2021年10月25日 | stm32专题十八：详细分析SPI FLASH

这里使用的SPI FLASH型号为W25Q64，是一种NOR FLASH。容量为64M bit = 8M Byte（8M 字节），而AT24C02 EEPROM才只有256字节，存储容量简直不是一个量级，这个FLASH和stm32内部的FLASH性质一样，适合存储语音、文本和数据。

W25Q64BV阵列分为32,768个可编程页面，每页256字节。 一次最多可编程256个字节。 可以以16个组（4KB扇区擦除），128个组（32KB块擦除），256个组（64KB块擦除）或整个芯片（芯片擦除）的组擦除页面。 W25Q64BV分别具有2,048个可擦除扇区和128个可擦除块。 小的4KB扇区允许在需要数据和参数存储的应用中具有更大的灵活性。

支持高达80MHz的时钟频率，可以真正的支持XIP。

基本特性：

引脚定义：

常用的电路接法：

存储框图（把内部存储空间分为了扇区（4KB）和块（64KB））：

Flash的存储特性：

在写入数据之前，必须先擦除（全部擦除为1）；

写入数据时，只能把1改成0；

擦除时必须按最小单位（扇区）来擦除，W25Q64的扇区为4KB，因此最小要以4KB擦除；

NOR FLASH可以一个字节一个字节的读写（所以能支持XIP）；

NAND FLASH必须以块或扇区为单位进行读写；

状态寄存器

BUSY

BUSY是状态寄存器（S0）中的只读位，当器件执行页编程、扇区擦除、块擦除，芯片擦除或写状态寄存器指令时，该位被设置为1状态。 在此期间，器件将忽略除读取状态寄存器和擦除暂停指令之外的其他指令。 当编程、擦除或写入状态寄存器指令完成时，BUSY位将被清除为0状态，表示器件已做好进一步指令的准备。

WEL

写使能锁存器（WEL）是状态寄存器（S1）中的一个只读位，在执行写启用指令后设置为1。当设备被写禁用时，WEL状态位被清除为0。一个写禁用状态发生在通电时或以下任何指令之后：写禁用、页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和写状态寄存器。

BP2 BP1 BP0

块保护位（BP2，BP1，BP0）是状态寄存器（S4，S3和S2）中的非易失性读/写位，提供写保护控制和状态。 可以使用写状态寄存器指令设置块保护位。 可以保护存储器阵列的全部，无或部分不受编程和擦除指令的影响。该块保护位的出厂默认设置为0，没有任何阵列受保护。

其他的状态位使用的不多，那么就有一个问题，FLASH有一个内部状态寄存器，而stm32如何知道flash的寄存器值？

W25Q64指令集：

W25Q64BV的指令集由27条基本指令组成，这些指令通过SPI总线完全控制（参见指令集表）。 通过片选（/ CS）的下降沿启动指令。 时钟输入DI输入的第一个数据字节提供指令代码。 DI输入的数据在时钟的上升沿采样，最高有效位（MSB）优先。

指令的长度从单个字节到几个字节不等，可能后跟地址字节，数据字节，虚拟字节（不关心），在某些情况下，可能是组合。 使用 / CS的上升沿完成指令。 每条指令的时钟相对时序图包含在图4到图30中。所有读指令都可以在任何时钟位之后完成。 但是，所有写入、编程或擦除的指令都必须在字节边界上完成（在完成8位时钟后，CS驱动为高电平）否则指令将被终止。 此功能进一步保护设备免受无意写入。 此外，在编程或擦除存储器时，或者在写入状态寄存器时，除读取状态寄存器外的所有指令都将被忽略，直到编程或擦除周期完成。

指令集表

下面以读取状态寄存器1为例，分析时序图：

读状态寄存器指令允许读取8位状态寄存器。 通过驱动/ CS低电平输入指令，并将状态寄存器-1的指令代码“05h”和状态寄存器-2的“35h”在CLK的上升沿移入DI引脚。 然后状态寄存器位在CLK的下降沿从DO引脚移出，最高有效位（MSB）优先，如图6所示。即使在编程，擦除或写状态寄存器周期正在进行时，也可以随时使用读状态寄存器指令。 这允许检查BUSY状态位以确定何时循环完成，如果设备可以接受另一条指令。 可以连续读取状态寄存器，通过驱动/ CS高电平完成指令。

写使能：

读数据指令：

读数据指令允许从存储器中顺序读取一个以上的数据字节。 通过将/ CS引脚驱动为低电平然后将指令代码“03h”后跟24位地址（A23-A0）移入DI引脚来启动该指令。 代码和地址位在CLK引脚的上升沿锁存。 接收到地址后，寻址存储单元的数据字节将在CLK的下降沿从DO引脚移出，最高有效位（MSB）优先。 在每个数据字节移出后，地址自动递增到下一个更高的地址，从而允许连续的数据流。 这意味着只要时钟继续，就可以使用单个指令访问整个存储器。 通过驱动/ CS高电平完成指令。

读数据指令序列如图8所示。如果在擦除，编程或写周期正在进行时发出读数据指令（BUSY = 1），指令将被忽略，并且不会有任何指令对当前周期的影响。

页编程：

页面编程指令允许从一个字节到256个字节（一页）的数据在上一个擦除（FFh）存储器位置进行编程。 必须在执行之前执行写使能指令设备将接受页面编程指令（状态寄存器位WEL = 1）。 通过将/ CS引脚驱动为低电平然后将指令代码“02h”后跟24位地址（A23-A0）和至少一个数据字节移入DI引脚来启动该指令。 在将数据发送到器件时，/ CS引脚必须在指令的整个长度内保持低电平。 页面程序指令序列如图15所示。

如果要编程整个256字节页，则应将最后一个地址字节（8个最低有效地址位）设置为0。这是因为，一个字节8位，可寻址的大小为2^8 = 256，正好是一页。所以，最后一个字节为0，前面字节递增，正好可以定位到一个页的起始字节。

如果最后一个地址字节不为零，并且时钟数超过剩余页长，则 寻址将包装到页面的开头（类似于EEPROM中的页面翻转）。 在某些情况下，可以编程少于256个字节（部分页面）而不会对同一页面内的其他字节产生任何影响。 执行部分页面编程的一个条件是时钟数不能超过剩余页面长度。 如果向设备发送超过256个字节，则寻址将换行到页面的开头并覆盖先前发送的数据。

时序图分析：

扇区擦除（很常用）：

扇区擦除指令将指定扇区（4K字节）内的所有存储器设置为全1（FFh）的擦除状态。 必须先执行写使能指令，然后器件才能接受扇区擦除指令（状态寄存器位WEL必须等于1）。 通过将/ CS引脚驱动为低电平并将指令代码“20h”移至24位扇区地址（A23-A0）（参见图2）来启动该指令。 扇区擦除指令序列如图17所示。

读取设备ID：

实际上，在进行开机自检的时候，很多时候不知道FLASH是否被正确连接。我们可以利用设备ID号，通过读取ID号，是否与固定的EF或4017h相等，来确定Flash是否正常工作。

这里的24位全部给0就好

读取唯一ID：

读取唯一ID号指令访问出厂设置的只读64位数字，该数字对每个W25Q64BV器件都是唯一的。 ID号可与用户软件方法结合使用，以帮助防止复制或克隆系统。 通过将/ CS引脚驱动为低电平并移位指令代码“4Bh”，然后移位四个字节的虚拟时钟来启动读取唯一ID指令。 之后，64位ID在CLK的下降沿移出，如图28所示。（Dummy可以是任意数据）