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SFUD (Serial Flash Universal Driver) 串行 Flash 通用驱动库

0、SFUD 是什么

SFUD 是一款开源的串行 SPI Flash 通用驱动库。由于现有市面的串行 Flash 种类居多，各个 Flash 的规格及命令存在差异， SFUD 就是为了解决这些 Flash 的差异现状而设计，让我们的产品能够支持不同品牌及规格的 Flash，提高了涉及到 Flash 功能的软件的可重用性及可扩展性，同时也可以规避 Flash 缺货或停产给产品所带来的风险。

  • 主要特点：面向对象（同时支持多个 Flash 对象）、可灵活裁剪、扩展性强、支持 4 字节地址
  • 资源占用
    • 标准占用：RAM:0.2KB ROM:5.5KB
    • 最小占用：RAM:0.1KB ROM:3.6KB
  • 设计思路：这里要首先跟大家介绍一个标准： SFDP ，它是 JEDEC （固态技术协会）制定的串行 Flash 功能的参数表标准，最新版 V1.6B （点击这里查看）。该标准规定了，每个 Flash 中会存在一个参数表，该表中会存放 Flash 容量、写粒度、擦除命令、地址模式等 Flash 规格参数。目前，除了部分厂家旧款 Flash 型号会不支持该标准，其他绝大多数新出厂的 Flash 均已支持 SFDP 标准。所以该库在初始化时会优先读取 SFDP 表参数，如果该 Flash 不支持 SFDP，则查询配置文件 ( /sfud/inc/sfud_flash_def.h ) 中提供的 Flash 参数信息表 中是否支持该款 Flash。如果不支持，则可以在配置文件中添加该款 Flash 的参数信息（添加方法详细见 2.5 添加库目前不支持的 Flash）。获取到了 Flash 的规格参数后，就可以实现对 Flash 的全部操作。

1、为什么选择 SFUD

  • 避免项目因 Flash 缺货、Flash 停产或产品扩容而带来的风险；
  • 越来越多的项目将固件存储到串行 Flash 中，例如：ESP8266 的固件、主板中的 BIOS 及其他常见电子产品中的固件等等，但是各种 Flash 规格及命令不统一。使用 SFUD 即可避免，在相同功能的软件平台基础下，无法适配不同 Flash 种类的硬件平台的问题，提高软件的可重用性；
  • 简化软件流程，降低开发难度。现在只需要配置好 SPI 通信，即可畅快的开始玩串行 Flash 了；
  • 可以用来制作 Flash 编程器/烧写器

2、SFUD 如何使用

2.1 已支持 Flash

下表为所有在 Demo 平台上进行过真机测试的 Flash。目前 SFUD 提供的 Flash 参数信息表 只包括下表中 不支持 SFDP 标准的 Flash，其他不支持 SFDP 标准的 Flash 需要大家以后 共同来完善和维护 (Github|OSChina|Coding) 。如果觉得这个开源项目很赞，可以点击 项目主页 右上角的 Star ，同时把它推荐给更多有需要的朋友。

型号 制造商 容量 最高速度 SFDP 标准 备注
W25Q40BV Winbond 4Mb 50Mhz 不支持 已停产
W25Q80DV Winbond 8Mb 104Mhz 支持
W25Q16BV Winbond 16Mb 104Mhz 不支持 by slipperstree
W25Q16CV Winbond 16Mb 104Mhz 支持
W25Q16DV Winbond 16Mb 104Mhz 支持 by slipperstree
W25Q32BV Winbond 32Mb 104Mhz 支持
W25Q64CV Winbond 64Mb 80Mhz 支持
W25Q128BV Winbond 128Mb 104Mhz 支持
W25Q256FV Winbond 256Mb 104Mhz 支持
MX25L3206E Macronix 32Mb 86MHz 支持
KH25L4006E Macronix 4Mb 86Mhz 支持 by JiapengLi
KH25L3206E Macronix 32Mb 86Mhz 支持
SST25VF016B Microchip 16Mb 50MHz 不支持 SST 已被 Microchip 收购
M25P40 Micron 4Mb 75Mhz 不支持 by redocCheng
M25P80 Micron 8Mb 75Mhz 不支持 by redocCheng
M25P32 Micron 32Mb 75Mhz 不支持
EN25Q32B EON 32Mb 104MHz 不支持
GD25Q16B GigaDevice 16Mb 120Mhz 不支持 by TanekLiang
GD25Q64B GigaDevice 64Mb 120Mhz 不支持
S25FL216K Cypress 16Mb 65Mhz 不支持
S25FL032P Cypress 32Mb 104Mhz 不支持 by yc_911
S25FL164K Cypress 64Mb 108Mhz 支持
A25L080 AMIC 8Mb 100Mhz 不支持
A25LQ64 AMIC 64Mb 104Mhz 支持
F25L004 ESMT 4Mb 100Mhz 不支持
PCT25VF016B PCT 16Mb 80Mhz 不支持 SST 授权许可，会被识别为 SST25VF016B
AT45DB161E ADESTO 16Mb 85MHz 不支持 ADESTO 收购 Atmel 串行闪存产品线

