Winbond W25QXX SPI Flash使用筆記
相較于EEPROM而言，SPI Flash的存儲(chǔ)空間簡(jiǎn)直就是打開(kāi)了一個(gè)新世界。以W25Q16為例，16Mb也就是2MB的空間，是AT24C08芯片的1KB空間的2048倍，價(jià)格也沒(méi)有相差很多。同時(shí)使用SPI總線可以實(shí)現(xiàn)更高的讀寫速度，W25Qxx的SPI總線可以達(dá)到80MHz，這是IIC總線望塵莫及的，而且我比較喜歡用的STM32單片機(jī)的IIC總線總是讓人那么揪心，所以我一直都是用的軟件模擬IIC，而STM32的SPI則好用得多。但是SPI Flash也屬于是閃存的一種，內(nèi)部也是由Nand flash或者是Nor flash構(gòu)成的，F(xiàn)lash存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的毛病就是在寫入之前必須要執(zhí)行擦除操作，就像STM32單片對(duì)自身的Flash空間進(jìn)行編程的時(shí)候需要先擦除一頁(yè)然后在寫入數(shù)據(jù)，SPI Flash也一樣，每次寫入都要先擦除，不像EEPROM一樣方便，想讀哪個(gè)讀哪個(gè)，想寫哪個(gè)寫哪個(gè)。并且W25Qxx系列的Flash的數(shù)據(jù)保存時(shí)間是20年，而AT24Cxx系列的EEPROM的數(shù)據(jù)保存時(shí)間為100年，當(dāng)然我們不指望我們的產(chǎn)品能夠用100年，至少這說(shuō)明了EEPROM和FLASH各有優(yōu)勢(shì)，但是隨著生活生產(chǎn)中數(shù)據(jù)量的增加，F(xiàn)lash的優(yōu)勢(shì)變得越來(lái)越突出。由于之后的設(shè)計(jì)可能會(huì)使用SPI Flash代替EEPROM，所以特地用開(kāi)發(fā)板上的W25Q16測(cè)試了一下Flash的性能。電路連接示意如下圖：
W25Qxx系列（W25Q80, W25Q16 and W25Q32）的Flash內(nèi)部是按照Page、Sector、Block的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分的，一個(gè)Page為256個(gè)Byte，一個(gè)Sector為16個(gè)Page也就是4KB，一個(gè)Block為16個(gè)Sector也就是64KB。
不像上學(xué)那會(huì)一樣有時(shí)間自己寫驅(qū)動(dòng)代碼了，現(xiàn)在直接拿例程代碼進(jìn)行修改了？偟膩(lái)說(shuō)W25Qxx系列的Flash的SPI控制邏輯就是：
1、拉低片選引腳
2、SPI寫命令字
3、SPI讀/寫數(shù)據(jù)
4、拉高片選引腳
5、等待完成操作
數(shù)據(jù)擦除
可以以Sector為單位也可以以Block為單位，進(jìn)行Sector擦除的時(shí)候發(fā)送0x20命令字，然后跟隨24位的存儲(chǔ)地址，寫入的24位地址應(yīng)該是會(huì)將低12位忽略掉，不過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)上沒(méi)有說(shuō)明。進(jìn)行Block（64KB）擦除的時(shí)候發(fā)送0xD8命令字，然后發(fā)送24位的地址，芯片內(nèi)部同樣會(huì)忽略低16位地址。擦除之后芯片內(nèi)所有數(shù)據(jù)都是0xFF，這是Flash的特性，感興趣的可以查閱資料，這里做個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。Flash存儲(chǔ)單元中是無(wú)法寫入位1的，只能寫入位0，所以要寫入數(shù)據(jù)的話要先將原來(lái)的數(shù)據(jù)都擦出成0xFF然后寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候遇到bit 1時(shí)不做處理，遇到bit 0時(shí)寫入0即可。這就是為什么Flash進(jìn)行寫入之前需要進(jìn)行擦除的原因。我在W25Q16上做了一個(gè)有趣的測(cè)試，在不擦除Sector的情況下寫入，發(fā)現(xiàn)依然可以寫入，讀出寫入的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)新寫入的數(shù)據(jù)的0會(huì)將源數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)位的1覆蓋，但是新寫入的1并不會(huì)覆蓋原數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)位的0，印證了上面介紹的Flash原理。也就是說(shuō)如果一個(gè)地址處的數(shù)據(jù)是0xFF，那么這個(gè)地址還可以寫入任何數(shù)據(jù)，否則不可能完整寫入任何數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)寫入
時(shí)只能按照Page來(lái)寫入，最多一次只能寫256個(gè)字節(jié)，也就是一個(gè)頁(yè)的空間，寫入的時(shí)候可以不從頁(yè)的開(kāi)始地址寫入，如果一次寫入字節(jié)數(shù)溢出了一個(gè)頁(yè)的空間，那么多出來(lái)的會(huì)從循環(huán)到頁(yè)的開(kāi)始地址處覆蓋原來(lái)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)手冊(cè)的10.2.14節(jié)說(shuō)的很明白。頁(yè)寫的命令字為0x02，尾隨24位的地址。
有時(shí)候我們還需要讀取芯片的ID號(hào)，W25Qxx系列Flash有多個(gè)ID號(hào)，Manufacturer ID、Device ID、Unique ID、JEDEC ID，W25Q16讀取到的Manufacturer ID為0xEF，Device ID為0x14，Unique ID沒(méi)讀出來(lái)，JEDEC ID沒(méi)興趣讀......我感興趣的Unique ID卻沒(méi)讀出來(lái)，因?yàn)檫@個(gè)ID是可以當(dāng)做程序加密使用的。算了，反正STM32也有唯一標(biāo)識(shí)ID，寫入到FLASH中也可以實(shí)現(xiàn)程序加密。
其實(shí)使用上面的4個(gè)命令就可以正常得使用SPI Flash工作了，其他的很多命令字都用不上。
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編輯：Simon 最后修改時(shí)間：2019-05-17
