W25QXX的使用

W25QXX系列芯片闪存为空间、引脚和电源都优先的系统提供了存储解决方案，25Q系列提供的灵活性和性能远远超过串行闪存设备。他们将代码隐藏到RAM，直接从双/四SPI（XIP）执行代码以及存储语音、文本和数据的理想选择。

W25QXX芯片

• W25QXX系列中的xx表说容量，单位是Mb。
• W25QXX系列的Flash内部都是按照Page页、Sector扇区、Block快结构来进行划分的；每一页有256个字节，每个扇区有16页，一个扇区有4KB；每一块有16个扇区，也就是64KB。
• W25QXX最小的擦除单位是一个扇区，也就是说每一次擦除至少要擦除4KB
• W25QXX最大的写入单位是一页，也就是一次最多写入256个字节

以W25Q128为例，W25Q128的容量为128Mb，也就是16MB，包含256个可擦除块，4096个可擦除扇区，32768个可编程页。页面可以按照16组擦除（4KB）、128组擦除（32KB）、256组擦除（64KB）或者整个芯片擦除。其框架图如下：

芯片常用的函数如下：

// ID读取函数，返回值如下：
// 0XEF13，表示芯片型号为W25Q80
// 0XEF14，表示芯片型号为W25Q16
// 0XEF15，表示芯片型号为W25Q32
// 0XEF16，表示芯片型号为W25Q64
// 0XEF17，表示芯片型号为W25Q128
// 0XEF18，表示芯片型号为W25Q256

uint8_t W25qxx_ReadID(void){
	uint8_t Temp0=0,Temp1=0;
	W25qxx_cs(0);// 使能cs，处于低电平的时候表示激活状态
	W25qxx_SPIReadWrite(W25X_ManufactDeviceID);//发送读取ID命令
	W25qxx_SPIReadWrite(0x00);
	W25qxx_SPIReadWrite(0x00);
	W25qxx_SPIReadWrite(0x00);
	Temp0=W25qxx_ReadWrite(W25QXX_DUMMY_BYTE);
	Temp1=W25qxx_ReadWrite(W25QXX_DUMMY_BYTE);
	W25qxx_cs(1);// 使能cs，处于高电平的时候表示为待机状态，芯片被禁能
	if(Temp0==0xef&&Temp1>=0x10&&Temp1<=0x19){
		return Temp1;
	}else
		return 0;
}

// 扇擦除函数
void W25qxx_EraseSector(uint32_t SectoeAddr){
	W25qxx_WaitForWriteEnd();
	SectorAddr=SectorAddr*W25X_SectorSize;
	W25qxx_WriteEnable();
	W25qxx_cs(0);
	if(w25qxx.ID>=W25Q256){
		W25qxx_SPIReadWrite(0x21);
		W25qxx_SPIReadWrite((SectoeAddr&0xFF000000)>>24)
	}else{
		W25qxx_SPIReadWrite(W25X_SectorErase);
	}
	W25qxx_SPIReadWrite((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
	W25qxx_SPIReadWrite((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
	W25qxx_SPIReadWrite(SectorAddr & 0xFF);
	W25qxx_cs(1);
	W25qxx_WaitForWriteEnd();
	W25qxx_Delay(1);
}

// 在指定的地址开始读取指定长度的数据
// pBuffer：数据存储区
// ReadAddr：开始读取的地址
// NumByteToRead：要读取的字节数
void W25qxx_ReadBytes(uint8_t*pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint32_t NumByteToRead){
	W25qxx_cs(0);
	if(w25qxx.ID>=W25Q256){
		W25qxx_SPIreadWrite（0x0C）；
		W25qxx_SPIReadWrite((ReadAddr&0xFF000000)>>24);
	}else{
		W25qxx_SPIReadWrite(W25X_SectorErase);
	}
	W25qxx_SPIReadWrite((SectorAddr & 0xFF0000) >> 16);
	W25qxx_SPIReadWrite((SectorAddr & 0xFF00) >> 8);
	W25qxx_SPIReadWrite(SectorAddr & 0xFF);
	W25qxx_SPIReadWrite(0);
	for(uint32_t i=0;i<NumByteToRead;i++){
		pBuffer[i]=W25qxx_SPIReadWrite(0xFF);//循环读
	}
	W25qxx_cs(1);
}