2.2 API 说明

先说明下本库主要使用的一个结构体 sfud_flash 。其定义位于 /sfud/inc/sfud_def.h。每个 SPI Flash 会对应一个该结构体，该结构体指针下面统称为 Flash 设备对象。初始化成功后在 sfud_flash->chip 结构体中会存放 SPI Flash 的常见参数。如果 SPI Flash 还支持 SFDP ，还可以通过 sfud_flash->sfdp 看到更加全面的参数信息。以下很多函数都将使用 Flash 设备对象作为第一个入参，实现对指定 SPI Flash 的操作。

2.2.1 初始化 SFUD 库

将会调用 sfud_device_init ，初始化 Flash 设备表中的全部设备。如果只有一个 Flash 也可以只使用 sfud_device_init 进行单一初始化。

注意：初始化完的 SPI Flash 默认都 已取消写保护 状态，如需开启写保护，请使用 sfud_write_status 函数修改 SPI Flash 状态。

sfud_err sfud_init(void)

2.2.2 初始化指定的 Flash 设备

sfud_err sfud_device_init(sfud_flash *flash)
参数 描述
flash 待初始化的 Flash 设备

2.2.3 获取 Flash 设备对象

在 SFUD 配置文件中会定义 Flash 设备表，负责存放所有将要使用的 Flash 设备对象，所以 SFUD 支持多个 Flash 设备同时驱动。设备表的配置在 /sfud/inc/sfud_cfg.h 中 SFUD_FLASH_DEVICE_TABLE 宏定义，详细配置方法参照 2.3 配置方法 Flash）。本方法通过 Flash 设备位于设备表中索引值来返回 Flash 设备对象，超出设备表范围返回 NULL 。

sfud_flash *sfud_get_device(size_t index)
参数 描述
index Flash 设备位于 FLash 设备表中的索引值

2.2.4 读取 Flash 数据

sfud_err sfud_read(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, uint8_t *data)
参数 描述
flash Flash 设备对象
addr 起始地址
size 从起始地址开始读取数据的总大小
data 读取到的数据

2.2.5 擦除 Flash 数据

注意：擦除操作将会按照 Flash 芯片的擦除粒度（详见 Flash 数据手册，一般为 block 大小。初始化完成后，可以通过 sfud_flash->chip.erase_gran 查看）对齐，请注意保证起始地址和擦除数据大小按照 Flash 芯片的擦除粒度对齐，否则执行擦除操作后，将会导致其他数据丢失。

sfud_err sfud_erase(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size)
参数 描述
flash Flash 设备对象
addr 起始地址
size 从起始地址开始擦除数据的总大小

2.2.6 擦除 Flash 全部数据

sfud_err sfud_chip_erase(const sfud_flash *flash)
参数 描述
flash Flash 设备对象

2.2.7 往 Flash 写数据

sfud_err sfud_write(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, const uint8_t *data)
参数 描述
flash Flash 设备对象
addr 起始地址
size 从起始地址开始写入数据的总大小
data 待写入的数据

2.2.8 先擦除再往 Flash 写数据

注意：擦除操作将会按照 Flash 芯片的擦除粒度（详见 Flash 数据手册，一般为 block 大小。初始化完成后，可以通过 sfud_flash->chip.erase_gran 查看）对齐，请注意保证起始地址和擦除数据大小按照 Flash 芯片的擦除粒度对齐，否则执行擦除操作后，将会导致其他数据丢失。

sfud_err sfud_erase_write(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, const uint8_t *data)
参数 描述
flash Flash 设备对象
addr 起始地址
size 从起始地址开始写入数据的总大小
data 待写入的数据

2.2.9 读取 Flash 状态

sfud_err sfud_read_status(const sfud_flash *flash, uint8_t *status)
参数 描述
flash Flash 设备对象
status 当前状态寄存器值

2.2.10 写（修改） Flash 状态

sfud_err sfud_write_status(const sfud_flash *flash, bool is_volatile, uint8_t status)
参数 描述
flash Flash 设备对象
is_volatile 是否为易闪失的，true: 易闪失的，及断电后会丢失
status 当前状态寄存器值

2.3 配置方法

所有配置位于 /sfud/inc/sfud_cfg.h ，请参考下面的配置介绍，选择适合自己项目的配置。

2.3.1 调试模式

打开/关闭 SFUD_DEBUG_MODE 宏定义

2.3.2 是否使用 SFDP 参数功能

打开/关闭 SFUD_USING_SFDP 宏定义

注意：关闭后只会查询该库在 /sfud/inc/sfud_flash_def.h 中提供的 Flash 信息表。这样虽然会降低软件的适配性，但减少代码量。

2.3.3 是否使用该库自带的 Flash 参数信息表

打开/关闭 SFUD_USING_FLASH_INFO_TABLE 宏定义

注意：关闭后该库只驱动支持 SFDP 规范的 Flash，也会适当的降低部分代码量。另外 2.3.2 及 2.3.3 这两个宏定义至少定义一种，也可以两种方式都选择。

