W25Q64存储芯片软件设计刚需常识

引用：笔者对SPI通信有一定了解，但是没有用SPI通信过W25Q64。初次使用时，用MCU对W25Q64进行读写操作时，软件设计需要知道W25Q64哪些内容呢？笔者总结如下

一、W25Q64 核心硬件参数

参数项	数值	软件设计意义
总容量	64M-bit = 8MB = 8388608 字节	最大地址：0x7FFFFF（24 位地址）
最小写入单位	页 (Page)	1 页 = 256 字节（=0.25KB），写入不能跨页！
总页数	32768 页	8MB ÷ 256B = 32768
最小擦除单位	扇区 (Sector)	1 扇区 = 4096 字节（4KB），不能按字节 / 页擦除
总扇区数	2048 扇区	8MB ÷ 4KB = 2048
块 (Block)	大块：64KB / 块，共 128 块小块：32KB / 块，共 256 块	大块擦除更快，适合批量数据

1.1 容量计算

存储芯片的 M不是10的6次方，而是1024KB。1MB=1024KB，1KB=1024B

W25Q64的64指的是64MBit(8MB) ，64M位，64M = 64 * 1024 * 1024 = 67,108,864 bit(位)。

67,108,864 / 8 = ++8388608 B(字节)++

8388608转16进制为0x800000，总容量为0x800000，地址可取范围为0~0x7FFFFF(8388607)

1页可以存储256个字节，8388608 / 256 = 32768 页

1扇区擦除4096 B，4096 / 256 = 16 页，1扇区擦除16页

1.2 如何得到每一页的首尾地址

W25Q64采用24位地址，++低8位为页内偏移地址，高15位为页号++

0x $高15位$ $低8位$ ，++我们存储的数据仅在低8位++

即：

第1页的首地址为0x 000000 第1页的尾地址为0x 0000FF

第2页的首地址为0x 000100 第2页的尾地址为0x 0001FF

第3页的首地址为0x 000200 第3页的尾地址为0x 0002FF

++第n页的首地址为0x (n-1)00++ 第n页的尾地址为0x (n-1)FF

二、W25Q64相关常识

2.1 W25Q64核心指令

功能	指令码	软件操作
芯片ID	0x9F	读取芯片ID
写使能	0x06	写入 / 擦除前必须先发
状态寄存器(等待忙)	0x05	查「忙位」，判断操作是否完成
读数据	0x03	任意地址、任意长度读取
页编程（写入）	0x02	最多写 256 字节（1 页）
扇区擦除	0x20	擦除 4KB（最小擦除）
全片擦除	0xC7	擦除整个芯片

2.2 SPI通信

以软件SPI为例，相关程序：

4根通信线的定义

cpp 复制代码

void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}
void MySPI_W_SCK(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (BitAction)BitValue);		
}
void MySPI_W_MOSI(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (BitAction)BitValue);	
}
uint8_t MySPI_R_MISO(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6);			
}

SPI协议

cpp 复制代码

void MySPI_Start(void)
{
	MySPI_W_SS(0);				//拉低SS，开始时序
}


void MySPI_Stop(void)
{
	MySPI_W_SS(1);				//拉高SS，终止时序
}

/**
  * 函    数：SPI交换传输一个字节，使用SPI模式0
  * 参    数：ByteSend 要发送的一个字节
  * 返 回 值：接收的一个字节
  */
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
	uint8_t i, ByteReceive = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到
	
	for (i = 0; i < 8; i ++)						//循环8次，依次交换每一位数据
	{
		MySPI_W_MOSI(ByteSend & (0x80 >> i));		//使用掩码的方式取出ByteSend的指定一位数据并写入到MOSI线
		MySPI_W_SCK(1);								//拉高SCK，上升沿移出数据
		if (MySPI_R_MISO() == 1){ByteReceive |= (0x80 >> i);}	//读取MISO数据，并存储到Byte变量
																//当MISO为1时，置变量指定位为1，当MISO为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
		MySPI_W_SCK(0);								//拉低SCK，下降沿移入数据
	}
	
	return ByteReceive;								//返回接收到的一个字节数据
}

SPI通信实际就只用到3条函数：

MySPI_Start()、MySPI_SwapByte()、MySPI_Stop()

