【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一-Toy模板网

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1芯片简介

2引脚定义

3功能框图

4器件操作

4.1操作框图

4.2标准SPI

4.3DaulSPI

4.4QaudSPI

4.5QPI

4.6DTR（W25Q128不支持）

4.73-字节/4-字节地址模式（W25Q128只支持3字节）

4.8保持功能

4.9软复位和硬复位

4.10XIP

当下的norflash芯片外部一般都是采用SPI串行接口，并口的用的比较少，后续有机会再分享。下面以常用的华邦W25Q128FV为例，分享下这颗spinorflash的相关特性。

1芯片简介

这是一片128Mbitnorflash，整片包括65536个256字节的可编程page，支持4KB的sector扇区（16个page组成）擦除、32KB（128个page组成）/64KB（256个page组成）的block区块擦除或整片擦除。外部接口支持SPI、DaulSPI、QuadSPI、DPI。

2引脚定义

芯片有多种不同封装形式，这个不列了，大家自行查阅数据手册。常用的是宽体SOIC-8208mil，引脚定义如下：

No.	PINNAME	I/O	FUNCTION
1	CS#	I	片选使能
2	DO(DQ1)	I/O	串行数据输出(数据输入输出端口DQ1)(1)
3	WP#(DQ2)	I/O	写保护输入(数据输入输出端口DQ2)(2)
4	VSS	-	地
5	DI(DQ0)	I/O	串行数据输入(数据输入输出端口DQ0)(1)
6	CLK	I	串行时钟输入
7	HOLD#/RESET#(DQ3)	I/O	保持/复位(数据输入输出端口DQ3)(2)
8	VCC	-	电源输入

注:

1、DQ1~0在DualSPI指令有效。
2、DQ3~0在QuadSPI/QPI指令有效。

3功能框图

【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一

1、SPIcommand&controlLogic：进行SPI串行数据解析，得到得到页地址（可以理解为选中字线）、字节地址（业内偏移地址，可以理解为选中位线）、数据、命令；

2、StatusRegister：片内的状态寄存器；

3、WriteControlLogic：写保护控制逻辑；

4、HighVoltageGenerators：电荷泵生成内部高压，用于存储单元的擦除和读写；

5、PageAddressLatch：页地址锁存

6、ByteAddressLatch：字节地址锁存

7、WriteProtectLogicandrowdecode：写保护逻辑和行解码，行即为字线。

8、Columndecodeand256bytepagebuffer：列解码和256KB页buffer，列即为位线，从这可以看出flash内部的读写是以page为单位。我理解为一页即为一根字线下挂的256*8个存储单元，也即256*8根位线。

9、存储阵列：一共256个64KBblock，每个block有16个4KB的sector。

10、SFDPregister：256字节串行Flash可发现参数(SFDP)寄存器，包含器件配置信息、可用指令和其他特性。

11、Securityregister：芯片提供3个256字节的安全寄存器，用于存储制造信息或其他重要信息，此寄存器可以单独编程或擦除。

4器件操作

4.1操作框图

【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一

这是从另一款芯片手册上截下来的图，W25Q128这款不支持4字节地址模式，所以换了这个图能更全面的说明spinorflash的操作特性。

4.2标准SPI

标准SPI接口总线通过CLK、CS#、DI和DO进行访问。W25Q128支持SPI模式0和模式3的操作。当SPI总线控制器处于待机状态不传送数据时，模式0下的时钟信号SCK为低，而模式3下的时钟信号CLK为高。在两种模式下，DI上的数据都是在时钟上升沿被采样，DO上的数据在时钟下降沿输出。如下图所示：

