细说Flash存储芯片W25Q128FW和W25Q16BV

目录

一、Flash存储芯片W25Q128FW

1、W25Q128硬件接口和连接

2、存储空间划分

3、数据读写的原则

4、操作指令

（1）“写使能”指令

（2）“读数据”指令

（3）“写数据”指令

5、状态寄存器SR1

二、Flash存储芯片W25Q16JV

---

一、Flash存储芯片W25Q128FW

1、W25Q128硬件接口和连接

        W25Q128FWFIG是一个Flash存储芯片，容量为128Mbit，也就是16MB。W25Q128支持标准SPI，除标准SPI外还支持Dual/Quad SPI。若W25Q128工作于Dual/Quad SPI通信模式，需要连接的MCU也支持Dual/QuadSPI通信。具有QUADSPI接口的MCU才支持Dual/Quad SPI通信，如STM32F214、STM32G474等。STM32F407只有标准SPI接口，不支持Dual/Quad SPI通信。

        W25Q128的各个引脚的功能描述如下（以普中PZ6808L或T300开发板原理图为例）：

• DO、DI、CLK这3个SPI引脚与MCU的SPI1接口的相应引脚连接，占用PB4、PB5、PB3引脚。
• 片选信号CS与MCU的PB14连接，由MCU通过GPIO引脚PB14的输出控制W25Q128的片选状态。
• WP是写保护设置引脚，WP为低电平时，禁止修改内部的状态寄存器，与状态寄存器的一些位配合使用，可以对内部的一些存储区域进行写保护。电路中将WP接高电平，也就是不使用此写保护信号。
• HOLD是硬件保持信号引脚。当器件被选中时，如果HOLD输入为低电平，那么DO引脚变为高阻态，DI和CLK的输入被忽略。当HOLD输入为高电平时，SPI的操作又继续。这里将HOLD引脚接电源，就是不使用保持功能。

        W25Q128支持SPI模式0和模式3。在MCU与W25Q128通信时，设置使用SPI模式3，即设置CPOL=1，CPHA=1。

2、存储空间划分

        W25Q128总容量为16MB，使用24位地址线，地址范围是0x000000～0xFFFFFF。16MB分为256个块(Block)，每个块的大小为64KB，16位偏移地址，块内偏移地址范围是0x0000～0xFFFF。

        每个块又分为16个扇区(Sector)，共4096个扇区，每个扇区的大小为4KB,12位偏移地址，扇区内偏移地址范围是0x000～0xFFF。

        每个扇区又分为16个页(Page)，共65536个页，每个页的大小为256字节，8位偏移地址，页内偏移地址范围是0x00～0xFF。

3、数据读写的原则

        从W25Q128读取数据时，用户可以从任意地址开始读取任意长度的数据。

        向W25Q128写入数据时，用户可以从任何地址开始写数据，但是一次SPI通信写入的数据范围不能超过一个页的边界。所以，如果从页的起始地址开始写数据，一次最多可写入一个页的数据，即256字节。如果一次写入的数据超过页的边界，会再从页的起始位置开始写。向存储区域写入数据时，存储区域必须是被擦除过的，也就是存储内容是0xFF，否则写入数据操作无效。用户可以对整个器件、某个块、某个扇区进行擦除操作，但是不能对单个页进行擦除。

4、操作指令

        SPI的硬件层和传输协议只是规定了传输一个数据帧的方法，对具体的SPI器件的操作由器件规定的操作指令实现。W25Q128制定了很多的操作指令，用以实现各种功能。W25Q128的操作指令由1字节或多字节组成，指令的第1个字节是指令码，其后跟随的是指令的参数或返回的数据。W25Q128常用的几个指令如表。表中用括号表示返回的数据，A23～A0是24位的全局地址，dummy表示必须发送的无效字节数据，一般发送0x00。

指令名称	BYTE1指令码	BYTE2	BYTE3	BYTE4	BYTE5	BYTE6
写使能	0x06	——	——	——	——	——
读状态寄存器1	0x05	(S7~S0)	——	——	——	——
读状态寄存器2	0x35	(S15~S8)	——	——	——	——
读厂家和设备ID	0x90	dummy	dummy	0x00	(MF7～MF0)	(ID7～ID0)
读64位序列号	0x4B	dummy	dummy	dummy	dummy	(ID63～ID0)
器件擦除	0xC7/0x60	——	——	——	——	——
块擦除(64KB)	0xD8	A23～A16	A15～A8	A7～A0	——	——
扇区擦除(4KB)	0x20	A23～A16	A15～A8	A7～A0	——	——
写数据(页编程)	0x02	A23～A16	A15～A8	A7～A0	D7～D0	——
读数据	0x03	A23～A16	A15～A8	A7～A0	(D7～D0)	——
快速读数据	0x0B	A23～A16	A15～A8	A7～A0	dummy	(D7～D0)

