嵌入式——Flash（W25Q64）

一、初识W25Q64

1. 基本认识

2. 引脚介绍

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二、W25Q64特性

1. SPI模式

2. 双输出SPI方式

三、状态寄存器

1. BUSY位

2. WEL位

3. BP2、BP1、 BP0位

4. TB位

5. 保留位

6. SRP位

四、常用操作指令

1. 写使能指令（06h）

2. 写禁止指令（04h）

3. 读状态寄存器指令（05h）

4. 写状态寄存器指令（01h）

5. 读数据指令（03h）

五、相关代码

1. W25Q64的常用操作驱动。

2. 工程地址

一、初识W25Q64

1. 基本认识

W25Q64是华邦公司推出的大容量 基于SPI通信的FLASH 产品，工作电压为 2.7~3.6V，存储容量为 64Mb（8MB），擦写周期可达 10万次，数据保存时间可达 20年。 W25Q64系列 Flash存储器与普通串行Flash存储器相比，其使用更灵活、性能更出色，非常 适合用于存储声音、文本和数据。

        W25Q64 有 32768个可编程页，每页 256字节。

        使用 页编程指令就可以每次编程 256字节。

        使用 扇区擦除指令可以每次擦除 256字节。

        使用 块擦除指令可以每次擦除 256 页。

        使用 整片擦除指令可以擦除整个芯片。

W25Q64 共有 2048个可擦除扇区（一个大小 4096字节）或 128个可擦除块。

2. 引脚介绍

W25Q16、 W25Q32 和 W25Q64 支持标准的 SPl接口，传输速率最大 75 MHz，采用四线制，即4个引脚。

① 串行时钟引脚（CLK）

② 芯片选择引脚（CS）

③ 串行数据输出引脚（DO）

④ 串行数据输入 / 输出引脚（DIO）：在普通情况下，该引脚是 串行输入引脚（DI），当使用 快读双输出 指令时，该引脚就变成了输出引脚，在这种情况下，芯片就有 2个 DO引脚，所以称为 双输出，其通信速率相当于翻了一番，所以传输速率更快。

二、W25Q64特性

1. SPI模式

W25Q16 / 32 / 64支持通过 四线制SPl总线方式访问，支持 两种 SPI通信方式，即模式 0 和模式 3 都支持。

模式 0 和模式 3 的主要区别是：当主机的SPl接口处于空闲或者没有数据传输时，CLK的电平是高电平还是低电平。对于模式 0，CLK的电平为低电平；对于模式 3，CLK的电平为高电平。在 两种模式下芯片都是在 CLK的上升沿采集输入数据，下降沿输出数据。

2. 双输出SPI方式

W25Q16 / 32 / 64 支持 SPI 双输出方式，但需要使用 快读双输出指令（Fast Read Dual Output），这时通信速率相当于标准 SPI 的 2倍。这个命令非常适合在 需要一上电就快速下载代码到内存中的情况或者需要缓存代码段到内存中运行的情况。在使用快读双输出指令后，DI 引脚变为输出引脚。

3.保持功能

芯片处于使能状态（CS=0）时，把 HOLD引脚拉低可以 使芯片暂停工作，适用于芯片和其他器件共享主机 SPI 接口的情况。

例如：当 主机接收到一个更高优先级的中断时 就会抢占主机的 SPl接口，而这时芯片的页缓存区（Page Buffer）还有一部分没有写完，在这种情况下，保持功能可以保存好 页缓存区的数据，等中断释放 SPI 口时，再继续完成刚才没有写完的工作。

使用保持功能，CS引脚必须为低电平。在 HOLD引脚出现下降沿以后，如果CLK引脚为低电平，将 开启保持功能；如果 CLK引脚为高电平，保持功能在 CLK引脚的下一个下降沿开始。在 HOLD引脚 出现上升沿以后，如果 CLK引脚为低电平，保持功能将结束；如果 CLK引脚为高电平，在 CLK引脚的下一个下降沿保持功能将结束。

在保持功能起作用期间，DO引脚处于 高阻抗状态，DI引脚和 DO引脚上的信号将被忽略，而且在此期间，CS引脚也必须 保持低电平，如果在此期间 CS引脚电平被拉高，芯片内部的逻辑将会被重置。

