N25Q128
128-Mbit 3 V, multiple I/O, 4-Kbyte subsector erase on boot sectors,
XiP enabled, serial flash memory with 108 MHz SPI bus interface
Features
SPI-compatible serial bus interface
108 MHz (maximum) clock frequency
2.7 V to 3.6 V single supply voltage
Supports legacy SPI protocol and new Quad
I/O or Dual I/O SPI protocol
Quad/Dual I/O instructions resulting in an
equivalent clock frequency up to 432 MHz:
XIP mode for all three protocols
– Configurable via volatile or non-volatile
registers (enabling
the memory to work in
XiP mode directly after power on)
Program/Erase suspend instructions
Continuous read of entire memory via single
instruction:
– Fast Read
– Quad or Dual Output Fast Read
– Quad or Dual I/O Fast Read
Flexible to fit application:
– Configurable number of dummy cycles
– Output buffer configurable
– Fast POR instruction to speed up power on
phase
– Reset function available upon customer
request
64-byte user-lockable, one-time programmable
(OTP) area
Erase capability
– Subsector (4-Kbyte) granularity in the 8
boot sectors (bottom or top parts).
– Sector (64-Kbyte) granularity
Write protections
– Software write protection applicable to
every 64-Kbyte sector (volatile lock bit)
– Hardware write protection: protected area
size defined by five non-volatile bits (BP0,
BP1, BP2, BP3 and TB bit)
VDFPN8 (F8)
8 × 6 mm (MLP8)
SO16 (SF)
300 mils width
TBGA24 (12)
6 x 8 mm
– Additional smart protections available upon
customer request
Electronic signature
– JEDEC standard two-byte signature
(BA18h)
– Additional 2 Extended Device ID (EDID)
bytes to identify device factory options
– Unique ID code (UID) with 14 bytes read-
only, available upon customer request
More than 100,000 program/erase cycles per
sector
More than 20 years data retention
Packages
– RoHS compliant
February 2010
Rev 1.0
1/180
www.numonyx.com
1
Contents
M25Q128 - 3 V
Contents
1
2
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Signal descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Serial data output (DQ1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Serial data input (DQ0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Serial Clock (C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Chip Select (S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Hold (HOLD) or Reset (Reset) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Write protect/enhanced program supply voltage (W/VPP), DQ2 . . . . . . . 18
V
CC
supply voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
V
SS
ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3
4
SPI Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
SPI Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1
4.2
4.3
Extended SPI protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Dual I/O SPI (DIO-SPI) protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Quad SPI (QIO-SPI) protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5
Operating features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1
Extended SPI Protocol Operating features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
5.1.6
5.1.7
5.1.8
5.1.9
5.1.10
Read Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Page programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Dual input fast program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Dual Input Extended Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Quad Input Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Quad Input Extended Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Subsector erase, sector erase and bulk erase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Polling during a write, program or erase cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Active power and standby power modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Hold (or Reset) condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2
Dual SPI (DIO-SPI) Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2.1
Multiple Read Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2/180
M25Q128 - 3 V
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.5
5.2.6
5.2.7
5.2.8
Contents
Dual Command Fast reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Page programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Subsector Erase, Sector Erase and Bulk Erase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Polling during a Write, Program or Erase cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Read and Modify registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Active Power and Standby Power modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
HOLD (or Reset) condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.3
Quad SPI (QIO-SPI)Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.4
5.3.5
5.3.6
5.3.7
5.3.8
5.3.9
Multiple Read Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Quad Command Fast reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
QUAD Command Page programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Subsector Erase, Sector Erase and Bulk Erase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Polling during a Write, Program or Erase cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Read and Modify registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Active Power and Standby Power modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
HOLD (or Reset) condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
VPP pin Enhanced Supply Voltage feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6
Volatile and Non Volatile Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1
Legacy SPI Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
WIP bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
WEL bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
BP3, BP2, BP1, BP0 bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
TB bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
SRWD bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2
Non Volatile Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
6.2.7
Dummy clock cycle NV configuration bits (NVCR bits from 15 to 12) . . 37
XIP NV configuration bits (NVCR bits from 11 to 9) . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Output Driver Strength NV configuration bits (NVCR bits from 8 to 6) . . 38
Fast POR NV configuration bit (NVCR bit 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Hold (Reset) disable NV configuration bit (NVCR bit 4) . . . . . . . . . . . . 38
Quad Input NV configuration bit (NVCR bit 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Dual Input NV configuration bit (NVCR bit 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.3
Volatile Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.3.1
6.3.2
Dummy clock cycle: VCR bits 7 to 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
XIP Volatile Configuration bits (VCR bit 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.4
Volatile Enhanced Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3/180
Contents
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
6.4.5
M25Q128 - 3 V
Quad Input Command VECR<7> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Dual Input Command VECR<6> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Reset/Hold disable VECR<4> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Accelerator pin enable: QIO-SPI protocol / QIFP/QIEFP VECR<3> . . . 43
Output Driver Strength VECR<2:0> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.5
Flag Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.5.4
6.5.5
6.5.6
6.5.7
P/E Controller Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Erase Suspend Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Erase Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Program Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
VPP Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Program Suspend Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Protection Status bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7
Protection modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
7.1
7.2
SPI Protocol-related protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Specific hardware and software protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
8
9
Memory organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.1
Extended SPI Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
9.1.5
9.1.6
9.1.7
9.1.8
9.1.9
9.1.10
9.1.11
9.1.12
9.1.13
9.1.14
9.1.15
Read Identification (RDID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Read Data Bytes (READ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Read Data Bytes at Higher Speed (FAST_READ) . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Dual Output Fast Read (DOFR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Dual I/O Fast Read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Quad Output Fast Read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Quad I/O Fast Read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Read OTP (ROTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Write Enable (WREN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Write Disable (WRDI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Page Program (PP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Dual Input Fast Program (DIFP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Dual Input Extended Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Quad Input Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Quad Input Extended Fast Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4/180
M25Q128 - 3 V
9.1.16
9.1.17
9.1.18
9.1.19
9.1.20
9.1.21
9.1.22
9.1.23
9.1.24
9.1.25
9.1.26
9.1.27
9.1.28
9.1.29
9.1.30
9.1.31
9.1.32
9.1.33
Contents
Program OTP instruction (POTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Subsector Erase (SSE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Sector Erase (SE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Bulk Erase (BE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Program/Erase Suspend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Program/Erase Resume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Read Status Register (RDSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Write status register (WRSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Read Lock Register (RDLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Write to Lock Register (WRLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Read Flag Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Clear Flag Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Read NV Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Write NV Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Read Volatile Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Write Volatile Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Read Volatile Enhanced Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Write Volatile Enhanced Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
9.2
DIO-SPI Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.2.4
9.2.5
9.2.6
9.2.7
9.2.8
9.2.9
9.2.10
9.2.11
9.2.12
9.2.13
9.2.14
9.2.15
9.2.16
9.2.17
9.2.18
Multiple I/O Read Identification protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Dual Command Fast Read (DCFR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Read OTP (ROTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Write Enable (WREN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Write Disable (WRDI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Dual Command Page Program (DCPP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Program OTP instruction (POTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Subsector Erase (SSE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Sector Erase (SE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Bulk Erase (BE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Program/Erase Suspend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Program/Erase Resume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Read Status Register (RDSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Write status register (WRSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Read Lock Register (RDLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Write to Lock Register (WRLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Read Flag Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Clear Flag Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5/180
