- W25Q64简介
- 硬件电路
- W25Q64框图
- 块Block
- 扇区Sector
- 页Page
- SPI控制逻辑
- 状态寄存器
- 写控制逻辑
- 高电压生成器
- 页地址锁存/计数器与字节地址锁存/计数器
- 256字节页缓存区
- Flash操作注意事项
- 状态寄存器
- BUSY 位
- 写使能锁存（WEL）
- W25Q64 SPI指令集
- 设备验证
- 指令集
- 指令集表1（通用指令）
- 指令集表2（读指令）
W25Q64简介
- W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器（数据掉电不丢失），常应用于数据存储、字库存储、固件程序存储等场景
- 存储介质：Nor Flash（闪存）
- 时钟频率：80MHz / 160MHz (Dual SPI，MOSI和MISO都可以接收和发送数据，相当于标准模式2倍的通信速度) / 320MHz (Quad SPI，4位并行)
- 存储容量（24位地址，Q256就得分为3字节地址模式（只能读前16MByte），4字节地址模式（读全部））：
W25Q40： 4Mbit / 512KByte
W25Q80： 8Mbit / 1MByte
W25Q16： 16Mbit / 2MByte
W25Q32： 32Mbit / 4MByte
W25Q64： 64Mbit / 8MByte
W25Q128： 128Mbit / 16MByte
W25Q256： 256Mbit / 32MByte
硬件电路
| 引脚 | 功能 |
|---|---|
| VCC、GND | 电源（2.7~3.6V） |
| CS（SS） | SPI片选 |
| CLK（SCK） | SPI时钟 |
| DI（MOSI） | SPI主机输出从机输入 |
| DO（MISO） | SPI主机输入从机输出 |
| WP | 写保护，低电平有效 |
| HOLD | 数据保持，低电平有效 ，相当于SPI总线进入一次中断，在中断里干别的事情，芯片保持状态，然后恢复中断前的时序 |
W25Q64框图
如上图，是存储器规划示意图
一整块存储空间，先划分为若干的块Block，其中每一块再划分为若干个扇区Sector，对于每个扇区，内部又分成很多页Page，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，3个字节，所以看到左下角第一个字节地址是00 00 00h，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，最后一个字节是7F开头不是FF开头的原因：因为24位地址，最大寻址范围是16MB，而W25Q64只有8MB，所以地址空间只用了一半，8MB的空间排到最后一个字节，就是7F FF FFh
块Block
然后在这整个空间里，我们以64KB为一个基本单元，把吃划分成若干的块Block，从前往后，依次是块0、块1、块2、等等等等，那整块蛋糕是8MB，以64KB为一块进行划分，最后分得的块数，就是8MB/64KB=128块，块序号是块0到块127，块0的起始地址是00 00 00h，块0的结束地址是00 FF FFh，之后，块31的起始地址是1F 00 00h，块31的结束地址是1F FF FFh。
扇区Sector
如上图，我们还要再对每一块进行更细的划分，分为多个扇区Sector，虚线对应右侧各个块，在每个块里，起始地址是xx 00 00h，结束地址是xx FF FFh，在一块里，我们再以4KB为1个单元，进行切分，一块是64KB，总共切得16份，每一块里可分为扇区0和扇区15，每个扇区内的地址范围是xx 00 00h，到xx xF FFh，这就是对每一块，再细分为16个扇区的分配方式。
页Page
地址划分到扇区就结束了，但是当我们写入数据的时候，还会有个更细致的划分，就是页Page，页是直接对整个存储空问划分的，当然你也可以把它看作，在扇区里再进行划分，都是一样，页的大小是256个字节，一个扇区是4KB，以256个字节划分，能分得16页，如下图，每一行就是一页：
左边这里指了个箭头，写的是页地址的开始，右边这里也指了个箭头，写的是页地址的结束，在一页种，地址变化范围是xx xx 00h到xx xx FFh，一页内的地址变化，仅限于地址的最低一个字节
SPI控制逻辑
如上图，这里是SPI控制逻辑，也就是芯片内部进行地址锁存、数据读写等操作，都可以由控制逻辑来自动完成，控制逻辑就是整个芯片的管理员。
如上图，控制逻辑左侧就是SPI的通信引脚，有WP、HOLD、CLK、CS、DI和DO，这些引脚和主控芯片相连，主控芯片通过SPI协议，把指令和数据发送给控制逻辑，控制逻辑就会自动取操作内部电路来完成功能。
状态寄存器
控制逻辑上面有个状态寄存器，这个状态寄存器是比较重要的，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体现。
写控制逻辑
和外部的WP引脚相连，显然，这个是配合WP引脚实现硬件写保护的
高电压生成器
