一.W25Q64简介
1.简介
xx是一个数字，不同的数字表示了不同的存储容量。同一个系列的芯片，只有容量不同，操作方法是一样的。
低成本：价格便宜，小型化：易集成，使用简单：SPI通信。可以可能到这个是一款非易失性存储器，存储器分为，易失性，非易失性。
易失性：SRAM，DRAM。非易失性存储器：E2PROM，Flash，区别就是存储的数据是否是掉电丢失。
数据存储可以存放采集的数据，字库存储可以把汉字的点阵数据存在里面，固件程序存储，相当于可以把程序直接下载到外挂的芯片里面，需要执行程序时候，直接读取外挂程序来执行。这就是XIP就地执行，比如说电脑里面的bios固件。
存储介质：Flash就是闪存存储器，像STM32的程序存储器，U盘，电脑里面的固态硬盘等等，闪存分为Nor Flash和Nand Flash两者各有优势和劣势，适用领域也不同。
芯片的SCK就是时钟线，这款的频率是80MHz已经很快了。所以我们写程序就不需要延时了，因为我们GPIO全速才50MHz，它是80MHz相当快了。
这个160MHz是双重SPI模式等效频率，320MHz是四重SPI模式等效的频率。那么他们是什么意思呢，就是我们之前说的MOSI用于发送，MISO用于接收，是全双工通信，在只发送或者直接收时候，会有浪费，但是W25Q64的芯片厂商不忍心浪费，所以就对SPI做出了一些改进，就是我在发的时候可以同时用MOSI和MISO进行发送，或者在接收的时候可以同时使用MOSI和MISO进行接收。MISO和MOSI同时具备接收和发送功能，一个SCK时钟，同时接收和发送两位数据。对比单个SPI那么效率就翻了一倍，所以等效的时钟为160MHz。
在我们的芯片里，还有两个引脚，WP写保护，HOLD这两个引脚如果不需要的话，可以拉过来，充当数据引脚。加上MOSI和MISO就可以四个数据同时收发了。这就是四重SPI，起始有点并行传输的意思了。串行是根据时钟，一位一位的发送，并行是一个时钟，八位同时发送。所以四重SPI模式其实就是四位并行的模式。
容量：4Mbit就是4M个二进制位，一个字节对应8个二进制位，所以转化位字节就是512KByte。
所以芯片后面的数值/8就是容量，当然40和80看为04和08就对了。这个芯片使用的是24位地址，就是3字节。我们使用时候，肯定需要把每个字节都分配一个地址，这样才能找到他们。
4字节的话是16Mb，但是W25Q256就比较尴尬了，分为3字节地址模式和4字节地址模式，在3字节地址模式下，只能读取前16Mb的数据要想读取到所有的单元，就需要四字节数据。这样就可以了。
二.硬件电路
1.原理图
这是我们的原理图电路，所有的引脚都通过排针印出来了。
2.引脚定义
vcc和CNG是电源正负极，然后/CS是代表引脚低电平有效，对应我们SPI的名称就是SS意思是SPI的片选引脚。然后CLK就是SPI的时钟线。然后5号的DI对应的是MOSI，是SPI主机输出从机输入。2号DO对应的是MISO，是SPI主机输入，从机输出。这些就是SPI通信的引脚。WP写保护，配合内部寄存器的配置，可以实现硬件的写保护写保护低电平有效，WP接低电平，保护住，不让写，WP接高电平，不保护，可以写。HOLD数据保持低电平有效。如果你在正常读写时，突然进行了中断，然后向通过SPI取控制其他器件，这时如果把CS置回高电平，那么时序就终止了，但如果你又不想终止总线，又想操控其他器件。这就可以使HOLD引脚置高电平，这样芯片就保持住了。芯片释放总线，但是时序不会终止，会记住当前状态，当你操作完其他事件时候，可以回过来。
我们注意到DO,HOLD,WP,DI边上都写了一个IO这就是我们刚才说的，双重SPI和四重SPI。普通不用管，如果是双重SPI那么DI和DO就是IO0和IO1。
3.引脚功能
4.框图
（1）地址分层
右半部分是描述的存储器的规划示意图，我们这个W25Q64容量是8MB。如果不进行划分，那么就会不方便管理，后续我们涉及到Flash擦除和写入的时候，都会有一个基本单元，我们需要以这个基本单元为时序进行。
常见的划分是一整块存储空间，先划分为若干的块Block，其中每一块在划分为若干的扇区Senctor对于每个扇区，又可以分为若干的页Page。
