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

---

## 0、SFUD 是什么

[SFUD](https://github.com/armink/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:支持 SPI/QSPI 接口、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:
  - **什么是 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](https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd216b))。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。
  - **不支持 SFDP 怎么办** :如果该 Flash 不支持 SFDP 标准,SFUD 会查询配置文件 ( [`/sfud/inc/sfud_flash_def.h`](https://github.com/armink/SFUD/blob/4bee2d0417a7ce853cc7aa3639b03fe825611fd9/sfud/inc/sfud_flash_def.h#L116-L142) ) 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](#25-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 

下表为所有已在 Demo 平台上进行过真机测试过的 Flash。显示为 **不支持** SFDP 标准的 Flash 已经在 Flash 参数信息表中定义,更多不支持 SFDP 标准的 Flash 需要大家以后 **共同来完善和维护**  **([Github](https://github.com/armink/SFUD)|[OSChina](http://git.oschina.net/armink/SFUD)|[Coding](https://coding.net/u/armink/p/SFUD/git))** 。

如果觉得这个开源项目很赞,可以点击 [项目主页](https://github.com/armink/SFUD) 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|QSPI 模式|备注|
|:--:|:----:|:--:|:--:|:--:|:--:|----|
|[W25Q40BV](http://microchip.ua/esp8266/W25Q40BV(EOL).pdf)|Winbond|4Mb|50Mhz|不支持|双线|已停产|
|[W25Q80DV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q80dv_revg_07212015.pdf)|Winbond|8Mb|104Mhz|支持|双线||
|[W25Q16BV](https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Winbond%20PDFs/W25Q16BV.pdf)|Winbond|16Mb|104Mhz|不支持|双线| by [slipperstree](https://github.com/slipperstree)|
|[W25Q16CV](http://www.winbond.com/resource-files/da00-w25q16cvf1.pdf)|Winbond|16Mb|104Mhz|支持|未测试||
|[W25Q16DV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q16dv%20revk%2005232016%20doc.pdf)|Winbond|16Mb|104Mhz|支持|未测试| by [slipperstree](https://github.com/slipperstree)|
|[W25Q32BV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q32bv_revi_100413_wo_automotive.pdf)|Winbond|32Mb|104Mhz|支持|双线||
|[W25Q64CV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q64cv_revh_052214[2].pdf)|Winbond|64Mb|80Mhz|支持|四线||
|[W25Q128BV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q128bv_revh_100313_wo_automotive.pdf)|Winbond|128Mb|104Mhz|支持|四线||
|[W25Q256FV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q256fv%20revi%2002262016%20kms.pdf)|Winbond|256Mb|104Mhz|支持|四线||
|[MX25L3206E](http://www.macronix.com/Lists/DataSheet/Attachments/3199/MX25L3206E,%203V,%2032Mb,%20v1.5.pdf)|Macronix|32Mb|86MHz|支持|双线||
|[MX25L3233F](https://www.macronix.com/Lists/Datasheet/Attachments/8754/MX25L3233F,%203V,%2032Mb,%20v1.7.pdf)|Macronix|32Mb|133MHz|支持|未测试|by [JiapengLi](https://github.com/JiapengLi)|
|[KH25L4006E](http://www.macronix.com.hk/Lists/Datasheet/Attachments/117/KH25L4006E.pdf)|Macronix|4Mb|86Mhz|支持|未测试| by [JiapengLi](https://github.com/JiapengLi)|
|[KH25L3206E](http://www.macronix.com.hk/Lists/Datasheet/Attachments/131/KH25L3206E.pdf)|Macronix|32Mb|86Mhz|支持|双线||
|[SST25VF016B](http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005044C.pdf)|Microchip|16Mb|50MHz|不支持|不支持| SST 已被 Microchip 收购|
|[M25P40](https://www.micron.com/~/media/documents/products/data-sheet/nor-flash/serial-nor/m25p/m25p40.pdf)|Micron|4Mb|75Mhz|不支持|未测试| by [redocCheng](https://github.com/redocCheng)|
|[M25P80](https://www.micron.com/~/media/documents/products/data-sheet/nor-flash/serial-nor/m25p/m25p80.pdf)|Micron|8Mb|75Mhz|不支持|未测试| by [redocCheng](https://github.com/redocCheng)|
|[M25P32](https://www.micron.com/~/media/documents/products/data-sheet/nor-flash/serial-nor/m25p/m25p32.pdf)|Micron|32Mb|75Mhz|不支持|不支持||
|[EN25Q32B](http://www.kean.com.au/oshw/WR703N/teardown/EN25Q32B%2032Mbit%20SPI%20Flash.pdf)|EON|32Mb|104MHz|不支持|未测试||
|[GD25Q16B](http://www.gigadevice.com/product/detail/5/410.html)|GigaDevice|16Mb|120Mhz|不支持|未测试| by [Liang Yongxiang](https://github.com/liangyongxiang) |
|[GD25Q64B](http://www.gigadevice.com/product/detail/5/364.html)|GigaDevice|64Mb|120Mhz|不支持|双线||
|[S25FL216K](http://www.cypress.com/file/197346/download)|Cypress|16Mb|65Mhz|不支持|双线||
|[S25FL032P](http://www.cypress.com/file/196861/download)|Cypress|32Mb|104Mhz|不支持|未测试| by [yc_911](https://gitee.com/yc_911) |
|[S25FL164K](http://www.cypress.com/file/196886/download)|Cypress|64Mb|108Mhz|支持|未测试||
|[A25L080](http://www.amictechnology.com/datasheets/A25L080.pdf)|AMIC|8Mb|100Mhz|不支持|双线||
|[A25LQ64](http://www.amictechnology.com/datasheets/A25LQ64.pdf)|AMIC|64Mb|104Mhz|支持|支持||
|[F25L004](http://www.esmt.com.tw/db/manager/upload/f25l004.pdf)|ESMT|4Mb|100Mhz|不支持|不支持||
|[PCT25VF016B](http://pctgroup.com.tw/attachments/files/files/248_25VF016B-P.pdf)|PCT|16Mb|80Mhz|不支持|不支持|SST 授权许可,会被识别为 SST25VF016B|
|[AT45DB161E](http://www.adestotech.com/wp-content/uploads/doc8782.pdf)|ADESTO|16Mb|85MHz|不支持|不支持|ADESTO 收购 Atmel 串行闪存产品线|