// 在指定地址开始写入不大于一页的数据，写入前要确保扇区已经擦除
// pBuffer:要写入的数据
// Page_Address：要写入的页地址（第几页
// OffsetInByte：在页内的偏移字节
//NumByteTpWrite_up_to_PageSize：要写入的字节数（最大256），该数不应该超过该页的剩余字节数
void W25qxx_WritePage(uint8_t* pBuffer,uint32_t Page_Address,uint32_t OffsetInByte,uint32_t NumByteToWrite_up_to_PageSize){
	if（（（NumByteToWrite_up_to_PageSize+OffsetInByte）>W25X_PageSize）||NumByteToWrite_up_to_PageSize==0）{//判断要写入的数据是否合法
		NumByteToWrite_up_to_PageSize=W25X_PageSize-OffsetByte;
		W25qxx_WaitForWriteEnd();
		W25qxx_WriteEnable();
		W25qxx_cs(0);
		Page_Address=(Page_Address*W25X_PageSize)+OffsetByte;
		if(w25qxx.ID>=W25Q256){
			W25qxx_SPIReadWrite(0x12);
			W25qxx_SPIReadWrite((Page_Address&0xFF000000)>>24);
		}else{
			W25qxx_SPIreadWrite（W25X_PageProgram）；
		}
		W25qxx_SPIReadWrite((Page_Address & 0xFF0000) >> 16);
		W25qxx_SPIReadWrite((Page_Address & 0xFF00) >> 8);
		W25qxx_SPIReadWrite(Page_Address & 0xFF);
		W25qxx_SPIWrite(pBuffer, NumByteToWrite_up_to_PageSize);
		W25qxx_cs(1);
		W25qxx_WaitForWriteEnd();
		W25qxx_Delay(1);
	
}

标准的SPI引脚

引脚说明

SPI初始化

#include "spi.h"

// SPI口初始化
void spi1_init(void){
	RCC->APB2ENR|=1<<2;//PORTA时钟使能
	RCC->APB2ENR|=1<<12;//SPI21时钟使能
	
	GPIOA->CRL&=0x000FFFFF;
	GPIOA->CRL|=0xB8B00000;//PA5 PA7复用推挽输出
	GPIOA->ODR|=0x07<<5;//PA6 上拉输出
	
	SPI1->CR1|=0<<11;//8bit数据格式
	SPI1->CR1|=0<<10;//全双工模式
	SPI1->CR1|=1<<9;//软件nss模式
	SPI1->CR1|=1<<8;
	SPI1->CR1|=0<<7;//MSB first
	SPI1->CR1|=3<<3;//时钟频率为72M
	SPI1->CR1|=1<<2;//SPI主机；
	
	SPI1->CR1|=1<<1;//空闲模式下SCK为1，CPOL=1
	SPI1->CR1|=1<<0;//CPHA=1
	SPI1->CR1|=1<<6;//SPI设备使能
	
	
}

//spi1发送数据
void spi1_send_byte(u8 data){
	//等待前面的发送完毕
	while((SPI1->SR&(1<<1))==0);//发送区空
	//把数据给DR寄存器
	SPI1->DR;//这一步指定完并不会立即传输完成
	
	while((SPI1->SR&(1<<0))==0);//等待接收完成，spi是全双工的，发送一个字节必然接收一个字节
	data=SPI1->DR;//读取接收到的无用的数据
}

//spi1接收数据，返回值表示接收到的数据
u8 spi1_receive_byte(void){
	u8 data;
	while((SPI1->SR&(1<<1))==0);//发送区空
	SPI1->DR=0xaa;//传数据给DR，这个数据是一个假数据，只是为了维持时钟信号，本身并不重要
	while((SPI1->SR&(1<<0))==0);//等待接收完成
	data=SPI1->DR;//读取数据
	return data;
	
}

//读写数据，其中data表示要写入的字节，返回值表示读到的字节
u8 spi1_read_write_byte(u8 data){
	while((SPI1->SR&(1<<1))==0);//发送区空
	SPI1->DR=data;
	while((SPI1->SR&(1<<0))==0);//接收区空
	return SPI1->DR;
}

W25QXX

W25QXX控制和状态寄存器

芯片本身是带有控制和状态寄存器的，要控制他读写，就需要控制操作寄存器来编写代码

• BUSY 忙位：是一个只读位，位于状态寄存器中的S0，当器件在执行“页编程” “扇区擦除” “快区擦除” “芯片擦除” “写状态寄存器” 指令时，该位自动置1，这个时候，除了“读状态寄存器”指令，其他的指令都忽略。当编程、擦除和写状态寄存器指令执行完毕之后，这个寄存器自动变成0，表示芯片可以接收其他的指令。