W25Q64的划分是，一整个矩形空间里，是所有的存储器，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，也就是3字节。
所以可以看到，第一个字节的大小是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。
为什么最后一个字节是7F开头不是FF开头呢，因为24位地址，最大寻址范围是16MB，我们这个芯片只有8MB，所以地址空间我们只用一半。8MB的空间拍到最后一个字节就是7F。
在整个空间里，我们以64KB作为一个基本单元，把它划分为若干的块Block。整个空间是8MB以64KB进行划分，最后划分的个数就是，8MB/64KB=128，所以可以分为128块。那么序列号就是0~127。
块0的起始地址是00 00 00h结束地址是00 FF FFh。
之后块31起始地址就是1F 00 00h到1F FF FFh。
可以观察到，每个块的起始地址是xx 00 00，结束地址是xx FF FF。
我们还要对每一个块划分位Sector，这里的虚线指向了右边的各个块，也就是告诉你，这里的每一块，都是这个样子。
我们可以看到每个块里，起始地址是xx 00 00，结束地址是xx FF FF。在一块里我们在以4KB为一个单元进行切分。一块是64KB，4KB一块就是64KB/4KB=16。所以在每一块里都可以分为扇区0~扇区15。
观察地址可以发现，每个扇区内部地址范围是：xx x0 00~xx xF FF。地址划分就结束了。
但是当我们写入数据的时候，还会有一个更细的划分。就是页Page，页是对整个存储空间划分的，也可以看作在扇区里，在进行划分，也是一样的。
页的大小是256个字节。一个扇区是4KB，以256个字节划分能分的多少份呢，我们算一下，4KB*1024=4096字节，4096字节/256字节=16页。所以一个扇区里可以分为16页。
这是我们页的起始地址和结束地址，可以看到在一夜中，地址变化的范围是xx xx 00~xx xx FF。一页内的地址变化，仅限于地址的最低一个字节。
（2）SPI执行逻辑
这时SPI的控制逻辑，相当于芯片的管理员，我们有什么事，告诉这个管理员就可以了。控制逻辑左边，就是SPI的通信引脚。这些引脚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。控制逻辑就会自动执行我们的电路，来完成我们想要的功能。
控制逻辑上面有个状态寄存器，这个状态寄存器比较重要，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提现。
然后是写控制逻辑和外面的WP引脚相连。显然这个是配合WP引脚来实现硬件写保护的。
右边这里是一个高电压生成器。这个是配合Flash来进行编程的。因为Flash是掉电不丢失的，要想产生掉电不丢失，我们就需要在存储器里产生一些刻骨铭心的变化，我们给这个位置进行大干预，所以不管有电没电，这个位置都不会发送变化了。所以它就是掉电不丢失的。所以我们就是用一个较高的电压刺激他，所以这种掉电不丢失的存储器，一般都需要一个高电压源。那么这里芯片内部集成了高电压发生器，就不需要我们在外接电压了。
这里是页地址/锁存计数器，下面还有一个字节锁存计数器，这两个地址锁存和计数器，就是用来指定地址的。我们通过SPI发过来三个字节的地址。因为一页是256字节，所以一页内的字节地址就取决于，最低的一个字节。高位的两个字节就对应的是页地址。所以我们发的三个字节，前两个字节会进到页地址锁存器里，最后一个字节会进到字节地址锁存计数器里。
页地址通过这个写保护和行解码，来选择我要操纵那一页。
字节地址通过列解码和256字节页缓存来进行指定字节读/写操作，又因为我们这个地址锁存有一个计数器，所以这个地址指针在读写之后会自动加1。这样就可以实现从指定字节开始，连续读写多个字节的目的了。
右边这里有个256字节的页缓存区。他其实是一个256字节的RAM存储器，然后我们数据的读写，就是通过这个RAM缓存区来进行的。我们写入数据，会先放到缓存区里，在时序结束之后芯片将缓存区的数据，复制到对应的Flash里。进行永久保存。
