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【正点原子STM32连载】 第四十三章 SPI实验 摘自【正点原子】APM32F407最小系统板使用指南
1）实验平台：正点原子stm32f103战舰开发板V4
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/thread-340252-1-1.html##第四十三章 SPI实验
本章将介绍使用APM32F407驱动板载的NOR Flash进行读写操作。通过本章的学习，读者将学习到使用SPI驱动NOR Flash的使用。
本章分为如下几个小节：
43.1 硬件设计
43.2 程序设计
43.3 下载验证43.1 硬件设计
43.1.1 例程功能- 按下KEY_UP和KEY0按键，分别对25Q128进行数据的写入和读取操作，读取到的数据会显示至LCD
- 可通过USMART对25Q128进行读ID和芯片/扇区擦除的操作
- LED0闪烁，指示程序正在运行
43.1.2 硬件资源 - LED
LED0 - PF9 - 按键
KEY0 - PE4
KEY_UP - PA0 - USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
- 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
- SPI1
SPI1_SCK - PB3
SPI1_MISO - PB4
SPI1_MOSI - PB5 - 25Q128
F_CS - PB14
43.1.3 原理图
本章实验使用了板载的25Q128芯片，该芯片是一个NOR Flash，MCU是通过SPI与该NOR Flash进行连接与通信的，该NOR Flash与MCU的连接原理图，如下如图所示：
图43.1.3.1 NOR Flash与MCU的连接原理图
43.2 程序设计
43.2.1 Geehy标准库的SPI驱动
本章实验通过SPI1驱动NOR Flash，因此需要对SPI1进行相应的配置，并使用SPI1与NOR Flash进行通信，其具体的步骤如下所示：
①：配置SPI1
②：使能SPI1
③：使用SPI1发送数据（接收数据）前，等待SPI1发送缓冲区为空（接收缓冲区非空）
④：使用SPI1发送一字节数据
⑤：使用SPI1接收一字节数据
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置SPI
该函数用于配置SPI，其函数原型如下所示：
void SPI_Config(SPI_T* spi, SPI_Config_T* spiConfig);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
spi 指向SPI外设结构体的指针
例如：SPI1、SPI2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
spiConfig 指向SPI配置结构体的指针
需自行定义，并根据SPI的配置参数填充结构体中的成员变量
表43.2.1.1 函数SPI_Config()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表43.2.1.2 函数SPI_Config()返回值描述
该函数使用SPI_Config_T类型的结构体变量传入SPI的配置参数，该结构体的定义如下所示：typedef enum { SPI_MODE_SLAVE, /* 从机模式 */ SPI_MODE_MASTER /* 主机模式 */ } SPI_MODE_T; typedef enum { SPI_DATA_LENGTH_8B, /* 8位数据格式 */ SPI_DATA_LENGTH_16B /*16位数据格式 */ } SPI_DATA_LENGTH_T; typedef enum { SPI_CLKPHA_1EDGE, /* 在第一个时钟边沿进行采样 */ SPI_CLKPHA_2EDGE /* 在第二个时钟边沿进行采样 */ } SPI_CLKPHA_T; typedef enum { SPI_CLKPOL_LOW, /* 时钟信号空闲时为低电平 */ SPI_CLKPOL_HIGH /* 时钟信号空闲时为高电平 */ } SPI_CLKPOL_T; typedef enum { SPI_NSS_HARD, /* 硬件片选 */ SPI_NSS_SOFT /* 软件片选 */ } SPI_NSS_T; typedef enum { SPI_FIRSTBIT_MSB, /* MSB */ SPI_FIRSTBIT_LSB /* LSB */ } SPI_FIRSTBIT_T; typedef enum { SPI_DIRECTION_2LINES_FULLDUPLEX = 0x0000, /* 双线全双工 */ SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY = 0x0100, /* 双线仅接收 */ SPI_DIRECTION_1LINE_RX = 0x0001, /* 单线仅接受 */ SPI_DIRECTION_1LINE_TX = 0x0011 /* 单线仅发送 */ } SPI_DIRECTION_T; typedef enum { SPI_BAUDRATE_DIV_2, /*波特率2分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_4, /*波特率4分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_8, /*波特率8分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_16, /*波特率16分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_32, /*波特率32分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_64, /*波特率64分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_128, /*波特率128分频 */ SPI_BAUDRATE_DIV_256, /*波特率256分频 */ } SPI_BAUDRATE_DIV_T; typedef struct { SPI_MODE_T mode; /* 模式 */ SPI_DATA_LENGTH_T length; /* 数据位长度 */ SPI_CLKPHA_T phase; /* 采样阶段 */ SPI_CLKPOL_T polarity; /* 时钟线空闲极性 */ SPI_NSS_T nss; /* 片选信号 */ SPI_FIRSTBIT_T firstBit; /* 数据第一比特 */ SPI_DIRECTION_T direction; /* 方向 */ SPI_BAUDRATE_DIV_T baudrateDiv; /* 波特率分频 */ uint16_t crcPolynomial; /* CRC校验值 */ } SPI_Config_T; 该函数的使用示例，如下所示： #include "apm32f4xx.h" #include "apm32f4xx_spi.h" void example_fun(void) { SPI_Config_T spi_init_struct; /* 配置SPI1 */ spi_init_struct.mode = SPI_MODE_MASTER; spi_init_struct.length = SPI_DATA_LENGTH_8B; spi_init_struct.phase = SPI_CLKPHA_2EDGE; spi_init_struct.polarity = SPI_CLKPOL_HIGH; spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT; spi_init_struct.firstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; spi_init_struct.direction = SPI_DIRECTION_2LINES_FULLDUPLEX; spi_init_struct.baudrateDiv = SPI_BAUDRATE_DIV_256; spi_init_struct.crcPolynomial = 7; SPI_Config(SPI1_SPI, &spi_init_struct); }- 1
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②：使能SPI
该函数用于使能SPI，其函数原型如下所示：
void SPI_Enable(SPI_T* spi);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
spi 指向SPI外设结构体的指针
例如：SPI1、SPI2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
表43.2.1.3 函数SPI_Enable()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表43.2.1.4 函数SPI_Enable()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：#include "apm32f4xx.h" #include "apm32f4xx_spi.h" void example_fun(void) { /* 使能SPI1 */ SPI_Enable(SPI1); }- 1
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③：读取SPI的状态标志
该函数用于读取SPI的状态标志，其函数原型如下所示：
uint8_t SPI_I2S_ReadStatusFlag(SPI_T* spi, SPI_FLAG_T flag);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
spi 指向SPI外设结构体的指针
例如：SPI1、SPI2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
flag 指定的SPI状态标志
例如：SPI_FLAG_RXBNE、SPI_FLAG_TXBE等（在apm32f4xx_spi.h文件中有定义）
表43.2.1.5 函数SPI_I2S_ReadStatusFlag()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
SET 事件标志发生
RESET 事件标志未发生
表43.2.1.6 函数SPI_I2S_ReadStatusFlag()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：#include "apm32f4xx.h" #include "apm32f4xx_spi.h" void example_fun(void) { uint8_t flag; /* 读取SPI1的接收缓冲区非空标志 */ flag = SPI_I2S_ReadStatusFlag(SPI1, SPI_FLAG_RXBNE); if (flag == SET) { /* Do something. */ } else { /* Do something. */ } }- 1
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④：SPI发送数据
该函数用于使用SPI发送数据，其函数原型如下所示：
void SPI_I2S_TxData(SPI_T* spi, uint16_t data);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
spi 指向SPI外设结构体的指针
例如：SPI1、SPI2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
data 待发送的数据
表43.2.1.7 函数SPI_I2S_TxData()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表43.2.1.8 函数SPI_I2S_TxData()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：#include "apm32f4xx.h" #include "apm32f4xx_spi.h" void example_fun(void) { uint8_t data; data = 0x55; /* 使用SPI1发送1字节数据 */ SPI_I2S_TxData(SPI1, (uint16_t)data); }- 1
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⑤：SPI接收数据
该函数用于接收SPI接收的数据，其函数原型如下所示：
uint16_t SPI_I2S_RxData(SPI_T* spi);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
spi 指向SPI外设结构体的指针
例如：SPI1、SPI2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
表43.2.1.9 函数SPI_I2S_RxData()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
uint16_t类型数据 SPI接收的数据
表43.2.1.10 函数SPI_I2S_TxData()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：#include "apm32f4xx.h" #include "apm32f4xx_spi.h" void example_fun(void) { uint8_t data; /* 接收SPI1接收到的1字节数据 */ data = (uint8_t)SPI_I2S_RxData(SPI1); /* Do something. */ }- 1