• WEL 写保护位：写保护位是一个只读位2，位于状态寄存器的S1，执行完“写使能”后该位置置位为1，当芯片处于“写保护状态下”，该位为0。在下面两种情况下会进入到写保护状态：
  掉电后
  执行以下指令：写禁能、页编程、扇区擦除、块区擦除、芯片擦除等

    这个寄存器的第0位和第1位都是只读位，在执行操作的时候才会置位为1，平常的时候默认是0
  

• BP0 BP1 BP2块保护位：BP是可读可写位，分布在状态寄存器的2-4位，可以使用写状态寄存器命令置位这些块区保护位，在默认状态下，这些位都是0，即在块区处于未保护状态下，可以设置块区没有保护、部分保护或者全部处于保护状态下。当SPR位为1或者/WP引脚为低的时候，这些位不可以被更改。

• SRP 状态寄存器保护位：SRP是可读可写位，位于状态寄存器的S7。该位结合/WP引脚可以实现禁能写状态寄存器的功能。这个位的默认值是0。当SRP=1，/WP=0的时候，写状态寄存器命令失效。

W25QXX指令

数据传输高位在前，带括号的数据表示数据从DO引脚读出

1）写使能 06h
写使能指令会将状态寄存器的WEL位置位，在执行每个“页编程” “扇区擦除” “块区擦除” “芯片擦除” 和“写状态寄存器”命令之前，都要先置位WEL

其代码和逻辑如下：

• 先拉低片选引脚
• 通过spi协议编写的读写函数，把0x06的指令发送过去
• 拉高片选

//写使能
vois W25QXX_WriteEnable(void){
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(W25QXX_WriteEnable);
	W25QXX_CS=1;
}

2）读状态寄存器指令 05h
当/CS拉低后，开始把05h从DIO引脚送到芯片，在CLK的上升沿数据被芯片采集，当芯片认出采集到的数据是05h的时候，芯片就会把“状态寄存器”的值从DO引脚输出，输出在CLK的下降沿输出，高位在前。
“读状态寄存器”指令在任何时候都可以用，甚至在编程、擦除和写状态寄存器的过程中也可以用，这样，就可以从状态几孙琦的BUSY位判断编程、擦除和写状态寄存器周期有没有结束，从而让我们知道是否可以接收下一条指令了。如果CS没有被拉高，状态寄存器的值一直都从DO引脚输出，CS被拉高后，指令结束。

读状态寄存器指令逻辑以及代码如下：

• 拉低片选引脚
• 通过SPI协议编写的速写函数，把0x05的指令发过去
• 从机返回一个随机数据，这里我们读取一个0xff
• 拉高片选，完成度状态寄存器的指令函数

u8 W25QXX_ReadSR(void){
	u8 byte=0;
	//拉低片选引脚，使能器件
	W25QXX_CS=0;
	//发送读取状态寄存器命令，把0x55发送过去
	spi1_read_write_byte（W25QXX_ReadStatusReg）;
	//读取一个字节
	byte=spi1_read_write_byte(0xff);
	//取消片选
	W25QXX_CS=1;
	return byte;
}

3）写状态寄存器命令 01h
在执行“写状态寄存器”指令之前，需要先执行“写使能”指令。先拉低CS引脚，然后把01h从DIO引脚送到芯片，然后在把你想要设置的状态寄存器的值，通过DIO引脚送到芯片，拉高CS引脚，指令结束。如果CS没有被拉高或者拉的很晚，值就不会被写入，指令无效。
通过对TB BP2 BP1 BP0位写1，可以实现将芯片的部分或者全部存储区域设置为只读，通过对SRP写1，WP写0，可以实现禁止写入状态寄存器的功能。

其逻辑以及代码如下：

• 拉低引脚
• 通过spi协议编写好的读写函数，把0x01指令发送过去
• 写好我们需要发送的数据
• 拉高片选

u8 W25QXX_Write_SR(u8 sr){
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte（W25QXX_WriteStatusReg）;//发送写读取状态寄存器命令
	spi1_read_write_byte(sr);//写入一个字节
	W25QXX_CS=1;
}

