嵌入式应用技术：STM32固件库编程+W25Q128芯片指令

要对Flash进行读写操作，应使用W25Q128的指令系统，由MCU向芯片输出指令与参数，再由芯片返回相应的数据。由于使用了SPI接口，数据按位传输。完成一个字节传输后，再发送下一个字节。有些指令是单字节指令，有些指令必须附加参数，会有好几个字节，因此MCU往Flash发送指令时也要按照W25Q128的指令表发送数据，标准SPI指令表如表9-4所示。

指令表中Byte1列是指令编码，之后的Byte2、Byte3等列是指令参数，比如第一个指令Write Enable（写使能）是单字节指令，后面无指令参数。再比如指令Read Data（读字节）是一个5字节指令，指令编码是03h，Byte2～Byte4为读取的Flash目标单元地址，地址有24位，Byte5为读取的数据，数据长度为8位（1个字节）。表中的Dummy是任意数的意思，以A字母开头的代表地址的含义，以D字母开头的代表数据的含义，以S字母开头的代表状态的含义，以MF字母开头的代表厂家的含义，以ID字母开头的代表身份码的含义，比如W25Q128的产品的ID是0xEF4018。移位时按MSB在前的模式输出。

表9-4　W25Q128 SPI指令表

注：带括号的数据代表从设备发生的数据。

除了标准的SPI指令外，W25Q128还有DUAL与QUAD SPI指令集。这些指令集可以极大地增加Flash的读写效率。相对来说，这些增强指令集的字节数比标准SPI指令的长度要长。本项目旨在学习SPI的使用方法，因此使用标准SPI指令即可。对于具体的指令集，读者可以查阅W25Q128数据手册。

光看指令表还不足以掌握如何使用该Flash，读者可查阅相关数据手册。对于其中一条最常见的指令Read Data，读者可以查阅W25Q128数据手册找到时序图，通过对时序图的分析，掌握一般SPI器件的使用方法。图9-8为Read Data指令时序图。

图9-8　Read Data指令时序图

首先，CS引脚要在低电平时才进入有效通信状态，时钟CLK有模式0或者模式3，因此使用了虚线表示模式3，这并不影响解读时序关系。

W25Q128的DI端口有第一个字节数据到达，字节内容为03h，即MCU的MOSI端输出第一个字节03h。查阅指令表可知，03h代表Read Data指令，这时W25Q128解析该指令，等着接收余下的三个地址单元地址，而这段时间DO端输出高阻状态。

其次，DI接收由MCU的MOSI端发过来的三个字节，即A23～A0的24位目标单元地址，由于W25Q128已经识别了Read Data的指令，DO端仍然相应连续输出24个时钟的高阻状态。

W25Q128接收完24位地址后，从该地址读出数据（1个字节），将该数据存放到输出缓冲区，在DO端移位输出。DI端口处于接收状态，即使MCU的MOSI有数据传入W25Q128，也不产生任何影响。(www.xing528.com)

细心的读者可以发现指令表中没有写数据指令，只写了状态寄存器的指令。这是因为W25Q128的128M位被组织为65536个可编程的页（page），每页256 Bytes。要对W25Q128写入数据，必须按页操作。哪怕只想写入一个字节，也必须将256个字节一起写入。

页编程指令允许将1～256字节写入存储器的某一页，而这一页必须是被擦除过的（也就是只能写0，不能写1，擦除时全写为1），这是由NOR Flash特性决定的。

可以查阅到指令表中有Page Program，该指令的时序图如图9-9所示。

图9-9　Page Program时序图

首先拉低端的电平，使之处于通信有效状态，然后在DI上传输指令代码02h，接着传输24位的地址，再接着要传输的数据至少为一个字节，当要写入多个字节时，在24位地址后添加多个字节即可。

如果一次写一整页数据（256字节），最后的地址字节（A7～A0）应该全为0。如果最后8位字节地址不为0，但是要写入的数据长度超过页剩下的长度，那么芯片会回到当前页的开始地址写入数据。写入的数据少于256字节时，对页内的其他数据没有任何影响。对于这种情况的唯一要求是，时钟数不能超过剩下页的长度。如果一次写入多于256字节的数据，那么在页内会往回写，先前写的数据会被覆盖。

前面介绍了进行页编程前页必须是被擦除过的。在指令表中我们可以找到三条有关擦除的指令：Sector Erase（4KB）、Block Erase（32KB）与Block Erase（64KB）。W25Q128将16M字节的容量分成了256个块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区（Sector），每个扇区4K个字节，即4096个字节。使用这三条指令，可对4KB、32KB、64KB容量进行擦除操作。Sector Erase指令时序图如图9-10所示。DI输入02h的指令代码后跟随3个字节24位的地址，完成扇区擦除。

图9-10　Sector Erase指令时序图

器件的所有指令执行都需要时间，在芯片处理指令的过程中，状态寄存器的BUSY位＝1。当BUSY＝1时，芯片不接受其他指令。