W25Q64简介
W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单(使用SPI通信协议)的非易失性(掉电不丢失)存储器,常用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景。
【注意】W25Qxx芯片只支持SPI的模式0和模式3。
存储介质:Nor Flash(闪存)
时钟频率:80MHz/160MHz(Dual SPI)/320MHz(Quad SPI)
----------拓展----------
上述Dual SPI指双重SPI,当SPI通信只发送或只接收时有点浪费资源,但W25Qxx芯片的厂商不忍心浪费,对SPI做出了一些改进:在只发送时,可以同时用MOSI和MISO发送;在接收时,也可以同时用MOSI和MISO发送。即MOSI和MISO既可以发送又可以接收,一个SCK时钟同时发送或接收两位数据。
Quad SPI指四重SPI,对于W25Qxx芯片,除了SPI通信引脚,还有两个引脚:一个是WP写保护、一个是HOLD。这两个引脚,如果不需要的话也可以充当数据传输引脚。(加上MISO和MOSI,一共4个数据传输引脚)
有点并行传输的意思。
对于W25Qxx芯片,共有以下这些型号:
W25Q40 | 4Mbit | 512KByte |
W25Q80 | 8Mbit | 1MByte |
W25Q16 | 16Mbit | 2MByte |
W25Q32 | 32Mbit | 4MByte |
W25Q64 | 64Mbit | 8MByte |
W25Q128 | 128Mbit | 16MByte |
W25Q256 | 256Mbit | 32MByte |
【注意】其存储容量的地址为24位地址(最大分配16MB),因为每个字节都要分配一个地址,这样才能找到它们。但对于W25Q256芯片,24位地址是不够的。根据数据手册,其分为3字节地址模式和4字节地址模式,在3字节地址模式下,只能读写前16MB的数据;
模块硬件电路
如上为W25Q64模块的原理图,其各引脚功能如下:
引脚 | 功能 |
VCC、GND | 电源(2.7~3.6V) |
CS(SS) | SPI从机选择 |
CLK(SCK) | SPI时钟 |
DI(MOSI) | 主机输出从机输入 |
DO(MISO) | 主机输入从机输出 |
WP | 写保护(数据能否被写入) |
HOLD | 数据保持 |
可以看出,此模块不使用WP和HOLD引脚(均为高电平) 。
【注意】关于HOLD,当你正常读写时突然产生中断,然后要用SPI去操控其他器件。这时如果把CS置回高电平,那时序就终止了。但如果你不想终止时序,又想操控其他器件,可以将HOLD引脚置低电平,这样芯片就hold住了:芯片释放总线,但芯片时序不会终止,而是会记住当前状态。HOLD置回高电平后,又会继续之前的时序。
W25Qxx内部结构
存储器划分:①对于一整个存储空间(以8MB为例),分为128块(一个块64KB)。对于每个块,又划分为16个扇区(一个扇区4KB);②对于整个空间,又可以划分成很多页,每页256字节(一个页包括:xxxx00~xxxxFF)。
块 | xx0000~xxFFFF |
扇区 | xxx000~xxxFFF |
页 | xxxxx0~xxxxxF |
SPI控制逻辑:芯片内部进行地址锁存、数据读写等操作都可以由控制逻辑来自动完成,控制逻辑就相当于整个芯片的管理员。
状态寄存器:芯片是否忙碌、是否写使能、是否写保护都可以在状态寄存器里体现。
写控制逻辑:配合WP引脚实现硬件写保护。
高电压生成器:用于实现掉电不丢失。
页地址锁存/计数器:用于指定页地址,3位地址的前两位进入页地址锁存/计数器里
字节地址锁存/计数器:用于指定字节地址,3位地址的最后一位进入字节地址锁存/计数器里
页地址通过写保护和行解码来选择操作哪一页,字节地址通过列解码和256字节页缓存来进行指定地址的读写操作。又因为地址锁存都有计数器,地址指针在读写之后,自动加1。
对于256字节页缓存区,实际是一个256字节的RAM存储器。数据读写就是通过这个RAM缓存器来进行的。我们写数据,先将数据放到缓存区里,等时序结束,芯片再将缓存区的数据复制到对应的Flash里面(放入具体某一页里面),进行永久保存。
为什么要有缓存区呢,而不进行直接读写?这是因为SPI的写入频率是非常高的,而Flash的写入是比较慢的(而RAM的速度非常快),所以先放RAM里面存着。但由于RAM缓存区只有256个字节,因此连续的写入量不能超过256个字节。因此当时序结束后,芯片又要将RAM里的数据移入Flash里,这需要一定的时间,所以芯片会进入一段忙的状态。
Flash操作注意事项
因为Flash作为一种掉电不丢失的存储器,为了保证掉电不丢失这个特性,同时还要保证存储容量足够大、成本足够低,所以Flash存储器会在其他地方(如操作便携性等)作出一些妥协和让步。
写操作时:
1、写入操作时,必须先进行写使能。用SPI发生一个写使能指令即可。通过查询状态寄存器的WEL位来确定能否进行写入操作(1代表写使能)。
2、每个数据位只能由1改写为0,不能由0改写为1(成本原因或技术原因)。
3、写入数据前必须先擦除,擦除后,所有数据位变为1。发出擦除指令后,芯片也会进入忙状态。
4、擦除必须按最小擦除单元(整个存储区/按块擦除/按扇区擦除)进行,若只想擦除某一个字节,只能将其所在的最小擦除单元全部擦除。
5、连续写入多字节时,最多写入一页的数据,超过页尾位置的数据,会回到页首覆盖写入。
6、写操作结束后,芯片会进入忙状态,不响应新的读写操作。通过读取状态寄存器的BUSY位来判断芯片是否忙碌(BUSY为0代表不忙)。
读操作时:
1、直接调用读取时序,无需使能,没有页的限制。
2、读取操作后不会进入忙状态,但不能在忙状态时读取。
一些SPI指令集
写使能:指令码---0x06;
写失能:指令码---0x04;
读取状态寄存器:指令码---0x05;数据位---S7~S0(寄存器8位中的某一位);
页编程(数据写入):指令码---0x02;数据位---3字节地址码、数据...
扇区擦除:指令码---0x20;数据位---3字节地址码;(此地址对应某个字节,芯片会直接对应到该字节所在扇区,并对该扇区进行擦除)
读取数据:指令码---0x03;数据位---3字节地址、数据...
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