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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。