为什么要做一个缓冲区呢，直接写在Flahs里面不可以吗，这是因为我们SPI写入的频率是非常高的，而Flash的写入，由于要掉电不丢失，留下深刻的痕迹，它就会比较慢，所以这个芯片的设计思路就是，写入的数据先放在页缓存器里存折，因为缓存区是RAM所以他的速度会非常快，可以跟得上SPI总线的速度，但是有个小问题，因为这个缓存区只有256个字节，所以写入的时序有个限制条件，就是写入的一个时序，连续写入的数据量，不得超过256字节。然后等你写完了，我芯片在慢慢的把数据从缓冲区，转移到Flash存储器里面。
那么数据从缓冲区转移到Flash里面需要一定的时间，所以在写入时序结束后，芯片会进入一段忙的状态，在这里会有一条线，通往状态寄存器给状态寄存器的BUSY位，置1，表示芯片当前正在板砖，很忙，那么在忙的时候，芯片就不会响应新的读写时序了。这就是写入的时序流程
（3）读取数据
如果是读出数据呢。
通过这里猜一下，可能是通过缓存区来读取，但是由于读取，只看一下电路的状态就可以了。基本不花时间，所以读取的限制就很小了。速度也非常块，到这里我们的芯片框图就看完了。
第一部分，整个Flash的空间划分，划分为，块，扇区，页。
第二部分，SPI控制逻辑，就是整个芯片的管理员，执行指令读，写都靠它。
第三部分，状态寄存器，他和忙状态，写使能，写保护等功能有关。
第四部分，是256字节的页缓存，他会对一次性写入的数据量，产生限制。
5.Flash操作注意事项
因为Flash是掉电不丢失的存储器，为了保证掉电不丢失的特性，同时还要保证存储量足够大，成本足够低。所以，Flash存储器会在别的地方比如操作的便捷性等，做出一些妥协和让步。
所以Flash的读写，并不像RAM那样简单直接。RAM是指哪打哪，向写多少就写多少。并且RAM是可以覆盖写入的。比如原来RAM里有个数据0xAA，之后直接写入一个新的数据0x55，那么RAM的数据就变为了0x55。但是Flash没用这个特性。
可以看到Flash写入的要求还是比较多的，但是读取的要求就少了，因为读取只是看一下电路的状态，不对电路做出实质性的改变，所以读取一般都比较快。而且没用什么限制。
（1）写入操作
我们一一对应解释一下：
（1）写入之前的写使能是进行保护的，根手机一样，先解锁在操作。我们使用SPI发送一个写使能的指令就可以完成。
（2）flash没用向ram那样的覆盖能力。这解释了前面SPI通信时为什么有一条数据线空闲时传输的数据是0xFF，比如要写入0xaa，变为二进制是1010 1010，再次写入0x55变为二进制，0101 0101这样子写入之后前四位就会变为0，因为1可以变为0，0不可以变为1。
（3）可以弥补这个缺陷，先擦除，然后写入1。擦除会有专门的擦除电路。我们只需要发送擦除指令就可以了。擦除之后，所有数据位变为1。就是0xFF，所以有时候读取flash数据就会发现是这个数据。就说明这一块是擦除之后，还没有写入数据的空间，在falsh中FF表示空白而不是00。
（4）你不能指定某一个字节是擦除，要擦除就需要一大片一起擦除，在我们这个芯片里，可以选择整个芯片擦除，也可以按快擦除，按扇区擦除。最小的擦除单元就是一个扇区
一个扇区最小就是4KB也就是4096个字节。所以擦除最少就得4096个字节一起擦除。如果你想擦出的字节这个扇区还有别的数据，只能先把数据读出来，然后对整个扇区进行擦除，改写完读出来的数据后，再把4096个字节全都写会去。
为了弥补擦除最小单元的 缺点，我们需要对程序进行一些设计。
（5）写入时候一次性不能写太多。一个写入时序最多只能写一页的数据也就是256字节。
因为这里有一个页缓存区，它只有256字节。为什么又缓存区，因为flash写入太慢了跟不上SPI频率。所以写入的数据会先放在，RAM里面暂存等时序结束后，芯片在慢慢的把数据写入到flash里面。所以会有限制，每次最多写一页的数据，写的过多会覆盖首个数据。而且页缓存器和Flash的页对应，只有在页起始位置开始，才可以最大写入256字节，从中间开始写256字节到页尾之后，就会跳回页首造成地址混乱。
（6）写入是对缓存区进行等时序结束后芯片还要搬砖，所以每次写入之后，芯片都要进入一段忙时间。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我们的。
