W25Q64

W25Q64简介

• W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景

• 存储介质：Nor Flash（闪存）

• 时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI) / 320MHz (Quad SPI)

• 存储容量（24位地址）：

W25Q40： 4Mbit / 512KByte

W25Q80： 8Mbit / 1MByte

W25Q16： 16Mbit / 2MByte

W25Q32： 32Mbit / 4MByte

W25Q64： 64Mbit / 8MByte

W25Q128： 128Mbit / 16MByte

W25Q256： 256Mbit / 32MByte

硬件电路

引脚	功能
VCC、GND	电源（2.7~3.6V）
CS（SS）	SPI片选
CLK（SCK）	SPI时钟
DI（MOSI）	SPI主机输出从机输入
DO（MISO）	SPI主机输入从机输出
WP	写保护
HOLD	数据保持

• WP（Write Protect）写保护，配合内部的寄存器配置，可以实现硬件的写保护，写保护低电平有效，WP接低电平，写保护，禁止写，WP接高电平，不保护，可以写。
• HOLD 数据保持，低电平有效，在进行正常读写时，突然产生中断，想用SPI通信线去操控其他器件，这时如果把CS置回高电平，那时序就终止了，但如果不想终止总线，又想操作其他器件，这就可以HOLD引脚置低电平，这样芯片就HOLD住了，芯片释放总线，但是芯片时序不会终止，它会记住当前的状态，当你操作完其他器件时，可以回过来，HOLD置回高电平，然后继续HOLD之前的操作。相当于SPI总线进了一次中断，并且在中断里，还可以用SPI干别de

W25Q64框图

• 一整块存储空间，先划分为若干的块Block，其中每一块再划分为若干的扇区Sector，对于每个扇区，内部又分为很多页Page。存储器以字节为单位，每个字节都有唯一的地址。
• W25Q64的地址宽度是24位，3个字节。所以可以看到，左下角，第一个字节，它的地址是00 00 00h，h代表16进制。之后的空间，地址依次自增，直到最后一个字节，地址是7F FF FFh。由于24位地址，最大寻址范围是16MB，而W25Q64只有8MB，所以地址空间，我们只用了一半。8MB的空间，排到最后一个字节，就是7F FF FF。整个地址空间，从00 00 00到7F FF FF。
• 然后在这整个空间里，我们以64KB为一个基本单元，把它划分为若干个的块Block，从前往后，依次是块0、块1、块2……，8MB的空间，以64KB为一块进行划分，可以分得128个块， 那块序号，就是块0，一直到最后一个，是块127。块0的起始地址是00 00 00，结束地址是00 FF FF，之后，块31，起始是1F 00 00，结束是1F FF FF。可以发现，在每一块内，它的地址变化范围就是低位的两个字节，每个块的起始地址是xx 00 00，结束是xx FF FF。
• 对每一块进行更细的划分，分为多个扇区Sector，在每个块中，它的起始地址是xx 00 00，结束地址是xx FF FF，在一块中，再以4KB为一个单元，进行切分，一块64KB，以4KB进行划分，可以分得16个扇区，那扇区序号，就是扇区0到扇区15。可以发现，每个扇区内的地址范围是xx x0 00,到xx xF FF，这就是对每一块，再细分为16个扇区的分配方式。地址划分，到扇区为止。
• 当我们在写入数据时，还会有更细的划分，这就是页Page。页是直接对整个存储空间划分的，当然也可以看作是在扇区中，再进行划分。页的大小是256个字节，一个扇区是4KB，以256个字节划分，可以分得16页。在一页中，地址变化范围是xx xx 00到xx xx FF，一页内的地址变化，仅限于地址的最低一个字节。

