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。