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43.2.2 SPI驱动
本章实验的SPI驱动主要负责向NOR Flash驱动提供SPI的各种操作函数，例如：SPI初始化、SPI读写等。本章实验中，SPI的驱动代码包括spi.c和spi.h两个文件。
SPI驱动中，对SPI、GPIO相关的宏定义，如下所示：#define SPI1_SPI SPI1 #define SPI1_SPI_CLK_ENABLE() \ do { \ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_SPI1); \ } while (0) #define SPI1_SCK_GPIO_PORT GPIOB #define SPI1_SCK_GPIO_PIN GPIO_PIN_3 #define SPI1_SCK_GPIO_PIN_SOURCE GPIO_PIN_SOURCE_3 #define SPI1_SCK_GPIO_AF GPIO_AF_SPI1 #define SPI1_SCK_GPIO_CLK_ENABLE() \ do { \ RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOB); \ } while (0) #define SPI1_MISO_GPIO_PORT GPIOB #define SPI1_MISO_GPIO_PIN GPIO_PIN_4 #define SPI1_MISO_GPIO_PIN_SOURCE GPIO_PIN_SOURCE_4 #define SPI1_MISO_GPIO_AF GPIO_AF_SPI1 #define SPI1_MISO_GPIO_CLK_ENABLE() \ do { \ RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOB); \ } while (0) #define SPI1_MOSI_GPIO_PORT GPIOB #define SPI1_MOSI_GPIO_PIN GPIO_PIN_5 #define SPI1_MOSI_GPIO_PIN_SOURCE GPIO_PIN_SOURCE_5 #define SPI1_MOSI_GPIO_AF GPIO_AF_SPI1 #define SPI1_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE() \ do { \ RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOB); \ } while (0) SPI驱动中，SPI的初始化函数，如下所示： /** * @brief 初始化SPI1 * @param 无 * @retval 无 */ void spi1_init(void) { GPIO_Config_T gpio_init_struct; SPI_Config_T spi_init_struct; /* 使能时钟 */ SPI1_SPI_CLK_ENABLE(); /* 使能SPI1时钟 */ SPI1_SCK_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能SPI1 SCK引脚端口时钟 */ SPI1_MISO_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能SPI1 MISO引脚端口时钟 */ SPI1_MOSI_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能SPI1 MOSI引脚端口时钟 */ /* 配置SPI1 SCK引脚 */ GPIO_ConfigPinAF( SPI1_SCK_GPIO_PORT, /* 配置SPI1 SCK引脚复用功能 */ SPI1_SCK_GPIO_PIN_SOURCE, SPI1_SCK_GPIO_AF); gpio_init_struct.pin = SPI1_SCK_GPIO_PIN; /* SPI1 SCK引脚 */ gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_AF; /* 复用功能模式 */ gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_100MHz; /* 高速 */ gpio_init_struct.otype = GPIO_OTYPE_PP; /* 推挽输出 */ gpio_init_struct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL; /* 禁止上拉/下拉 */ GPIO_Config(SPI1_SCK_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置SPI1 SCK引脚 */ /* 配置SPI1 MISO引脚 */ GPIO_ConfigPinAF( SPI1_MISO_GPIO_PORT, /* 配置SPI1 MISO引脚复用功能 */ SPI1_MISO_GPIO_PIN_SOURCE, SPI1_MISO_GPIO_AF); gpio_init_struct.pin = SPI1_MISO_GPIO_PIN; /* SPI1 MISO引脚 */ gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_AF; /* 复用功能模式 */ gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_100MHz; /* 高速 */ gpio_init_struct.otype = GPIO_OTYPE_PP; /* 推挽输出 */ gpio_init_struct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL; /* 禁止上拉/下拉 */ GPIO_Config(SPI1_MISO_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置SPI1 MISO引脚 */ /* 配置SPI1 MOSI引脚 */ GPIO_ConfigPinAF( SPI1_MOSI_GPIO_PORT, /* 配置SPI1 MOSI引脚复用功能 */ SPI1_MOSI_GPIO_PIN_SOURCE, SPI1_MOSI_GPIO_AF); gpio_init_struct.pin = SPI1_MOSI_GPIO_PIN; /* SPI1 MOSI引脚 */ gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_AF; /* 复用功能模式 */ gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_100MHz; /* 