2.3.4 既不使用 SFDP ，也不使用 Flash 参数信息表

为了进一步降低代码量，SFUD_USING_SFDP 与 SFUD_USING_FLASH_INFO_TABLE 也可以 都不定义 。

此时，只要在定义 Flash 设备时，指定好 Flash 参数，之后再调用 sfud_device_init 对该设备进行初始化。参考如下代码：

sfud_flash sfud_norflash0 = {
        .name = "norflash0",
        .spi.name = "SPI1",
        .chip = { "W25Q64FV", SFUD_MF_ID_WINBOND, 0x40, 0x17, 8L * 1024L * 1024L, SFUD_WM_PAGE_256B, 4096, 0x20 } };
......
sfud_device_init(&sfud_norflash0);
......

2.3.5 Flash 设备表

如果产品中存在多个 Flash ，可以添加 Flash 设备表。修改 SFUD_FLASH_DEVICE_TABLE 这个宏定义，示例如下：

enum {
    SFUD_W25Q64CV_DEVICE_INDEX = 0,
    SFUD_GD25Q64B_DEVICE_INDEX = 1,
};

#define SFUD_FLASH_DEVICE_TABLE                                                \
{                                                                              \
    [SFUD_W25Q64CV_DEVICE_INDEX] = {.name = "W25Q64CV", .spi.name = "SPI1"},   \
    [SFUD_GD25Q64B_DEVICE_INDEX] = {.name = "GD25Q64B", .spi.name = "SPI3"},   \
}

上面定义了两个 Flash 设备（大部分产品一个足以），两个设备的名称为 "W25Q64CV" 及 "GD25Q64B" ，分别对应 "SPI1" 及 "SPI3" 这两个 SPI 设备名称（在移植 SPI 接口时会用到，位于 /sfud/port/sfud_port.c ）， SFUD_W25Q16CV_DEVICE_INDEX 与 SFUD_GD25Q64B_DEVICE_INDEX 这两个枚举定义了两个设备位于设备表中的索引，可以通过 sfud_get_device_table() 方法获取到设备表，再配合这个索引值来访问指定的设备。

2.4 移植说明

移植文件位于 /sfud/port/sfud_port.c ，文件中的 sfud_err sfud_spi_port_init(sfud_flash *flash) 方法是库提供的移植方法，在里面完成各个设备 SPI 读写驱动（必选）、重试次数（必选）、重试接口（可选）及 SPI 锁（可选）的配置。更加详细的移植内容，可以参考 demo 中的各个平台的移植文件。

2.5 添加库目前不支持的 Flash

这里需要修改 /sfud/inc/sfdu_flash_def.h ，所有已经支持的 Flash 见 SFUD_FLASH_CHIP_TABLE 宏定义，需要提前准备的 Flash 参数内容分别为：| 名称 | 制造商 ID | 类型 ID | 容量 ID | 容量 | 写模式 | 擦除粒度（擦除的最小单位） | 擦除粒度对应的命令 | 。这里以添加 兆易创新 ( GigaDevice ) 的 GD25Q64B Flash 来举例。

此款 Flash 为兆易创新的早期生产的型号，所以不支持 SFDP 标准。首先需要下载其数据手册，找到 0x9F 命令返回的 3 种 ID， 这里需要最后面两字节 ID ，即 type id 及 capacity id 。 GD25Q64B 对应这两个 ID 分别为 0x40 及 0x17 。上面要求的其他 Flash 参数都可以在数据手册中找到，这里要重点说明下 写模式 这个参数，库本身提供的写模式共计有 4 种，详见文件顶部的 sfud_write_mode 枚举类型，同一款 Flash 可以同时支持多种写模式，视情况而定。对于 GD25Q64B 而言，其支持的写模式应该为 SFUD_WM_PAGE_256B ，即写 1-256 字节每页。结合上述 GD25Q64B 的 Flash 参数应如下：

    {"GD25Q64B", SFUD_MF_ID_GIGADEVICE, 0x40, 0x17, 8*1024*1024, SFUD_WM_PAGE_256B, 4096, 0x20},

再将其增加到 SFUD_FLASH_CHIP_TABLE 宏定义末尾，即可完成该库对 GD25Q64B 的支持。

2.6 Demo

目前已支持如下平台下的 Demo

路径 平台描述
/demo/stm32f10x_non_os STM32F10X 裸机平台
/demo/stm32f2xx_rtt STM32F2XX + RT-Thread 操作系统平台

2.7 许可

采用 MIT 开源协议，细节请阅读项目中的 LICENSE 文件内容。