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# SFUD (Serial Flash Universal Driver) 串行 Flash 通用驱动库
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## 0、SFUD 是什么
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[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。
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- 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
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- 资源占用
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- 标准占用：RAM:0.2KB ROM:5.5KB
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- 最小占用：RAM:0.1KB ROM:3.6KB
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- 设计思路：
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- **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。
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- **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。
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## 1、为什么选择 SFUD
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- 避免项目因 Flash 缺货、Flash 停产或产品扩容而带来的风险；
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- 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；
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- 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；
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- 可以用来制作 Flash 编程器/烧写器
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## 2、SFUD 如何使用
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### 2.1 已支持 Flash
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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))** 。
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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。
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|型号|制造商|容量|最高速度|SFDP 标准|QSPI 模式|备注|
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|:--:|:----:|:--:|:--:|:--:|:--:|----|
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|[W25Q40BV](http://microchip.ua/esp8266/W25Q40BV(EOL).pdf)|Winbond|4Mb|50Mhz|不支持|双线|已停产|
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|[W25Q80DV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q80dv_revg_07212015.pdf)|Winbond|8Mb|104Mhz|支持|双线||
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|[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)|
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|[W25Q16CV](http://www.winbond.com/resource-files/da00-w25q16cvf1.pdf)|Winbond|16Mb|104Mhz|支持|未测试||
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|[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)|
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|[W25Q32BV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q32bv_revi_100413_wo_automotive.pdf)|Winbond|32Mb|104Mhz|支持|双线||
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|[W25Q64CV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q64cv_revh_052214[2].pdf)|Winbond|64Mb|80Mhz|支持|四线||
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|[W25Q128BV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q128bv_revh_100313_wo_automotive.pdf)|Winbond|128Mb|104Mhz|支持|四线||
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|[W25Q256FV](http://www.winbond.com/resource-files/w25q256fv%20revi%2002262016%20kms.pdf)|Winbond|256Mb|104Mhz|支持|四线||
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|[MX25L3206E](http://www.macronix.com/Lists/DataSheet/Attachments/3199/MX25L3206E,%203V,%2032Mb,%20v1.5.pdf)|Macronix|32Mb|86MHz|支持|双线||
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|[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)|
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|[KH25L3206E](http://www.macronix.com.hk/Lists/Datasheet/Attachments/131/KH25L3206E.pdf)|Macronix|32Mb|86Mhz|支持|双线||
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|[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|
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|[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)|
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|[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)|
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|[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||
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|[EN25Q32B](http://www.kean.com.au/oshw/WR703N/teardown/EN25Q32B%2032Mbit%20SPI%20Flash.pdf)|EON|32Mb|104MHz|不支持|未测试||
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|[GD25Q16B](http://www.gigadevice.com/product/detail/5/410.html)|GigaDevice|16Mb|120Mhz|不支持|未测试| by [TanekLiang](https://github.com/TanekLiang) |
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|[GD25Q64B](http://www.gigadevice.com/product/detail/5/364.html)|GigaDevice|64Mb|120Mhz|不支持|双线||
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|[S25FL216K](http://www.cypress.com/file/197346/download)|Cypress|16Mb|65Mhz|不支持|双线||
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|[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) |
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|[S25FL164K](http://www.cypress.com/file/196886/download)|Cypress|64Mb|108Mhz|支持|未测试||
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|[A25L080](http://www.amictechnology.com/datasheets/A25L080.pdf)|AMIC|8Mb|100Mhz|不支持|双线||
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|[A25LQ64](http://www.amictechnology.com/datasheets/A25LQ64.pdf)|AMIC|64Mb|104Mhz|支持|支持||
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|[F25L004](http://www.esmt.com.tw/db/manager/upload/f25l004.pdf)|ESMT|4Mb|100Mhz|不支持|不支持||
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|[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|
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|[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|
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> 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。
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> 一般情况下，支持四线快读的 FLASH 也支持两线快读。
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### 2.2 API 说明
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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。
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#### 2.2.1 初始化 SFUD 库
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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。
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> **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。
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```C
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sfud_err sfud_init(void)
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```
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#### 2.2.2 初始化指定的 Flash 设备
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```C
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sfud_err sfud_device_init(sfud_flash *flash)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |待初始化的 Flash 设备|
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#### 2.2.3 使能快速读模式（仅当 SFUD 开启 QSPI 模式后可用）
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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。
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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。
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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。
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```C
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sfud_err sfud_qspi_fast_read_enable(sfud_flash *flash, uint8_t data_line_width)
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```
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| 参数 | 描述 |
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| :-------------- | :------------------------------------------- |
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| flash | Flash 设备 |
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| data_line_width | QSPI 总线支持的数据线最大宽度，例如：1、2、4 |
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#### 2.2.4 获取 Flash 设备对象
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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` 。
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```C
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sfud_flash *sfud_get_device(size_t index)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|index |Flash 设备位于 FLash 设备表中的索引值|