高速 */ gpio_init_struct.otype = GPIO_OTYPE_PP; /* 推挽输出 */ gpio_init_struct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL; /* 禁止上拉/下拉 */ GPIO_Config(SPI1_MOSI_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置SPI1 MOSI引脚 */ /* 配置SPI1 */ spi_init_struct.mode = SPI_MODE_MASTER; spi_init_struct.length = SPI_DATA_LENGTH_8B; spi_init_struct.phase = SPI_CLKPHA_2EDGE; spi_init_struct.polarity = SPI_CLKPOL_HIGH; spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT; spi_init_struct.firstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; spi_init_struct.direction = SPI_DIRECTION_2LINES_FULLDUPLEX; spi_init_struct.baudrateDiv = SPI_BAUDRATE_DIV_256; spi_init_struct.crcPolynomial = 7; SPI_Config(SPI1_SPI, &spi_init_struct); /* 配置SPI1 */ SPI_Enable(SPI1_SPI); /* 使能SPI1 */ }- 1
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可以看到，该函数会配置并使能SPI1，同时也配置SPI使用的GPIO引脚的复用功能。
SPI驱动中，使用SPI传输1字节数据的函数，如下所示：/** * @brief SPI1读写一个字节数据 * @param txdata: 待发送的一字节数据 * @retval 接收到的一字节数据 */ uint8_t spi1_read_write_byte(uint8_t txdata) { uint8_t rxdata; /* 等待发送缓冲器为空 */ while (SPI_I2S_ReadStatusFlag(SPI1_SPI, SPI_FLAG_TXBE) != SET); /* 发送一字节数据 */ SPI_I2S_TxData(SPI1_SPI, txdata); /* 等待接收缓冲非空 */ while (SPI_I2S_ReadStatusFlag(SPI1_SPI, SPI_FLAG_RXBNE) != SET); /* 接收一字节数据 */ rxdata = SPI_I2S_RxData(SPI1_SPI); return rxdata; }- 1
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使用SPI传输1字节数据就是先后发送并接收1字节数据。
43.2.3 NOR Flash驱动
本章实验的NOR Flash驱动主要负责向应用层提供NOR Flash的初始化和读写操作等函数。本章实验中，NOR Flash的驱动代码包括norflash.c和norflash.h两个文件。
NOR Flash驱动中，对GPIO的相关宏定义，如下所示：#define NORFLASH_CS_GPIO_PORT GPIOB #define NORFLASH_CS_GPIO_PIN GPIO_PIN_14 #define NORFLASH_CS_GPIO_CLK_ENABLE() \ do { \ RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOB); \ } while (0) #define NORFLASH_CS(x) do { x ? \ GPIO_SetBit(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, NORFLASH_CS_GPIO_PIN) : \ GPIO_ResetBit(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, NORFLASH_CS_GPIO_PIN); \ } while (0) NOR Flash驱动中，初始化NOR Flash的函数，如下所示： /** * @brief 初始化NOR Flash * @param 无 * @retval 无 */ void norflash_init(void) { GPIO_Config_T gpio_init_struct; uint8_t temp; /* 使能时钟 */ NORFLASH_CS_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能NOR Flash片选引脚端口时钟 */ /* 配置NOR Flash片选引脚 */ gpio_init_struct.pin = NORFLASH_CS_GPIO_PIN; /* NOR Flash片选引脚 */ gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_OUT; /* 通用输出模式 */ gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_100MHz; /* 高速 */ gpio_init_struct.otype = GPIO_OTYPE_PP; /* 推挽输出 */ gpio_init_struct.pupd = GPIO_PUPD_UP; /* 上拉 */ GPIO_Config(NORFLASH_CS_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); NORFLASH_CS(1); /* 失能NOR Flash片选 */ /* 配置SPI1接口 */ spi1_init(); /* 初始化SPI1 */ spi1_set_speed(SPI_SPEED_4); /* 设置SPI1速度，84MHz/4=21MHz */ g_norflash_type = norflash_read_id();/* 读取NOR Flash芯片ID */ if (g_norflash_type == W25Q256) /* W25Q256需使能4字节地址模式 */ { temp = norflash_read_sr(3); /* 读状态寄存器3，判断地址模式 */ if ((temp & 0x01) == 0) /* 如果不是4字节地址模式，则需进行相应配置 */ { norflash_write_enable(); /* NOR Flash写使能 */ temp |= (1 << 1); /* ADP=1，配置上电4字节地址模式 */ norflash_write_sr(3, temp); /* 写状态寄存器3 */ NORFLASH_CS(0); /* 使能NOR Flash片选 */ spi1_read_write_byte(NORFLASH_Enable4ByteAddr);/* 使能4字节地址模式 */ NORFLASH_CS(1); /* 失能NOR Flash片选 */ } } }- 1