三、状态寄存器

1. BUSY位

忙位，是只读位，位于状态寄存器中的S0。当执行页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除、写状态寄存器等指令时，该位将自动置 1。此时，除了读状态寄存器指令，其他指令都忽略；当页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和写状态寄存器等指令执行完毕之后，该位将自动清 0，表示芯片可以接收其他指令了。

2. WEL位

写保护位，是只读位，位于状态寄存器中的S1。执行完写使能指令后，该位将置 1。当芯片处于写保护状态下，该位为 0。

在下面两种情况下，会进入 写保护状态：掉电后执行指令写禁止、页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除，以及写状态寄存器。

3. BP2、BP1、 BP0位

块保护位，是可读可写位，分别位于状态寄存器的S4、S3、S2，可以用写状态寄存器指令置位这些块保护位。

在默认状态下，这些位都为 0，即 块处于未保护状态下。可以设置块为没有保护、部分保护或者全部保护等状态。

当 SPR位为 1 或 /P引脚为低电平时，这些位不可以被更改。

4. TB位

底部和顶部块的保护位，是可读可写位，位于状态寄存器的 S5。该位默认为 0，表明顶部和底部块 处于未被保护状态下，可以用写状态寄存器指令置位该位。当 SPR位为 1 或 /WP引脚为低电平时，这些位不可以被更改。

5. 保留位

位于状态寄存器的 S6，读取状态寄存器值时，该位为 0。

6. SRP位

状态寄存器保护位，是可读可写位，位于状态寄存器的 S7。该位结合 /P引脚可以禁止写状态寄存器功能。

该位默认值为0。当SRP=0时，/WP引脚 不能控制状态寄存器的写禁止；当 SRP=1 且 /P=0时，写状态寄存器指令失效；当SRP=1 且 /P=1 时，可以执行写状态寄存器指令。

四、常用操作指令

1. 写使能指令（06h）

该指令会使状态寄存器WEL位置位。在执行每个页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和写状态寄存器等指令之前，都要先置位 WEL。/CS引脚先拉低为低电平后，写使能指令代码 06h 从 DI引脚输入，在 CLK上升沿采集，然后将 /CS引脚拉高为高电平。

2. 写禁止指令（04h）

该指令将会使 WEL位变为0。/CS引脚 拉低为低电平后，再把 04h 从 DI引脚输入到芯片，将 /CS引脚 拉高为高电平后，就可完成这个指令。

在执行完 写状态寄存器、页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除等指令之后，WEL位就会自动变为 0。

3. 读状态寄存器指令（05h）

当 /CS引脚 拉低为低电平后，开始把 05h 从 DI引脚输入到芯片，在 CLK的上升沿时数据被芯片采集，当芯片采集到的数据为 05h 时，芯片就会把状态寄存器的值从 DO引脚输出，数据在CLK的下降沿输出，高位在前。

读状态寄存器指令在任何时候都可以用，甚至在编程、擦除和写状态寄存器的过程中也可以用，这样就可以根据状态寄存器的 BUSY位判断编程、擦除和写状态寄存器周期有没有结束，从而知道芯片是否可以接收下一条指令了。

如果 /CS引脚 没有被拉高为高电平，状态寄存器的值将一直从DO引脚输出。/CS引脚拉高为高电平后，读状态寄存器指令结束。

4. 写状态寄存器指令（01h）

在执行写状态寄存器指令之前，需要 先执行写使能指令。先将 /CS引脚拉低为低电平后，然后把 01h 从 DI引脚输入到芯片，接着把想要设置的状态寄存器值通过 DI引脚输入到芯片，/CS引脚拉高为高电平时，写状态寄存器指令结束。如果此时没有把 /CS 引脚 拉高为高电平或者拉得晚了，值将不会被写入，指令无效。

只有状态寄存器中的 SRP、TB、BP2、BP1、BP0 位可以被写入，其他只读位的值不会变。在该指令执行的过程中，状态寄存器中的 BUSY位为 1，这时可以用读状态寄存器指令读出状态寄存器的值并进行判断。当 写寄存器指令 执行完毕时，BUSY 位将自动变为 0，WEL位也自动变为 0。