这个是配合Flash进行编程的，因为Flash是掉电不丢失的，如何实现掉电不丢失？比如你点亮一个LED表示1，熄灭LED表示0，但如果整个系统电都没有，那1和0就无从说起了，所以要想掉电不丢失，需要加高电压。
页地址锁存/计数器与字节地址锁存/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总线发过来3个字节的地址，因为一页是256字节，所以一页内的字节地址，就取决于最低一个字节，而高位的2个字节，就对应的是页地址，所以在这里，我们发的3个字节地址，前两个字节，会进到这个页地址锁存计数器里，最后一个字节，会进到这个字节地址锁存计数器里。
如上图，然后，页地址，通过这个写保护和行解码，来选择我要操作哪一页
如上图，字节地址，通过这个列解码和256字节页缓存，来进行指定字节的读写操作，那又因为我们这个地址锁存，都是有一个计数器的，所以这个地址指针，在读写之后，可以自动加1，从指定地址开始，连续读写多个字节的目的了
256字节页缓存区
它其实是一个256字节的RAM存储器，数据读写就是通过这个RAM缓存区来进行的，写入数据先放到缓存区里，然后在时序结束后，芯片再将缓存区的数据复制到对应的Flash里，进行永久保存，由于SPI写入的频率是非常高的，而Flash的写入，由于需要掉电不丢失，写入比较慢，所以需要一个页缓存区，但它只有256字节，所以就有限制，就是写入的一个时序，连续写入的数据量，不能超过256字节，然后等你写完了，我芯片再慢慢地把数据，从缓存区转移到Flash存储器里，数据从缓存区转到Flash里需要一定的时间，所以在写入时序结束后，芯片会进入一段忙的状态
进入忙的状态后，它给状态寄存器的BUSY位置1，那在忙的时候，芯片就不会响应新的读写时序了，这是写入的执行流程，然后读取数据，读取虽然也通过缓存区，但是读取速度块，限制少。
Flash操作注意事项
写入操作时：
-
写入操作前，必须先进行写使能
-
每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1
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-
写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
-
擦除必须按最小擦除单元（一个扇区）进行
也就是一次擦4090个字节，如果只想擦1个字节（小于4090字节的数据），只能先把一个扇区的数据读出来，然后再把一个扇区擦除，改 写完读出来的数据后，再把4096个字节全部写回去。我们也可以优化以下，比如上电后先把Flash数据读出来放在RAM里，当有数据变动时，我再统一把数据备份到Flash里，或者我把使用频繁的扇区，放在RAM里，当使用频率降低时，我再把整个扇区备份到FLash里，或者，如果你数据量确实非常少，只想存几个字节的参数就行了，那就让一个字节占一个扇区。 -
连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数据，会回到页首覆盖写入（页缓存区导致的）
-
写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作（读busy寄存器就知道芯片是否进入忙状态）
读取操作时：
- 直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取
状态寄存器
这里状态寄存器总共有两个，状态寄存器1和状态寄存器2，比较重要的是状态寄存器1，状态寄存器1里，又有两个位，是比较重要的，一个BUSY，一个是WEL
BUSY 位
BUSY 是状态寄存器中的一个只读位（S0 位），当器件正在执行页编程、扇区擦除、块擦除、整片擦除或写状态寄存器指令时，该位会被置为 1。在此期间，器件会忽略除 读状态寄存器 和 擦除挂起 指令之外的其他指令（参见交流特性中的 tW、tPP、tSE、tBE 和 tCE 参数）。当编程、擦除或写状态寄存器指令完成后，BUSY 位会被清零为 0，表明器件已准备好接收后续指令。
写使能锁存（WEL）
写使能锁存（WEL）是状态寄存器中的一个只读位（S1 位），在执行 写使能 指令后会被置为 1。当器件进入写禁止状态时，WEL 状态位会被清零为 0。写禁止状态会在上电时出现，或者在执行以下任意指令后出现：写禁止、页编程、扇区擦除、块擦除、整片擦除以及写状态寄存器。
写入操作后自动写进制，相当于有个顺手关门的操作
W25Q64 SPI指令集
设备验证
| 制造商ID（MANUFACTURER ID） | (M7-M0) | |
|---|---|---|
| 华邦串行闪存（Winbond Serial Flash） | EFh | |
| 设备ID（Device ID） | (ID7-ID0) | (ID15-ID0) |
| 指令（Instruction） | ABh、90h | 9Fh |
| W25Q64BV | 16h | 4017h |
指令集
指令集表1（通用指令）