4）页编程指令 02h

我们要把数据写入到flash，就㤇用到这个页编程指令，在页内写入数据，写这个函数要用到上面的读写函数。

1. 执行“页编程”指令之前，要先执行“写使能”指令，并且要求写入的区域位都为1，也就是需要先把写入的区域擦除。然后先把cs拉低，把代码02h通过DIO引脚送到芯片，然后把24位地址送到芯片，接着把要写的字节写到芯片，写完后把cs拉高，完成。
2. 写完一页，也就是256个字节后，必须把地址改为0，不然的话，如果时钟还在继续，地址将会自动变成页的开始地址。某一些时候，需要写入的字节不足256个字节的话，其他写入的字节是没有意义的，如果写入的字节大于256个字节的话，多余的字节将会加上无用的字节覆盖掉刚刚写入的256个字节，所以在页编程中，要保证写入的字节小于等于256个字节。
3. 在指令执行过程中，用“读状态寄存器”可以发现BUSY位为1，当指令执行完毕，BUSY位会自动变成0。但是如果写入的地址处于“写保护”状态，“页编程”指令无效。

为什么要发送24位地址
首先我们要知道SPI每次只能发送8位地址，所以这个24位地址需要分三次发送；这个24位的地址，本质上就是数据存放的地址，为什么是24位，这个是在手册里面固定的。比如说需要发送0x123456：

发送完24位地址之后，就可以发送字节，最大只能发送256个字节，超过就不行了

其代码以及逻辑如下：

• 首先写使能，使用刚刚的写使能函数

//页编程
//pBuffer：数据存储区
//WriteAddr：开始写入的地址
//NumByteToWrite：要写入的字节数，最大256字节
void W25QXX_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite){
	u16 i;
	W25Qxx_Write_Enable();//set WEL
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(W25QXX_PageProgram);//发送页命令
	//发送24bit地址
	spi1_read_write_byte((u8)((WriteAddr)>>16));
	spi1_read_write_byte((u8)((WriteAddr)>>8));
	spi1_read_write_byte((u8)(WriteAddr);
	
	for(i=0;i<NumByteToWrite;i++){
		spi1_read_write_byte(pBuffer[i]);//循环写入数据
	}
	W25QXX_CS=1;//拉高片选
	W25QXX_Wait_Busy();//等待写入结束
}
//等待写入结束函数
void W25QXX_Wait_Busy(void){
	while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01);//等待BUSY位清空，等于0说明已经写完
}

5）读数据寄存器 03h

这个时序要注意，如果使用硬件SPI功能，一般需要主机先发送一个字节数据后才能接收到flash发送的数据，实际上是为了给flash提供发送的时钟（因为时钟只能由主机产生）

“读数据”指令允许读出一个或以上的字节，先把cs拉低，然后把03h通过DIO引脚送到芯片，之后再总入24位的地址，这些数据在CLK的上升沿被芯片采集。芯片接收完24位地址后，就会把相应地址的数据在CLK引脚的下降沿从DO引脚送出去，高位在前。当读完这个地址的数据之后，地址自动增加，然后通过DO引脚把下一个地址的数据送出去，形成一个数据流。也就是说，只要时钟在工作，通过一条读指令，就可以把整个芯片存储区的数据读出来。把cs引脚拉高，“读指令结束。当芯片在执行变成、擦除和读状态寄存器指令的周期内，读指令不起作用。

其代码以及逻辑如下：

//读数据指令
//pBuffer：数据存储区
//ReadAddr：开始读取的地址
//NumByteToRead：要读取的字节数，最大32768
void W25QXX_Read(u8* pBUffer,u32 read_address, u16 NumByteToRead){
	u16 i;
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(W25QXX_ReadData);//发送读取命令
	spi1_read_write_byte((u8)(read_address>>16));//发送24bit读取地址
	spi1_read_write_byte((u8)(read_address>>8));
	spi1_read_write_byte((u8)read_address);
	for(i=0;i<NumByteToRead;i++){
		buffer[i]=spi1_read_write_byte(0xff);//循环读取数据，发送空字节以获取时钟信号
	}
	W25QXX_CS=1;
}

6）扇区擦除指令 20h

“扇区擦除指令”将一个扇区4K字节全部擦除，擦除后的扇区位都为1，扇区字节都为ffh。在执行“扇区擦除”指令之前，要先执行“写使能”指令，保证WEL为为1

先拉低cs引脚，然后把指令代码20h通过DIO引脚送到芯片，然后接着把24位扇区地址送到芯片，拉高cs引脚。如果没有及时把cs引脚拉高，指令将不会起作用。在指令执行期间，BUSY位为1，可以通过“读状态寄存器”指令观察。当指令执行完毕，BUSY位变成0，WEL位也会变成0.如果需要擦除的地址处于只读状态，指令将不会起作用。