• SPI控制逻辑，也就是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。
• SPI通信引脚，有WP、HOLD、CLK、CS、DI和DO，这些引脚就和我们的主控芯片相连，主控芯片通过SPI协议，把指令和数据发给控制逻辑，控制逻辑就会自动去操作内部电路，来完成我们想要的功能。
• 状态寄存器，比如芯片是否处于忙状态、是否写使能、是否写保护，都可以在这个状态寄存器里体现。
• 写控制逻辑，和外部的WP引脚相连，这个是配合WP引脚实现硬件写保护的。
• 高电压生成器，配合Flash进行编程，由于Flash是掉电不丢失，我们要让它产生即使断电也不会消失的状态，一般都需要一个比较高的电压去刺激它。所以这种掉电不丢失的存储器，一般都需要一个高压源。
• 页地址锁存/计数器，字节地址锁存/计数器，这两个字节地址锁存和计数器，就是用来指定地址的，我们通过SPI总共发过来3个字节的地址，因为1页是256个字节，所以1页内的字节地址，就取决于最低一个字节，而高位的2个字节，就对应的是页地址（页地址包括该页在哪个块，块中的哪个扇区，扇区中的哪个页），所以在这里，我们发的3个字节地址，前两个字节，会进入到页地址锁存/计数器里，最后一个字节，会进到字节地址锁存/计数器里，然后页地址，通过写保护和行解码，来选择要操作哪一页，字节地址，通过列解码和256字节页缓存，来进行指定字节的读写操作。又因为地址锁存，都有一个计数器，所以地址指针，在读写之后，可以自动+1，这样就可以很容易实现，从指定地址开始，连续读写多个字节的目的了。
• 256字节的页缓存区，其实是一个256字节的RAM存储器，数据读写，就是通过这个RAM缓存区来进行的，写入数据会先放到缓存区里，然后在时序结束后，芯片再将缓存区的数据复制到对应的Flash里，进行永久保存。要存在页缓存区，是因为，SPI的写入频率非常高，而Flash的写入，由于需要掉电不丢失，速度比较慢。所以写入的数据，要先放在页缓存区里，因为缓存区是RAM，读写速度很快，可以跟得上SPI总线的速度。由于页缓存区只有256个字节，写入的时序，连续写入的数据量，不能超过256个字节。时序结束后，芯片再将数据从缓存区转移到Flash存储器里，这个过程需要一段时间，所以在写入时序结束后，芯片会进入一段忙状态，给状态寄存器的BUSY位置1，芯片处于忙状态时，不会响应新的读写时序。
• 读取数据，也是通过缓存区来读取，由于读取只是看一下电路的状态，基本不花时间，所以读取的限制很少，速度非常快。

FLASH操作注意事项

写入操作时：

• 写入操作前，必须先进行写使能，一种保护措施，防止误操作。写使能，可以直接使用SPI，发送一个写使能的指令。

• 每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1，Flash并没有像RAM那样的直接完全覆盖读写的能力。

比如，在某一个存储单元中存储了0xAA这个数据，对应的二进制位就是1010 1010，如果我直接再次在这个存储单元写入一个新的数据，例如写入0x55，那写完之后，这个存储单元里存的会是0x55嘛，实际上并不是。因为0x55的二进制是0101 0101，当这个0101 0101要覆盖原来的1010 1010时，就会受到这里第二条规定的限制，每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1，所以这里写入0101 0101之后，依次来看，最高位，由原来的1，改写为0，是可以的，所以写入之后，新的最高位就是0，但是第二位，原来是0，现在我想改写成1，这是不允许的，所以写入之后，新的第二位，仍然是0，之后第三位，1改写为0，可以，结果为0，第四位，0改写为1，不可以，结果仍然是0。那以这个规律进行下去，0xAA再覆盖写入0x55之后，这个存储单元最终的数据是0x00。

• 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1（转化为16进制就是FF），擦除会有专门的擦除电路进行，我们只需发送对应的擦除指令即可。Flash中数据位为1的数据，拥有但像改成0的权利，一旦改写为0之后，就不能再改写成1了，如果想改，就必须先进行擦除。在Flash中FF代表空白，而不是00。

• 擦除必须按最小擦除单元进行，最小的擦除单元是一个扇区，一个扇区是4KB，也就是4096个字节，所以擦除，最少需要4096个字节一起擦，不能只单独擦除某一个字节。要想擦除，只能将那个字节所在的扇区的4096个字节全部擦除，如果这个扇区的其他地方还存有数据，要想数据不丢失，只能先把4096个字节都读出来，再把4096个扇区擦除，改写完读出来的数据后，再把4096个字节全部写回去。但是如果确实就像单独改写某一个字节，只能这样操作。当然实际情况下，还有别的方法可以优化一下流程，比如上电后，先把Flash的数据读出来,放到RAM里，当有数据变动时，再统一把数据备份到Flash里，或者，把使用频繁的扇区，放到RAM里，当使用频率降低时，再把整个扇区备份到Flash中。或者，如果数据量非常少，只想存几个字节的参数，可以直接一个字节占一个扇区。

• 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，一个写入时序，最多只能写一页的数据，也就是256个字节。这是由于，页缓存区它只有256个字节。存在页缓存区，是由于Flash的写入速度慢，跟不上SPI的频率，所以写入的数据，会先放到RAM里暂存，等时序结束之后，芯片再慢慢地把数据写入到Flash里。

• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作，我们的写入操作，都是针对缓存区进行的，等时序结束后，芯片还要工作一段时间。所以每次写入操作后，都有一段时间的忙状态，在这个状态下，我们不要进行新的读写操作。否则，芯片是不会响应的。要想直到芯片什么时候结束忙状态，我们可以使用读状态寄存器的指令，看一下状态寄存器的BUSY位是否为1，BUSY为0，芯片结束忙状态，我们再进行写操作。写入操作，包括擦除操作，在发送擦除指令后，芯片也会进入忙状态。

读取操作时：

一下状态寄存器的BUSY位是否为1，BUSY为0，芯片结束忙状态，我们再进行写操作。写入操作，包括擦除操作，在发送擦除指令后，芯片也会进入忙状态。