| 指令名称（INSTRUCTION NAME） | 字节1（操作码，BYTE 1 (CODE)） | 字节2（BYTE 2） | 字节3（BYTE 3） | 字节4（BYTE 4） | 字节5（BYTE 5） | 字节6（BYTE 6） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 写使能（Write Enable） | 06h | - | - | - | - | - |
| 写禁止（Write Disable） | 04h | - | - | - | - | - |
| 读状态寄存器1（Read Status Register-1） | 05h | (S7–S0)¹ | - | - | - | - |
| 读状态寄存器2（Read Status Register-2） | 35h | (S15–S8)¹ | - | - | - | - |
| 写状态寄存器（Write Status Register） | 01h | (S7–S0) | (S15–S8) | - | - | - |
| 页编程（Page Program） | 02h | A23–A16（地址高位） | A15–A8（地址中位） | A7–A0（地址低位） | (D7–D0)（数据字节） | - |
| 四通道页编程（Quad Page Program） | 32h | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | (D7–D0...)²（四通道数据） | - |
| 块擦除（64KB，Block Erase (64KB)） | D8h | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | - | - |
| 块擦除（32KB，Block Erase (32KB)） | 52h | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | - | - |
| 扇区擦除（4KB，Sector Erase (4KB)） | 20h | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | - | - |
| 整片擦除（Chip Erase） | C7h/60h | - | - | - | - | - |
| 擦除挂起（Erase Suspend） | 75h | - | - | - | - | - |
| 擦除恢复（Erase Resume） | 7Ah | - | - | - | - | - |
| 掉电模式（Power-down） | B9h | - | - | - | - | - |
| 高性能模式（High Performance Mode） | A3h | dummy（虚拟周期） | dummy | dummy | - | - |
| 连续读模式复位（Reset⁴） | FFh | FFh | - | - | - | - |
| 唤醒/读ID（Release Power down or HPM / Device ID⁵） | ABh | dummy | dummy | dummy | (ID7-ID0)（设备ID低8位） | - |
| 读制造商/设备ID（Manufacturer/ Device ID⁶） | 90h | dummy | dummy | 00h | (MF7-MF0)（制造商ID） | (ID7-ID0)（设备ID） |
| 读唯一ID（Read Unique ID⁷） | 4Bh | dummy | dummy | dummy | dummy | (ID63-ID0)（64位唯一ID） |
| JEDEC ID（读JEDEC ID） | 9Fh | (MF7-MF0)（制造商ID） | (ID15-ID8)（设备ID高8位） | (ID7-ID0)（设备ID低8位） | - | - |
- 状态寄存器读取：
(S7–S0)是状态寄存器低8位（S0为最低位），数据会持续从DO引脚输出，直到CS引脚拉低结束指令。 - 四通道编程：
(D7–D0...)表示四通道并行写数据（IO0=D0、IO1=D1、IO2=D2、IO3=D3，同时传4位）。 - 复位指令：用于退出连续读模式（双/四通道），确保模式切换正确（细节看手册11.2.29节）。
- 唤醒/读ID：
dummy是“空周期”（仅提供时钟，无实际数据），让芯片从掉电模式唤醒并准备ID数据。 - 唯一ID：需向华邦特殊订货支持，具体联系厂家。
【注】扇区擦除传的是3个字节的地址，发送扇区擦除指令，这个指定地址所在的扇区就会被整个擦除，这个地址是精确到某个字节的，
写使能，DO的时序处于高阻态，写数据指令，不需要回传数据，所以DO始终保持高阻态，Mode0和Mode3是指这个芯片可以兼容SPI的模式0和模式3，都是下降沿移除，上升沿移入，一般用模式0即可。
指令集表2（读指令）