SPI起始信号（拉低CS片选）、交换字节、SPI结束信号（拉高CS片选）

因而SPI收发一次数据流的流程：

SPI起始信号->交换字节*n->SPI结束信号

2.3

三、 W25Q64部分功能读写操作汇总

前提：

写使能 的执行流程：起始信号------- $发送$ 写使能功能码 (8 位)-------结束信号

等待忙 的执行流程：起始信号------- $发送$ 等待忙功能码 (8 位)-------主机状态寄存器标志位-------结束信号

3.1 读取 ID 功能执行流程

起始信号

$发送$ 读取 ID 功能码 (8 位)

$读取$ 24 位 ID 数据

结束信号

3.2 页编程 (页写入) 功能执行流程

写使能

起始信号

$发送$ 页编程功能码 (8 位)

$发送$ 24 位写入起始地址

$发送$ 8 位数据 * n

结束信号

等待忙

3.3 读取数据功能执行流程

起始信号

$发送$ 读取数据功能码 (8 位)

$发送$ 24 位读取起始地址

$读取$ 8 位数据 * n

结束信号

3.4 扇区擦除 (4KB) 功能执行流程

写使能

起始信号

$发送$ 扇区擦除功能码 (8 位)

$发送$ 24 位扇区地址

结束信号

等待忙

3.5 全片擦除功能执行流程

写使能

起始信号

$发送$ 全片擦除功能码 (8 位)

结束信号

等待忙

总结规律：

所有功能的执行流程都是：

起始信号-----发送功能码-----数据流(接收or发送or无)-----结束信号

至于涉及写使能和等待忙的功能：

写使能 -----起始信号-----发送功能码-----数据流(接收or发送or无)-----结束信号-----等待忙

在头和尾添加写使能和等待忙的操作

只读类（读 ID、读数据），无需写使能、无需等待忙

写入 / 擦除类（页写入、扇区擦除、块擦除、全片擦除），必前置写使能、必后置等待忙

四、写使能与等待忙

为什么需要写使能和等待忙的操作？

W25Q64 默认处于写保护锁定状态 ，禁止任何写入、擦除操作。进行写入擦除操作时，必须先使能。

主机给W25Q64写入批量数据时，W25Q64需要时间读取，因此需要主机接收到W25Q64接收完成的信号(等待忙后空闲)，才能进行下一步操作。

五、代码示例

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"

/**
  * 函    数：W25Q64初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_Init(void)
{
	MySPI_Init();					//先初始化底层的SPI
}

/**
  * 函    数：MPU6050读取ID号
  * 参    数：MID 工厂ID，使用输出参数的形式返回
  * 参    数：DID 设备ID，使用输出参数的形式返回
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);			//交换发送读取ID的指令
	*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收MID，通过输出参数返回
	*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//交换接收DID高8位
	*DID <<= 8;									//高8位移到高位
	*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//或上交换接收DID的低8位，通过输出参数返回
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

/**
  * 函    数：W25Q64写使能
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);		//交换发送写使能的指令
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

/**
  * 函    数：W25Q64等待忙
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
	uint32_t Timeout;
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);				//交换发送读状态寄存器1的指令
	Timeout = 100000;							//给定超时计数时间
	while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)	//循环等待忙标志位
	{
		Timeout --;								//等待时，计数值自减
		if (Timeout == 0)						//自减到0后，等待超时
		{
			/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
			break;								//跳出等待，不等了
		}
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

/**
  * 函    数：W25Q64页编程
  * 参    数：Address 页编程的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray	用于写入数据的数组
  * 参    数：Count 要写入数据的数量，范围：0~256
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：写入的地址范围不能跨页
  */
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{
	uint16_t i;
	
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);		//交换发送页编程的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		MySPI_SwapByte(DataArray[i]);			//依次在起始地址后写入数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64扇区擦除（4KB）
  * 参    数：Address 指定扇区的地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
	W25Q64_WriteEnable();						//写使能
	