> 注:QSPI 模式中,双线表示支持双线快读,四线表示支持四线快读。
>
> 一般情况下,支持四线快读的 FLASH 也支持双线快读。

### 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。

```C
sfud_err sfud_init(void)
```

#### 2.2.2 初始化指定的 Flash 设备

```C
sfud_err sfud_device_init(sfud_flash *flash)
```

|参数                                    |描述|
|:-----                                  |:----|
|flash                                   |待初始化的 Flash 设备|

#### 2.2.3 使能快速读模式(仅当 SFUD 开启 QSPI 模式后可用)

当 SFUD 开启 QSPI 模式后,SFUD 中的 Flash 驱动支持使用 QSPI 总线进行通信。相比传统的 SPI 模式,使用 QSPI 能够加速 Flash 数据的读取,但当数据需要写入时,由于 Flash 本身的数据写入速度慢于 SPI 传输速度,所以 QSPI 模式下的数据写入速度提升并不明显。

所以 SFUD 对于 QSPI 模式的支持仅限于快速读命令。通过该函数可以配置 Flash 所使用的 QSPI 总线的实际支持的数据线最大宽度,例如:1 线(默认值,即传统的 SPI 模式)、2 线、4 线。

设置后,SFUD 会去结合当前设定的 QSPI 总线数据线宽度,去 [QSPI Flash 扩展信息表](https://github.com/armink/SFUD/blob/069d2b409ec239f84d675b2c3d37894e908829e6/sfud/inc/sfud_flash_def.h#L149-L177) 中匹配最合适的、速度最快的快速读命令,之后用户在调用 sfud_read() 时,会使用 QSPI 模式的传输函数发送该命令。

```C
sfud_err sfud_qspi_fast_read_enable(sfud_flash *flash, uint8_t data_line_width)
```

| 参数            | 描述                                         |
| :-------------- | :------------------------------------------- |
| flash           | Flash 设备                                   |
| data_line_width | QSPI 总线支持的数据线最大宽度,例如:1、2、4 |

#### 2.2.4 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](#23-配置方法))。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` 。

```C
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|

#### 2.2.5 读取 Flash 数据

```C
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|

#### 2.2.6 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。

```C
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|

#### 2.2.7 擦除 Flash 全部数据

```C
sfud_err sfud_chip_erase(const sfud_flash *flash)
```

|参数                                    |描述|
|:-----                                  |:----|
|flash                                   |Flash 设备对象|

#### 2.2.8 往 Flash 写数据

```C
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|

#### 2.2.9 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。

```C
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|

#### 2.2.10 读取 Flash 状态

```C
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|

#### 2.2.11 写(修改) Flash 状态

```C
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:

```C
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:

```C
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。

#### 2.3.6 QSPI 模式

打开/关闭 `SFUD_USING_QSPI` 宏定义

开启后,SFUD 也将支持使用 QSPI 总线连接的 Flash。

### 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](https://github.com/armink/SFUD/tree/master/demo/stm32f10x_non_os) |STM32F10X 裸机平台|
|[/demo/stm32f2xx_rtt](https://github.com/armink/SFUD/tree/master/demo/stm32f2xx_rtt)  |STM32F2XX + [RT-Thread](http://www.rt-thread.org/) 操作系统平台|
|[/demo/stm32l475_non_os_qspi](https://github.com/armink/SFUD/tree/master/demo/stm32l475_non_os_qspi) |STM32L475 + QSPI 模式 裸机平台|

### 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。