【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一

4.3DaulSPI

支持DualSPI操作指令包括“双口输出快速读(3Bh)”、“双口I/O快速读(BBh)”、“4-字节双口输出快速读(3Ch)”、“4-字节双口I/O快速读(BCh)”、“双口输出DTR快速读(3Dh)”、“双口I/ODTR快速读(BDh)”、“4-字节双口输出DTR快速读(3Eh)”、“4-字节双口I/ODTR快速读(BEh)”。这些指令允许数据输入或输出达到普通SPI两倍的速度。双口读指令是快速下载数据到RAM或直接从SPI总线上本地执行非关键速度代码的理想操作。当使用双口SPI指令时，DI和DO引脚成为双向I/O引脚DQ0和DQ1。

以上4字节命令和DTR命令，W25Q128不支持。

4.4QaudSPI

支持QuadSPI操作指令包括“四口输出快速读(6Bh)”、“四口I/O快速读(EBh)”、“4-字节四口输出快速读(6Ch)”、“4-字节四口I/O快速读(ECh)”、“四口输出DTR快速读(6Dh)”、“四口I/ODTR快速读(EDh)”、“4-字节四口输出DTR快速读(6Eh)”、“4-字节四口I/ODTR快速读(EEh)”。QuadSPI读指令在连续和随机访问速度有极大提高，允许快速代码映射到RAM或直接从SPI总线上执行代码(XIP)。当使用QuadSPI指令时，DI、DO、WP#和HOLD#引脚成为双向I/O引脚DQ0、DQ1、DQ2、DQ3。QuadSPI模式要求状态寄存器2中的“QE位”必须设置为1。

以上4字节命令和DTR命令，W25Q128不支持。

4.5QPI

支持完全的四口模式(QuadPeripheralInterface-QPI)，即所有指令、地址输入、数据输入输出都为四口。“启用QPI(35h)”指令可以使器件从标准/Dual/QuadSPI模式切换到QPI模式，SPI模式和QPI模式不会同时生效。由于QPI模式下只需要2个时钟输入指令，在XIP应用中可提升系统性能。SPI和QPI模式间通过“启用QPI(35h)”指令和“禁用QPI(35h)”进行切换，也可以通过NVCR和ENVCR寄存器中的“QPI模式位”进行设置.上电、硬件复位或软件复位后，器件的默认模式受NVCR寄存器中的“QPI模式位”控制。当使用QPI指令时，DI、DO、WP#和HOLD#引脚成为双向I/O引脚：DQ0、DQ1、DQ2、DQ3。QPI模式要求状态寄存器2中的“QE位”必须设置为1。

4.6DTR（W25Q128不支持）

为了在不增加时钟频率时有效提高读操作数据带宽，支持标准/Dual/QuadSPI和QPI模式的DTR读操作。DTR读操作时的指令输入和正常的SPI/QPI模式一样，只在时钟上升沿采样指令，一旦DTR指令生效，地址输入和数据输出同时在时钟上升沿和下降沿有效。

4.73-字节/4-字节地址模式（W25Q128只支持3字节）

3-字节地址模式用于兼容256M位容量以下串行SPINORFLASH存储器。为了在3-字节地址模式访问128M位容量以上地址，必须联合使用“扩展地址寄存器(ExtendedAddressRegister)”。4-字节地址模式可以支持256M位到32G位容量，而不需要设置“扩展地址寄存器(ExtendedAddressRegister)”。器件在上电后由“NVCR寄存器”中的“ADP位”确定地址模式处于3-字节地址模式或4-字节地址模式。如果ADP=0，器件工作在3-字节地址模式；如果ADP=1，器件工作在4-字节地址模式。出厂时ADP=0。可通过“进入4-字节地址模式”或“退出4-字节地址模式”进行3-字节和4-字节地址模式切换。标志寄存器(FlagRegister)中的“ADS位”表示器件当前所处的地址模式，“ADS=0”指示3-字节地址模式，“ADS=1”指示4-字节地址模式。

