SPIFlash详解

原创 单机片 2023-02-08 08:06
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本文以常见的4M Flash W25Q32为例。

1、Flash存储容量

容量可以从芯片的名称上看出来,虽然不同厂家的命名方式不一样,但是大体类似,比如W25Q80, W25Q16, W25Q32等。

W25Q80: 8M-bit / 1M -byte (1,048,576)
W25Q16: 16M-bit / 2M-byte (2,097,152)
W25Q32: 32M-bit / 4M-byte (4,194,304)

2、存储单位
Page(页):256字节,编程最小单位,一次最多编程256字节。
Sector(扇区):擦除的最小单位,一个Sector一般包含16个Page,即4KB。
Block(块):包含16个Sector,块擦除可以32KB(半块)、64KB(整块)两种擦除方式。

2、封装和管脚

封装类型有SOIC-8、WSON-8等。注意不一定封装越小越贵,要看哪一款用量大,用量大产量就大,产量大价格相对就便宜。元器件选型时要注意。

管脚序号

(SOIC-8为例)

定义

1/CS
选通信号
2DO(IO1)
数据输出或者IO1
3/WP(IO2)
写保护或者IO2
4GND

5
DI(IO0)
输入输入(IO0)
6
CLK
时钟
7
/HOLD(IO3)
保持或者IO3
8
VCC
电源


3、通讯方式

W25Q32支持标准的SPI、Dual SPI,Quad SPI
标准SPI:DI和DO都是单向的,即一进一出。
Dual SPI:DI和DO是双向的,即IO0和IO1。
Quad SPI:DI、DO、/WP、/HOLD变为IO0、IO1、IO2、IO3。

标准SPI比较常见,Dual SPI和Quad SPI用得不多,他们通讯数据线多一些,速度更快。有些单片机没有内部Flash或者内部Flash较少,但是带有QSPI Flash接口,可以使用Quad SPI和Flash通讯,当然这种外部Flash运行程序速率肯定要打折扣的,这是题外话了。


4、关于写保护

为了保证数据的完整,有以下几种写保护措施,防止软件误操作和电源不稳造成的数据错误。

1、电源低于下限值,自动写保护。

2、上电后写保护,直到Delay-Time时间到。

3、通过指令的方式进行写保护。

4、通过状态寄存器进行写保护。

5、硬件管脚/WP写保护。

说实话,写保护方法挺多,用的不多,看自己需求吧。


4、状态寄存器介绍

状态寄存器1

状态寄存器2

BUSY只读位,可以简单理解为芯片自己在干活,比较忙,忙完了自动清除。

WEL只读位,写使能指令后置1,写禁用后清零。

BP2, BP1, BP0写保护相关位,是个非易失位,可读可写,用于写保护控制,保护原理下面介绍。

TB非易失位,写保护相关位,保护底部还是顶部。

SEC非易失位,保护扇区还是块。

SRP1、SRP0也是个非易失位可读可写,和/WP管脚不同组合确定保护方式。

QEQuad使能位,启用4个数据线通讯方式,也是个非易失位。


注意:状态寄存器里有些位是非易失特性,大部分SPI Flash会出现越擦越慢的情况,这些位肯定是存储在Flash里,也会出现越擦越慢的情况,改写的越多,再次改写时间越长,这一点要留意。


写保护:

举个例子:如上图蓝色区域

例1:SEC=0保护块,TB=0保护顶端,保护60-63这4个块共256K,占用了Flash 1/16的空间。

例子2:SEC=1保护扇区,TB=0保护顶端,保护63块顶端8K。


5、指令:

指令就不一一解读了,手册中有详细的时序图,举几个常用指令。

读指令:03H,时序图如下

先发读指令码03H,然后24位地址,之后SPI返回数据。


写指令:02H,时序图如下

先发写指令码02H,然后24位地址,之后要写入的数据,写操作时注意地址回绕问题。


扇区擦除指令:20H,时序图如下

先发写指令码20H,然后24位地址,等待擦除完成即可。


扩展阅读:一直蒙圈的SPI四种模式


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