//擦除扇区指令
//Dst_Addr:扇区编号，是第几个扇区，不是绝对地址
//擦除一个扇区的最少时间：150ms
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr){
	Dst_Addr*=4097;
	W25QXX_WriteEnable();//写使能
	W25QXX_Wait_Busy();//等待空闲
	W25QXX_CS=0;//使能器件
	spi1_read_write_byte(W25QXX_SectorErase);//发送扇区擦除指令
	spi1_read_write_byte((u8)(Dst_Addr>>16));//发送地址
	spi1_read_write_byte((u8)(Dst_Addr>>8))
	spi1_read_write_byte((u8)Dst_Addr);
	W25QXX_CS=1;//取消片选
	W25QXX_Wait_Busy();//等待擦除完成
}

7）块擦除指令 D8h

块擦除指令是将一个块区64K全部变成1，即字节全部变成ffh，在块擦除指令执行之前要先执行“写使能”指令

先把cs拉低，然后把指令代码D8h通过DIO引脚送入到芯片，然后把24位块区地址送到芯片，把地址拉高。

//擦除块指令
//Addr:块区地址
void W25QXX_Erase_Block(u32 Addr){
	W25QXX_WriteEnable();//写使能
	W25QXX_Wait_Busy();//等待空闲
	W25QXX_CS=0;//使能器件
	spi1_read_write_byte(W25QXX_BlockErase);//发送扇区擦除指令
	spi1_read_write_byte((u8)(Dst_Addr>>16));//发送地址
	spi1_read_write_byte((u8)(Dst_Addr>>8))
	spi1_read_write_byte((u8)Dst_Addr);
	W25QXX_CS=1;//取消片选
	W25QXX_Wait_Busy();//等待擦除完成
}

8）芯片擦除指令 C7h

芯片擦除指令会使得整个芯片的存储区变成1，也就是所有字节变成ffh，在执行“芯片擦除”指令之前要先执行“写使能”指令
先把cs拉低，把指令代码C7h通过DIO引脚送入到芯片中，然后拉高cs引脚

//擦除整个芯片，需要比较长的等待时间
void W25QXX_Erase_Chip(void){
	W25QXX_WriteEnable();//ser WEL
	W25QXX_Wait_Busy();
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(W25QXX_ChipErase);//发送片擦除指令
	W25QXX_CS=1;
	W25QXX_Wait_Busy();//等待芯片擦除完成
}

9）掉电指令 B9h
尽管在待机状态下的电流小韩很低，但是掉电指令可以使得待机电流消耗更低。
先把CS拉低，把指令代码B9h通过DIO引脚送到芯片，然后把cs拉高，指令执行完毕，如果没有及时拉高，指令无效。执行完掉电指令后，除了“释放掉电/器件ID指令”，其他指令无效

//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void){
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(W25QXX_PowerDown);//发送掉电命令
	W25QXX_CS=1;
	delay_us(3);//等待TPD

}

10）读ID指令 90h

因为我们这个W25QXX，这个程序大部分都适用，所以当我们使用不同的flash芯片的时候，我们可以通过读取ID来选到自己对应的芯片

“读制造/器件号”指令不同于“释放掉电/器件ID指令”，“读制造/器件号”指令读出来的数据包括JEDDC标准制造号和特殊器件ID号。
先把cs拉低，然后把指令90h通过引脚DIO送到芯片，然后接着把24位地址000000h送到芯片，然后芯片就会先后把“生产ID”和“器件ID”通过DO引脚在CLK的上升沿发送出去，如果把24位地址谢伟000001h，ID号的发送顺序就会颠倒，也就是先发了“器件号”再发“生产号”，ID号是8位数据。

//读芯片ID
//返回值如下:				   
//0XEF13,表示芯片型号为W25Q80  
//0XEF14,表示芯片型号为W25Q16    
//0XEF15,表示芯片型号为W25Q32  
//0XEF16,表示芯片型号为W25Q64 
//0XEF17,表示芯片型号为W25Q128 
u16 W25QXX_ReadID(void){
	u1616 Temp=0;
	W25QXX_CS=0;
	spi1_read_write_byte(0x90);//发送读取ID命令
	spi1_read_write_byte(0x00);//发送24bit地址
	spi1_read_write_byte(0x00);
	spi1_read_write_byte(0x00);
	Temp|=spi1_read_write_byte(0xff)<<8;
	Temp|=spi1_read_write_byte(0xff);
	W25QXX_CS=1;
	return Temp;
	
}