4.8保持功能

在标准/DualSPI模式下，HOLD#信号允许在片选有效时(CS#=0)暂停操作。HOLD功能可以用于器件的数据和时钟管脚与其它器件共享的情况。比如，执行页编程指令过程中仅将部分数据写入缓冲区时，系统中产生了一个更高优先级的中断要求使用SPI总线。在这种情况下，HOLD#功能可以保存当前指令的执行状态以及缓冲区中的数据，当总线可用时恢复指令写入。要进入HOLD状态，CS#必须为低。如果此时CLK信号为低，则芯片会在HOLD#的下降沿进入HOLD状态，否则芯片在下一个时钟的下降沿进入HOLD状态。如果HOLD#的上升沿时CLK为低，则芯片结束HOLD状态，否则芯片在下一个下降沿时结束HOLD状态。在HOLD状态下，串行数据输出脚(DO)为高阻态，串行数据输入脚(DI)和串行时钟脚(CLK)被忽略。片选信号(CS#)在整个HOLD期间必须为低以避免芯片内部逻辑状态被复位。

【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一

4.9软复位和硬复位

在SPI或QPI模式下，都可以通过软复位指令序列(包含2个连续指令：使能复位指令“66h”和复位指令“99h”)、硬件复位(HOLD#/RESET#引脚)可以把器件初始化成上电状态。复位过程中除了读状态寄存器，其他指令无效。状态寄存器2中的“HOLD/RST位”可以把HOLD#引脚配置为HOLD#功能或者硬件复位功能。当HOLD/RST=0(出厂默认)，HOLD#已经作为HOLD功能引脚；当HOLD/RST=1时，HOLD#作为硬件复位RESET#引脚。维持RESET#低约1us可以把器件复位为上电后的初态。复位可以终止任何的编程、擦除操作，如果编程、擦除中被复位，被操作区域的数据可能会被破坏，需要重新进行编程或擦除操作。当RESET#维持低时，器件不接受任何指令。如果状态寄存器2中的“QE位”为1时，HOLD#将作为DQ3，“HOLD/RST位”无意义。

注意：

1.当RESET#维持低电平小于1us时(几百ns)，也可能会触发复位，但是为了稳定可靠复位，建议RESET#维持低电平不小于1us。

2.当器件在擦除、编程过冲中或挂起时接受到复位操作，数据可能会收到破坏。建议复位前先检查状态寄存器1的“WIP位”和标志寄存器中的编程和擦除“SUS位”。

4.10XIP

XIP模式只需要输入地址(不需要指令)就可访问特定地址读出数据，减少随机访问时间，所有的快速读操作都支持XIP操作。为了灵活性，支持多种进入、退出XIP模式。如果需要上电后立即进入XIP模式，需要设置NVCR寄存器中的“XIP模式位”。

为了启用XIP模式，需要2个步骤。首先设置VCR寄存器的“XIP位”(bit3)为0，然后在读操作阶段设置“XIP确认位”(bX)为0，之后XIP模式生效。一旦进入XIP模式，CS#变低后马上跟随地址(不接受指令)。通过设置“XIP确认位”为1退出XIP模式。退出XIP模式时，VCR寄存器的“XIP位”(bit3)会自动恢复到默认状态1。JFM25QL256/EFM25QL256支持上电立即进入XIP模式，需要通过NVCR的“上电XIP位”(bit[11:9])设置，只支持QuadIO模式。跟正常读操作XIP模式一样，上电后进入的XIP模式可通过“XIP确认位”(bX)维持或退出XIP模式。

【FLASH存储器系列五】SPI NOR FLASH芯片使用指导之一

注：bX是XIP确认位，设置为0保持XIP模式，设置为1则退出XIP模式回到标准的读操作模式(CS#变低后需要读指令进行读操作)。
“XIP确认位”在设置为0或1后可进入或退出XIP模式，位于快速读操作的DUMMY时钟阶段第一拍DQ0数据，时钟上升沿锁存XIP配置。

XIP确认位说明：

XIP确认位	说明
0	进入或维持XIP，即下次读操作仍在XIP模式，不需要指令。
1	退出XIP模式，即下次读操作需要在CS#变低后，输入读指令