通过对 TB、 BP2、 BP1、 BP0 等位写 1，就可以 实现将芯片的部分或全部存储区域设置为只读。通过对SRP位写 1，再把 /WP引脚拉低为低电平，就可以 实现禁止写入状态寄存器的功能。

5. 读数据指令（03h）

该指令 允许读出一个字节或一个以上的字节。先把 /CS引脚拉低为低电平，然后把 03h 通过DI引脚写入芯片，再送入 24位的地址，这些数据将在 CLK 的上升沿被芯片采集。

芯片接收完 24位地址 之后，就会把相应地址的数据在 CLK引脚的下降沿从 DO引脚发送出去，高位在前。当发送完这个地址的数据之后，地址将自动增加，然后通过 DO引脚把下一个地址的数据发送出去，从而形成一个 数据流。也就是说，只要时钟在工作，通过一条读指令，就可以把整个芯片存储区的数据读出来。

把 /CS引脚拉高为高电平时，读数据指令将结束。当芯片在执行页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除和读状态寄存器指令的周期内，读数据指令不起作用。

五、相关代码

1. W25Q64的常用操作驱动。

/*** @brief	W25Q64等待空闲。读取状态寄存器，查询BUSY状态位命令。  ** @return  void*/
void W25Q64_Busy(void)
{uint8_t cmd[2],data[2];cmd[0] = 0x05;  // 读寄存器指令cmd[1] = 0xFF;  // 激活时钟do{CS_ENABLE;HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,cmd,data,2,1000);CS_DISABLE;} while ((data[1]&0x01)==0x01);     // 判断 BUSY位 是否为 0
}/*** @brief	W25Q64写使能。  ** @return  void*/
void W25Q64_WriteEnable(void)
{uint8_t cmd;cmd = 0x06;W25Q64_Busy();      // 等待W25Q64空闲CS_ENABLE;HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&cmd,1,1000);CS_DISABLE;
}/*** @brief	擦除一个扇区  4kB** @param   SectorNum   指定扇区编号** @return  void*/
void W25Q64_SectorErase(uint32_t SectorNum)
{uint8_t cmd[4];cmd[0] = 0x20;  // 擦除寄存器指令cmd[1] = (SectorNum*4096)>>16;cmd[2] = (SectorNum*4096)>>8;cmd[3] = (SectorNum*4096)>>0;W25Q64_WriteEnable();   // W25Q64写使能W25Q64_Busy();      // 等待W25Q64空闲CS_ENABLE;HAL_SPI_Transmit(&hspi1,cmd,4,1000);CS_DISABLE;
}/*** @brief	W25Q64写入一个页** @param   date      待保存数据* @param   PageNum   指定页编号** @return  void*/
void W25Q64_WritePage(uint8_t* date, uint32_t PageNum)
{uint8_t cmd[4];cmd[0] = 0x02;  // 擦除寄存器指令cmd[1] = (PageNum*256)>>16;cmd[2] = (PageNum*256)>>8;cmd[3] = (PageNum*256)>>0;W25Q64_WriteEnable();   // W25Q64写使能W25Q64_Busy();      // 等待W25Q64空闲CS_ENABLE;HAL_SPI_Transmit(&hspi1,cmd,4,1000);HAL_SPI_Transmit(&hspi1,date,256,5000);CS_DISABLE;
}/*** @brief	W25Q64读取数据** @param   rdate   读取数据的保存地址* @param   addr    读取数据的地址* @param   len     读取数据的长度** @return  void*/
void W25Q64_ReadData(uint8_t* rdate, uint32_t addr, uint32_t len)
{uint8_t cmd[4];cmd[0] = 0x03;  // 擦除寄存器指令cmd[1] = addr>>16;cmd[2] = addr>>8;cmd[3] = addr>>0;W25Q64_Busy();      // 等待W25Q64空闲CS_ENABLE;HAL_SPI_Transmit(&hspi1,cmd,4,1000);HAL_SPI_Receive(&hspi1,rdate,len,50000);CS_DISABLE;
}