        以几个指令为例，说明指令传输的过程，以及返回数据的读取等原理。

（1）“写使能”指令

        “写使能”指令(指令码0x06)只有一个指令码，其传输过程如图所示。一个指令总是从片选信号CS由高到低的跳变开始，片选信号CS由低到高的跳变结束。

        CS变为低电平后，MCU向W25Q128传输1字节数据0x06，然后结束SPI传输即可。W25Q128接收数据后，根据指令码判断指令类型，并进行相应的处理。“写使能”指令是将状态寄存器1的WEL位设置为1，在擦除芯片、擦除扇区等操作之前必须执行“写使能”指令。无返回数据的指令的操作都与此类似，就是连续将指令码、指令参数发送给W25Q128即可。

（2）“读数据”指令

        “读数据”指令(指令码0x03)用于从某个地址开始读取一定个数的字节数据，其时序如图16-6所示。地址A23～A0是24位全局地址，分解为3字节，在发送指令码0x03后，再发送3字节的地址数据。然后MCU开始从DO线上读取数据，一次读取1字节，可以连续读取，W25Q128会自动返回下一地址的数据。

（3）“写数据”指令

        “写数据”指令(指令码0x02)就是数据手册上的“页编程”指令，用于向任意地址写入一定长度的数据。“写数据”指令的时序如图所示，图中是向一个页一次写入256字节的数据。一个页的容量是256字节，写数据操作一次最多写入256字节。如果数据长度超过256字节，会从页的起始位置开始继续写。所以，如果要一次写入256字节的数据，写入的起始地址必须是页的起始地址。

        "写数据"指令的起始地址可以是任意地址，数据长度也可以小于256，但如果写的过程中地址超过页的边界，就会从页的起始地址开始继续写。

        写数据操作的存储单元必须是被擦除过的，也就是内容是0xFF。如果存储单元的内容不是0xFF，那么重新写入数据无效。所以，已经写过的存储区域是不能重复写入的，需要擦除后才能再次写入。

 

5、状态寄存器SR1

        W25Q128有3个状态寄存器(status register)，用于对器件的一些参数进行配置，或返回器件的当前状态信息。对W25Q128的编程最常到状态寄存器SR1，其各个位的定义见表。

位编号	位名称	功能说明	存储特性	读/写特性
S7	SRP0	状态寄存器保护位0	非易失	可写
S6	SEC	扇区保护	非易失	可写
S5	TB	顶/底保护	非易失	可写
S4	BP2	块保护位2	非易失	可写
S3	BP1	块保护位1	非易失	可写
S2	BP0	块保护位0	非易失	可写
S1	WEL	写使能锁存	易失	只读
S0	BUSY	有正在进行的擦除或写操作	易失	只读

        通过读状态寄存器SR1的指令(指令码0x05)，我们可以读取SR1的内容。状态寄存器中某些位是可写的，是指可以通过写状态寄存器的指令修改这些位的内容；某些位是非易失的，是指修改的内容可永久保存，掉电也不会丢失。

        SR1中有2个位在编程中经常用到：WEL位和BUSY位。

        写使能锁存(Write Enable Latch,WEL)位是只读的。器件上电后，WEL位是0。只有当WEL位是1时，才能进行擦除芯片、擦除扇区、页编程等操作。这些操作执行完成后，WEL位自动变为0。只有执行“写使能”指令(指令码0x06)后，WEL位才变为1。所以，在进行擦除芯片、擦除扇区、页编程等操作之前，"写使能"指令是必须先执行的。

        BUSY位是只读的，表示器件是否处于忙的状态。如果BUSY位是1，表示器件正在执行页编程、扇区擦除、器件擦除等操作。此时，除了“读状态寄存器”指令和“擦除/编程挂起”指令，器件会忽略其他任何指令。当正在执行的页编程、擦除等指令执行完之后，BUSY位自动变为0，这意味着可以继续执行其他指令了。

        其他位以及状态寄存器SR2和SR3的具体定义，可以查阅W25Q128的数据手册。一定要注意，在没有完全搞清楚状态寄存器各个位的意义和用法之前，请勿随便修改状态寄存器的内容，因为有些位是非易失的，有些位还是一次性编程的，修改状态寄存器的内容可能改变器件的特性，甚至造成器件无法再使用。

二、Flash存储芯片W25Q16BV