM_WRITE 0x85 // 随机写入命令

/* 状态寄存器位定义 */
#define SDNAND_STATUS_READY 0x01 // 准备就绪位
#define SDNAND_STATUS_PROTECT 0x02 // 写保护位
#define SDNAND_STATUS_ECC_FAIL 0x10 // ECC错误位
#define SDNAND_STATUS_PROGRAM_FAIL 0x20 // 编程失败位
#define SDNAND_STATUS_ERASE_FAIL 0x40 // 擦除失败位

/* SDNAND参数定义 */
#define SDNAND_PAGE_SIZE 2048 // 页大小，单位字节
#define SDNAND_SPARE_SIZE 64 // 备用区域大小
#define SDNAND_PAGES_PER_BLOCK 64 // 每块页数
#define SDNAND_BLOCKS_PER_DEVICE 1024 // 每设备块数

/* 函数声明 */
bool sdnand_init(void);
uint8_t sdnand_read_status(void);
bool sdnand_wait_ready(uint32_t timeout);
bool sdnand_reset(void);
bool sdnand_read_id(uint8_t *id, uint8_t len);
bool sdnand_erase_block(uint32_t block_addr);
bool sdnand_read_page(uint32_t page_addr, uint8_t *buffer, uint32_t len);
bool sdnand_write_page(uint32_t page_addr, const uint8_t *buffer, uint32_t len);

#endif /* GD32F407_SDNAND_H */

#include "gd32f4xx.h"
#include "gd32f407_sdnand.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
/* 系统时钟初始化 */
SystemInit();

/* 初始化LED用于指示程序运行状态 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_2);
gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2);

/* 初始化USART用于调试输出 */
// 此处应添加USART初始化代码

printf("SDNAND测试程序开始 ");

/* 初始化SDNAND */
if(sdnand_init()) {
printf("SDNAND初始化成功 ");

/* 读取并显示SDNAND ID */
uint8_t id[5];
if(sdnand_read_id(id, 5)) {
printf("SDNAND ID: %02X %02X %02X %02X %02X ",
id[0], id[1], id[2], id[3], id[4]);
}

/* 测试写入和读取 */
uint8_t test_data[256];
uint8_t read_data[256];

/* 准备测试数据 */
for(uint16_t i = 0; i < 256; i++) {
test_data[i] = i;
}

/* 擦除块 */
printf("擦除块... ");
if(sdnand_erase_block(0)) {
printf("块擦除成功 ");

/* 写入数据 */
printf("写入数据... ");
if(sdnand_write_page(0, test_data, 256)) {
printf("数据写入成功 ");

/* 读取数据 */
printf("读取数据... ");
if(sdnand_read_page(0, read_data, 256)) {
printf("数据读取成功 ");

/* 验证数据 */
bool success = true;
for(uint16_t i = 0; i < 256; i++) {
if(read_data[i] != test_data[i]) {
success = false;
printf("数据验证失败，位置 %d: 写入 %02X, 读取 %02X ",
i, test_data[i], read_data[i]);
break;
}
}

if(success) {
printf("数据验证成功 ");
/* 点亮LED表示测试成功 */
gpio_bit_set(GPIOE, GPIO_PIN_2);
}
}
}
}
} else {
printf("SDNAND初始化失败 ");
}

while(1) {
/* 主循环 */
}
}

驱动开发详细说明

1. SPI 接口初始化

SPI 初始化是整个驱动的基础，需要配置：

引脚复用功能（SCK、MISO、MOSI）
CS 引脚（普通 GPIO）
SPI 参数（模式、时钟频率、数据位宽等）

代码中使用 GD32F4xx 固件库函数进行配置，设置为 SPI 模式 0（CPOL=0, CPHA=0），这是大多数 SDNAND 芯片支持的模式。

2. 基本 SPI 通信函数

实现了一个基本的 SPI 传输函数spi_transfer，用于发送和接收单个字节。这是所有后续操作的基础。

3. SDNAND 命令实现

根据 SDNAND 芯片的命令集，实现了以下基本功能：

初始化
读取状态
等待就绪
复位
读取 ID
擦除块
读取页
写入页

每个功能都按照 SDNAND 的通信协议实现，包括发送命令、地址和数据，以及处理响应。

4. 初始化流程

初始化流程包括：

初始化 SPI 接口
复位 SDNAND
等待 SDNAND 就绪
读取 ID 验证 SDNAND 是否正常工作

5. 读写操作

读写操作是最常用的功能，代码中实现了：

页读取：先发送页读取命令和地址，然后读取数据
页写入：先发送随机写入命令和地址，然后写入数据，最后发送页编程确认命令

使用说明

将上述代码添加到你的项目中
确保硬件连接正确
编译并下载到 GD32F407 开发板
运行测试程序，观察串口输出和 LED 状态

如果需要进一步开发，可以在这个基础上添加更多功能，如：

坏块管理
磨损均衡
ECC 错误检测与纠正
文件系统支持

注意事项

代码中的参数（如页大小、块数等）可能需要根据你的 SDNAND 芯片型号进行调整
擦除操作耗时较长，可能需要调整超时参数
实际应用中应添加更多错误处理和日志记录
对于关键数据，建议实现 ECC 功能以提高可靠性

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