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可以看到，在NOR Flash的初始化函数中，先初始化了控制NOR Flash片选的GPIO引脚，然后再是初始化与NOR Flash通讯的SPI并配置其通讯波特率，最后还会根据不同容量的NOR Flash做相应的配置操作。
NOR Flash驱动中其他对NOR Flash的操作函数，例如，NOR Flash的读写函数、擦除函数等，请读者结合25Q128 NOR Flash芯片的数据手册查看本实验的配套实验源码。
43.2.4 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：/* 待写入NOR Flash的数据 */ static const uint8_t g_text_buf[] = {"APM32 SPI TEST"}; /* 待写入NOR Flash数据的长度 */ #define TEXT_SIZE sizeof(g_text_buf) int main(void) { uint16_t id; uint8_t t = 0; uint8_t key; uint8_t data[TEXT_SIZE]; uint32_t flashsize; NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3); /* 设置中断优先级分组为组3 */ sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 配置系统时钟 */ delay_init(168); /* 初始化延时功能 */ usart_init(115200); /* 初始化串口 */ usmart_dev.init(84); /* 初始化USMART */ led_init(); /* 初始化LED */ lcd_init(); /* 初始化LCD */ norflash_init(); /* 初始化NOR Flash */ lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED); lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "SPI TEST", RED); lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED); lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY_UP:Write KEY0:Read", RED); id = norflash_read_id(); /* 读NOR Flash芯片ID */ while ((id == 0) || (id == 0xFFFF)) /* 检测不到NOR Flash芯片 */ { lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "NOR Flash Check Failed!", RED); delay_ms(500); lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED); delay_ms(500); LED0_TOGGLE(); } /* NOR Flash检测正常 */ lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "NOR FLASH Ready!", BLUE); flashsize = 16 * 1024 * 1204; /* NOR Flash容量为16MB */ while (1) { t++; key = key_scan(0); if (key == WKUP_PRES) /* 写入数据 */ { lcd_fill(0, 150, 239, 319, WHITE); lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Start Write Flash....", BLUE); sprintf((char *)data, "%s%d", (char *)g_text_buf, t); /* 从倒数第100个地址处开始写入TEXT_SIZE个字节的数据 */ norflash_write((uint8_t *)data, flashsize - 100, TEXT_SIZE); lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Flash Write Finished!", BLUE); } else if (key == KEY0_PRES) /* 读取数据 */ { lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Start Read FLASH... . ",BLUE); /* 从倒数第100个地址处开始读出TEXT_SIZE个字节的数据 */ norflash_read(data, flashsize - 100, TEXT_SIZE); lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "The Data Readed Is: ",BLUE); lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, (char *)data, BLUE); } if (t == 20) { LED0_TOGGLE(); t = 0; } delay_ms(10); } }- 1
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从本章实验的应用代码中可以看到，在初始化完NOR Flash后，会检测与NOR Flash的连接是否正常，若与NOR Flash的连接正常，则会不断地等待按键输入，若检测到KEY_UP按键被按下，则会往NOR Flash的指定地址中写入指定的数据，若检测KEY0按键被按下，则会从NOR Flash的指定地址中读取数据，并在LCD上进行显示。
43.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，若MCU与NOR Flash的连接无误，则可以在LCD上看到“NOR Flash Ready！”的提示信息，此时可以按下KEY_UP按键往NOR Flash的指定地址写入指定的数据，然后再按下KEY_0按键从NOR Flash的指定地址将写入的数据读回来在LCD上进行显示，此时便可以看到LCD上显示“APM32 SPI TESTn”的提示信息，该提示信息就是从NOR Flash中读回的数据。 -
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