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#### 2.2.5 读取 Flash 数据
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```C
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sfud_err sfud_read(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, uint8_t *data)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|addr |起始地址|
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|size |从起始地址开始读取数据的总大小|
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|data |读取到的数据|
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#### 2.2.6 擦除 Flash 数据
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> 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。
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```C
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sfud_err sfud_erase(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|addr |起始地址|
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|size |从起始地址开始擦除数据的总大小|
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#### 2.2.7 擦除 Flash 全部数据
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```C
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sfud_err sfud_chip_erase(const sfud_flash *flash)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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#### 2.2.8 往 Flash 写数据
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```C
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sfud_err sfud_write(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, const uint8_t *data)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|addr |起始地址|
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|size |从起始地址开始写入数据的总大小|
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|data |待写入的数据|
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#### 2.2.9 先擦除再往 Flash 写数据
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> 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。
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```C
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sfud_err sfud_erase_write(const sfud_flash *flash, uint32_t addr, size_t size, const uint8_t *data)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|addr |起始地址|
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|size |从起始地址开始写入数据的总大小|
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|data |待写入的数据|
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#### 2.2.10 读取 Flash 状态
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```C
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sfud_err sfud_read_status(const sfud_flash *flash, uint8_t *status)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|status |当前状态寄存器值|
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#### 2.2.11 写（修改） Flash 状态
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```C
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sfud_err sfud_write_status(const sfud_flash *flash, bool is_volatile, uint8_t status)
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```
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|参数 |描述|
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|:----- |:----|
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|flash |Flash 设备对象|
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|is_volatile |是否为易闪失的，true: 易闪失的，及断电后会丢失|
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|status |当前状态寄存器值|
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### 2.3 配置方法
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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。
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#### 2.3.1 调试模式
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打开/关闭 `SFUD_DEBUG_MODE` 宏定义
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#### 2.3.2 是否使用 SFDP 参数功能
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打开/关闭 `SFUD_USING_SFDP` 宏定义
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> 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。
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#### 2.3.3 是否使用该库自带的 Flash 参数信息表
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打开/关闭 `SFUD_USING_FLASH_INFO_TABLE` 宏定义
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> 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。
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#### 2.3.4 既不使用 SFDP ，也不使用 Flash 参数信息表
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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** 。
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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：
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```C
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sfud_flash sfud_norflash0 = {
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.name = "norflash0",
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.spi.name = "SPI1",
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.chip = { "W25Q64FV", SFUD_MF_ID_WINBOND, 0x40, 0x17, 8L * 1024L * 1024L, SFUD_WM_PAGE_256B, 4096, 0x20 } };
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......
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||
sfud_device_init(&sfud_norflash0);
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||
......
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```
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#### 2.3.5 Flash 设备表
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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：
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```C
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enum {
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SFUD_W25Q64CV_DEVICE_INDEX = 0,
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SFUD_GD25Q64B_DEVICE_INDEX = 1,
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||
};
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#define SFUD_FLASH_DEVICE_TABLE \
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{ \
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[SFUD_W25Q64CV_DEVICE_INDEX] = {.name = "W25Q64CV", .spi.name = "SPI1"}, \
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[SFUD_GD25Q64B_DEVICE_INDEX] = {.name = "GD25Q64B", .spi.name = "SPI3"}, \
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}
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```
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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。
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#### 2.3.6 QSPI 模式
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打开/关闭 `SFUD_USING_QSPI` 宏定义
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开启后，SFUD 也将支持使用 QSPI 总线连接的 Flash。
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### 2.4 移植说明
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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。
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### 2.5 添加库目前不支持的 Flash
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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。
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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：
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```
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{"GD25Q64B", SFUD_MF_ID_GIGADEVICE, 0x40, 0x17, 8*1024*1024, SFUD_WM_PAGE_256B, 4096, 0x20},
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```
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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。
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### 2.6 Demo
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目前已支持如下平台下的 Demo
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|路径 |平台描述|
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|:----- |:----|
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|[/demo/stm32f10x_non_os](https://github.com/armink/SFUD/tree/master/demo/stm32f10x_non_os) |STM32F10X 裸机平台|
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||
|[/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|
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### 2.7 许可
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采用 MIT 开源协议，细节请阅读项目中的 LICENSE 文件内容。
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