STM32硬件篇：W25Q64

W25Q64简介

W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单（使用SPI通信协议）的非易失性（掉电不丢失）存储器，常用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景。

【注意】W25Qxx芯片只支持SPI的模式0和模式3。

存储介质：Nor Flash（闪存）

时钟频率：80MHz/160MHz（Dual SPI）/320MHz（Quad SPI）

----------拓展----------

上述Dual SPI指双重SPI，当SPI通信只发送或只接收时有点浪费资源，但W25Qxx芯片的厂商不忍心浪费，对SPI做出了一些改进：在只发送时，可以同时用MOSI和MISO发送；在接收时，也可以同时用MOSI和MISO发送。即MOSI和MISO既可以发送又可以接收，一个SCK时钟同时发送或接收两位数据。

Quad SPI指四重SPI，对于W25Qxx芯片，除了SPI通信引脚，还有两个引脚：一个是WP写保护、一个是HOLD。这两个引脚，如果不需要的话也可以充当数据传输引脚。（加上MISO和MOSI，一共4个数据传输引脚）

有点并行传输的意思。

对于W25Qxx芯片，共有以下这些型号：

W25Q40	4Mbit	512KByte
W25Q80	8Mbit	1MByte
W25Q16	16Mbit	2MByte
W25Q32	32Mbit	4MByte
W25Q64	64Mbit	8MByte
W25Q128	128Mbit	16MByte
W25Q256	256Mbit	32MByte

【注意】其存储容量的地址为24位地址（最大分配16MB），因为每个字节都要分配一个地址，这样才能找到它们。但对于W25Q256芯片，24位地址是不够的。根据数据手册，其分为3字节地址模式和4字节地址模式，在3字节地址模式下，只能读写前16MB的数据；

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模块硬件电路

如上为W25Q64模块的原理图，其各引脚功能如下：

引脚	功能
VCC、GND	电源（2.7~3.6V）
CS（SS）	SPI从机选择
CLK（SCK）	SPI时钟
DI（MOSI）	主机输出从机输入
DO（MISO）	主机输入从机输出
WP	写保护（数据能否被写入）
HOLD	数据保持

可以看出，此模块不使用WP和HOLD引脚（均为高电平） 。

【注意】关于HOLD，当你正常读写时突然产生中断，然后要用SPI去操控其他器件。这时如果把CS置回高电平，那时序就终止了。但如果你不想终止时序，又想操控其他器件，可以将HOLD引脚置低电平，这样芯片就hold住了：芯片释放总线，但芯片时序不会终止，而是会记住当前状态。HOLD置回高电平后，又会继续之前的时序。

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W25Qxx内部结构

存储器划分：①对于一整个存储空间（以8MB为例），分为128块（一个块64KB）。对于每个块，又划分为16个扇区（一个扇区4KB）；②对于整个空间，又可以划分成很多页，每页256字节（一个页包括：xxxx00~xxxxFF）。

块	xx0000~xxFFFF
扇区	xxx000~xxxFFF
页	xxxxx0~xxxxxF

SPI控制逻辑：芯片内部进行地址锁存、数据读写等操作都可以由控制逻辑来自动完成，控制逻辑就相当于整个芯片的管理员。

状态寄存器：芯片是否忙碌、是否写使能、是否写保护都可以在状态寄存器里体现。

写控制逻辑：配合WP引脚实现硬件写保护。

高电压生成器：用于实现掉电不丢失。

页地址锁存/计数器：用于指定页地址，3位地址的前两位进入页地址锁存/计数器里

字节地址锁存/计数器：用于指定字节地址，3位地址的最后一位进入字节地址锁存/计数器里

页地址通过写保护和行解码来选择操作哪一页，字节地址通过列解码和256字节页缓存来进行指定地址的读写操作。又因为地址锁存都有计数器，地址指针在读写之后，自动加1。

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对于256字节页缓存区，实际是一个256字节的RAM存储器。数据读写就是通过这个RAM缓存器来进行的。我们写数据，先将数据放到缓存区里，等时序结束，芯片再将缓存区的数据复制到对应的Flash里面（放入具体某一页里面），进行永久保存。

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为什么要有缓存区呢，而不进行直接读写？这是因为SPI的写入频率是非常高的，而Flash的写入是比较慢的（而RAM的速度非常快），所以先放RAM里面存着。但由于RAM缓存区只有256个字节，因此连续的写入量不能超过256个字节。因此当时序结束后，芯片又要将RAM里的数据移入Flash里，这需要一定的时间，所以芯片会进入一段忙的状态。

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Flash操作注意事项

因为Flash作为一种掉电不丢失的存储器，为了保证掉电不丢失这个特性，同时还要保证存储容量足够大、成本足够低，所以Flash存储器会在其他地方（如操作便携性等）作出一些妥协和让步。

写操作时：

1、写入操作时，必须先进行写使能。用SPI发生一个写使能指令即可。通过查询状态寄存器的WEL位来确定能否进行写入操作（1代表写使能）。

2、每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1（成本原因或技术原因）。

3、写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1。发出擦除指令后，芯片也会进入忙状态。

4、擦除必须按最小擦除单元（整个存储区/按块擦除/按扇区擦除）进行，若只想擦除某一个字节，只能将其所在的最小擦除单元全部擦除。

5、连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入。

6、写操作结束后，芯片会进入忙状态，不响应新的读写操作。通过读取状态寄存器的BUSY位来判断芯片是否忙碌（BUSY为0代表不忙）。

读操作时：

1、直接调用读取时序，无需使能，没有页的限制。

2、读取操作后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取。

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一些SPI指令集

写使能：指令码---0x06；

写失能：指令码---0x04；

读取状态寄存器：指令码---0x05；数据位---S7~S0（寄存器8位中的某一位）；

页编程（数据写入）：指令码---0x02；数据位---3字节地址码、数据...

扇区擦除：指令码---0x20；数据位---3字节地址码；（此地址对应某个字节，芯片会直接对应到该字节所在扇区，并对该扇区进行擦除）

读取数据：指令码---0x03；数据位---3字节地址、数据...

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