要想知道芯片什么时候结束忙状态，我们可以使用读取状态寄存器指令看一下状态寄存器的BUSY位是否为1，BUSY位为0时，芯片就不忙了。我们在进行操作。写入指令包括上面的擦除，在发出擦除指令后，芯片也会忙，也得等忙状态结束后才可以进行下一步操作。
（2）读取操作
无需使能，无需额外操作（擦除，等待）没用字节限制，想读取多少就读取多少，读取之后不会进入忙状态，但是不能在芯片忙的时候读取。
所以读取之前也要看一下芯片是否处于忙状态，等不忙的时候在进行读取就可以了。在非易失的存储器中flash还是很热门的，容量大，价格便宜，速度快（仅限非易失存储器）。
三.手册查询
1.状态寄存器
这个状态寄存器应该叫控制及状态寄存器。
这里状态寄存器又两个，一个时状态寄存器1，一个是状态寄存器2，重要的是状态寄存器1，这里可以看到，状态寄存器1里面有两个位比较重要，第一个是BUSY，当设备正在进行，页编程（写入数据），扇区擦除，块擦除，整区擦除，整片擦除，或者写状态寄存器指令时BUSY位置1，这期间设备将会忽略进一步的指令。
第二位写使能锁存位WEL，在执行完写使能指令后，WEL置1代表芯片可以进行写入操作了，当设备写使能时WEL位清零。什么时候存在写失能状态呢，1.上电后芯片默认写失能，2.在执行写失能，页编程，扇区擦除，块擦除这些写入指令等等WEL会置0。这表明当我们写使能，在执行写入操作后，就不需要再手动进行写失能了。因为写入操作后，会顺便写失能。同时这样表明，我们在任何写操作之前，都需要写使能，一个写使能只能保证后续的一条写指令或擦除指令可以执行。
2.指令集
instruction：指令
第一行厂商ID；EF，第三行设备ID；如果使用AB和90指令来读就是16，如果使用9F来读就是4017。
标黄色的是我们重点掌握的。
（1）写使能
指令码06。要是想用SPI的话，先起始然后交换一个字节，第一个字节时发送方向，发送0x06就可以了，这个指令后续不用根数据。
（2）写失能
发送04就可以。
（3）读状态寄存器1
需要起始，交换字节，发送指令码05这是读指令，后面有数据，我们需要继续交换字节，通过交换读取一个字节。这个字节就是状态寄存器的S7-S0。S0是BUSY位，S1是WEL位。
（4）页编程
也就是我们写数据的指令。只是有一个256字节页大小的限制。起始交换字节，发送指令02，然后继续交换发送地址的23-16，15-8，0-7位这三个字节用来指定地址。在之后我们就可以写入数据，D7-D0了。这个数据写入到刚才指定的地址下，如果继续写入的话，后续的字节，就从前一个字节的起始地址开始依次储存。但是要注意页的限制。
（5）擦除指令
按64K块进行擦除，按32K扇区进行擦除，按4K块进行擦除。整片擦除。我们用扇区擦除即可，起始，发送指令20，之后再交换发送三个字节的地址，发送后这个指定的地址所在的扇区，会一整个擦除。当然这个地址是精确到某个字节的额，我们一般把字节的首地址对齐扇区首地址。
（6）读取ID号
我们主要用标黄的，起始，交换发送9F，随后连续交换读取3个字节，终止。其中第一个字节是厂商ID，后两个字节是设备ID。
（7）读取数据指令
操作流程是，起始，交换发送字节03，之后交换发送3个字节地址，在之后，就可以读取交换了。D7-D0的数据，就是前面三个地址的数据。如果继续交换读取，后面的数据就是从指定地址开始依次读取。这个读取没有页的限制。
（8）指令时序图
这里和我们SPI指令很像，但是有几个不一样的地方，比如说DO，按理说从机应该通过DO把它回传的数据发过来，但这是一个写入的指令，确实不用回传数据，所以这里DO始终保持高阻态，这里有个mode0又画了一个虚线，写着mode3。这个意思是这个芯片可以兼容SPI的模式0和模式3。为什么可以兼容呢，可以对比一下，发现他们都是下降沿移出，上升沿移入，只是相位不一样。
我们可以规定，再SS下降沿，或者SCK第一个下降沿，都输出B7，然后后续移入数据都是再SCK上升沿，这样就可以兼容模式0和模式3了。
（9）执行编程和擦除的时间
这里的一些参数肯会用到。比如页编程时间，典型时间是0.7ms，最大时间是3ms。
比如扇区擦除时间，典型时间是30ms。
比如块擦除时间，典型时间是120ms，最大时间是150ms。
比如整片擦除时间，典型时间是15s，最大时间是30s。
可以看出Flash芯片写入时间一般再ms级别。