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);	//交换发送扇区擦除的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	MySPI_Stop();								//SPI终止
	
	W25Q64_WaitBusy();							//等待忙
}

/**
  * 函    数：W25Q64读取数据
  * 参    数：Address 读取数据的起始地址，范围：0x000000~0x7FFFFF
  * 参    数：DataArray 用于接收读取数据的数组，通过输出参数返回
  * 参    数：Count 要读取数据的数量，范围：0~0x800000
  * 返 回 值：无
  */
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
	uint32_t i;
	MySPI_Start();								//SPI起始
	MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);			//交换发送读取数据的指令
	MySPI_SwapByte(Address >> 16);				//交换发送地址23~16位
	MySPI_SwapByte(Address >> 8);				//交换发送地址15~8位
	MySPI_SwapByte(Address);					//交换发送地址7~0位
	for (i = 0; i < Count; i ++)				//循环Count次
	{
		DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);	//依次在起始地址后读取数据
	}
	MySPI_Stop();								//SPI终止
}

六、使用示例

举例子，写3张128*64像素的图片，从0x000000的地址开始写

128*64像素的图片，128 * 64 = 8192 bit(位)，8192 / 8 = 1024 B(字节)

一张128*64像素的图片，占用1024个字节,3张占用3 * 1024 = 3072 B(字节)

因此定义数组，Image $1024$ 来装一张图片的数据

W25Q64一页能写256个字节，1024个字节需要用4页，即一张图片需要用到4页纸

图片编号	起始地址	结束地址	大小
第 1 张	0x000000	0x0003FF	1024B
第 2 张	0x000400	0x0007FF	1024B
第 3 张	0x000800	0x000BFF	1024B

cpp 复制代码

uint8_t Image1[1024];  // 第1张图片
uint8_t Image2[1024];  // 第2张图片
uint8_t Image3[1024];  // 第3张图片

uint8_t ReadImageBuf[1024];// 图片读取缓存（用于验证写入是否成功）

int main(void)
{
	W25Q64_Init();
	W25Q64_SectorErase(0x000000);  // 擦除第1个扇区（4KB）

	// 单张1024字节 = 4次页写入（每次256字节，不跨页）
	// 写入第1张：地址0x000000
	W25Q64_PageProgram(0x000000, Image1, 256);//第0页
	W25Q64_PageProgram(0x000100, Image1+256, 256);//第1页
	W25Q64_PageProgram(0x000200, Image1+512, 256);//第2页
	W25Q64_PageProgram(0x000300, Image1+768, 256);//第3页
	
	// 写入第2张：地址0x000400
	W25Q64_PageProgram(0x000400, Image2, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000500, Image2+256, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000600, Image2+512, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000700, Image2+768, 256);
	
	// 写入第3张：地址0x000800
	W25Q64_PageProgram(0x000800, Image3, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000900, Image3+256, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000A00, Image3+512, 256);
	W25Q64_PageProgram(0x000B00, Image3+768, 256);

    
    // 读取第1张图片验证
    W25Q64_ReadData(0x000000, ReadImageBuf, 1024);
    // 读取第3张图片验证
    W25Q64_ReadData(0x000800, ReadImageBuf, 1024);
}

W25Q64存储芯片 软件设计刚需常识

引用：笔者对SPI通信有一定了解，但是没有用SPI通信过W25Q64。初次使用时，用MCU对W25Q64进行读写操作时，软件设计需要知道W25Q64哪些内容呢？笔者总结如下

一、W25Q64 核心硬件参数

1.1 容量计算

1.2 如何得到每一页的首尾地址

二、W25Q64相关常识

2.1 W25Q64核心指令

2.2 SPI通信

三、 W25Q64部分功能读写操作汇总

3.1 读取 ID 功能执行流程

3.2 页编程 (页写入) 功能执行流程

3.3 读取数据功能执行流程

3.4 扇区擦除 (4KB) 功能执行流程

3.5 全片擦除功能执行流程

总结规律：

四、写使能与等待忙

为什么需要写使能和等待忙的操作？

五、代码示例

六、使用示例

W25Q64存储芯片软件设计刚需常识