| 指令名称（INSTRUCTION NAME） | 字节1（操作码，BYTE 1 (CODE)） | 字节2（BYTE 2） | 字节3（BYTE 3） | 字节4（BYTE 4） | 字节5（BYTE 5） | 字节6（BYTE 6） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 读数据（Read Data） | 03h | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | (D7–D0)（数据） | - |
| 快速读（Fast Read） | 0Bh | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | dummy（虚拟周期） | (D7–D0)（数据） |
| 快速读双输出（Fast Read Dual Output） | 3Bh | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | dummy | (D7–D0...)¹（双输出数据） |
| 快速读双IO（Fast Read Dual I/O） | BBh | A23–A9²（地址高位） | A7–A0, M7-M0³（地址+模式位） | (D7–D0...)¹ | - | - |
| 快速读四输出（Fast Read Quad Output） | BBh | A23–A16 | A15–A8 | A7–A0 | dummy | (D7–D0...)³（四输出数据） |
| 快速读四IO（Fast Read Quad I/O） | EBh | A23–A0, M7-M0⁴（地址+模式位） | (x.x.x.x D7-D0 ...)⁵（四通道数据） | (D7–D0 ...)³ | - | - |
| 八进制字读（Octal Word Read） | E3h | A23–A0, M7-M0⁴ | (D7-D0 ...)³ | - | - | - |
| 四通道IO读⁸（Quad I/O⁸） | E3h | A23–A0, M7-M0⁴ | (D7-D0 ...)³ | - | - | - |
这个ReadData没有页限制，想怎么读就怎么读
- 双/四输出数据：
- 双输出：IO0传D6、D4…（偶数位），IO1传D7、D5…（奇数位），同时出2位。
- 四输出：IO0=D4、D0…，IO1=D5、D1…，IO2=D6、D2…，IO3=D7、D3…，同时出4位。
- 双IO地址（A23–A9）：地址拆分为双IO传输，IO0传偶数位（A22、A20…），IO1传奇数位（A23、A21…）。
- 模式位（M7-M0）：配置芯片工作模式（如速度、协议），具体定义看手册。
- 四IO地址：地址通过4个IO口传输（IO0-IO3分别传不同位，例：IO0=A20、A16…）。
- 快速读四IO数据：数据前有4个“dummy位”（x表示无意义），之后四通道并行出数据。
- 地址限制：八进制/四IO模式下，地址最低4位（A0-A3）必须为0，否则指令无效。
- dummy周期：快速读里的dummy是芯片“内部准备数据的时间”，必须发够时钟才能正确读数据。
【注】关于4K对齐
要理解 4K 对齐，可以结合 W25Q64 闪存的擦除特性 来解释，核心是 “闪存的擦除/编程单位限制”，以下分步骤拆解：
先明确 W25Q64 的 擦除单位
从之前的指令表可知：W25Q64 的 扇区擦除（Sector Erase） 指令是
20h，每次擦除 4KB（4096 字节） 的数据。也就是说：闪存里的“扇区”是 4KB 大小的块，擦除操作必须以“整个扇区”为单位（不能只擦 1 字节，也不能擦跨扇区的部分）。
什么是“4K 对齐”？
“4K 对齐”指：地址对齐：数据的起始地址必须是
4096（0x1000）的整数倍（比如0x0000、0x1000、0x2000…）。长度对齐：数据的总长度也建议是 4KB 的整数倍（避免跨扇区存储）。
类比理解：
把闪存想象成 “仓库”，每个“扇区”是一个 4096 格的箱子。4K 对齐 → 东西必须整箱存放（起始在箱子开头，长度刚好装满箱子）。
不对齐 → 东西跨两个箱子存放（比如从第 2 格开始放 4096 个东西，会占第 1 箱末尾和第 2 箱开头）。
为什么必须 4K 对齐？
如果数据 不对齐，会引发两个核心问题：（1）擦除效率极低
假设数据跨两个扇区（比如从0x0001存 4KB）：擦除时，必须同时擦除 前一个扇区（0x0000-0x0FFF） 和 后一个扇区（0x1000-0x1FFF），导致 擦除范围翻倍，浪费时间和闪存寿命（闪存擦写次数有限）。
（2）数据逻辑混乱
闪存的 编程（写） 可以按页（256 字节）操作，但 擦除必须按扇区。如果数据跨扇区：擦除后，跨扇区的部分会被意外清空，导致数据逻辑错误（比如文件系统里的文件被截断）。
结合 W25Q64 指令的实际表现
当执行 扇区擦除（20h） 时：芯片会强制检查操作地址是否是 4KB 对齐的（比如地址
0x0000是合法的，0x0001会被忽略或报错）。只有地址对齐，擦除指令才会生效，确保每次擦除刚好覆盖一个扇区，避免误操作。
简单总结：
4K 对齐是为了适配闪存“擦除必须按 4KB 扇区”的硬件限制，让数据存储和擦除更高效、更安全，避免跨扇区操作带来的性能和逻辑问题。
（类比：就像快递必须按“标准箱子”发货，不然仓库没法高效处理～）