原创 【博客大赛】基于FPGA的串行flash的读写控制（二）-串行flash操作时序

1、 读操作（25Mhz）

    该操作支持最高时钟速率为25Mhz的读操作。执行该操作时，芯片内部地址指针自动递增，连续输出从起始地址单元开始的数据，直到遇到CE#信号的上升沿。如果到达最高位的地址，地址指针返回最低位的地址继续递增。例如，SST25VF032B的地址最高位为0x3fffff，当内部地址指针到达0x3fffff时，下次将返回地址最低位0x0开始继续递增。

    该操作对应8bits的命令为0x03，后面跟随24位的地址，高位先发。在连续的读操作执行过程中，CE#必须保持为低电平。具体时序请见图1。

图1读操作（25Mhz）时序

2、高速读操作（50MHz）

    该操作支持最高时钟速率为50Mhz的读操作。执行该操作时，同读操作（25Mhz）模式，芯片内部地址指针自动递增，连续输出从起始地址单元开始的数据，直到遇到CE#信号的上升沿。如果到达最高位的地址，地址指针返回最低位的地址继续递增。例如，SST25VF032B的地址最高位为0x3fffff，当内部地址指针到达0x3fffff时，下次将返回地址最低位0x0开始继续递增。

    该操作对应8bits的命令为0x0b，后面跟随24位的地址以及8位的填充位，高位先发。在填充位之后SO输出读出的数据。具体时序请见图2。

图2高速操作（50Mhz）时序

3、Byte编程操作

    该操作每次向一个地址单元写一个字节的数据，每次写一个字节的数据前都要在SI总线上发送24位的地址数据。在向相应地址写数据前，需确保待写入的地址处于已擦除状态（0xff），同时需要进行写使能（WREN）操作。在该操作进行的过程中，CE#信号需要保持为低。

     该操作对应8bits的命令为0x02，后面跟随24位的地址和8位的数据，高位先发。发送完成后，查询状态寄存器中的BUSY或等待T_BP时间（可在芯片手册中查询，SST25VF032B为10us），BUSY为0或等待T_BP时间结束后可执行下一步操作。具体时序请见图3。

图3 Byte编程操作时序

4、AAI（Auto Address Increment）word编程模式

    AAI word编程模式允许只配置一次起始地址的情况下写入多个word的数据，一个word为2个字节。写入之前需确保待写入的地址处于已擦除状态（0xff）。

    执行AAI编程模式前，必须执行写使能（WREN）操作。该操作对应8bits的命令为0xad，后面跟随24位的地址，然后是一个word的数据。一个word中第一个字节的数据写入{[A23-A1],[A0]=0}的地址中，第二个字节写入{[A23-A1],[A0]=1}的地址中。有3种方式可以判断AAI编程操作过程中每个word写入完成：

    1）检测SO信号：需要在AAI word编程操作前执行EBSY（0x70）命令（如图4所示），使能SO作为忙状态信号，1为空闲，0为忙。结束AAI word编程操作后，需要执行DBSY（0x80）命令（如图5所示），去使能SO作为忙状态信号，本设计采用的就是这种方式；

图4 EBSY（0x70）命时序

图5 DBSY（0x70）命时序

    2）读取状态寄存器中的BUSY位：通过发送WRSR（0x01）命令，读取状态寄存器，根据状态寄存器中的BUSY位判断；

    3）等待T_BP时间。

    根据以上条件判断芯片空闲时，后续0xad命令和2个字节的数据可以继续发送。最后一个字节的数据发送完成后，检测忙状态，空闲时发送WRDI（0x04）命令结束AAI word编程操作。

    当完成最后一个未被写保护的地址单元的AAI word编程操作后，将退出AAI word编程模式，且复位状态寄存器中的WEL位（WEL=0）和AAI位（AAI=0）。

    采用SO作为忙状态信号的AAI word编程操作时序如图6所示，采用读取状态寄存器中的BUSY位的AAI word编程操作时序如图7所示

图6 采用SO作为忙状态信号的AAI word编程操作时序

图7 采用读取状态寄存器中的BUSY位的AAI word编程操作时序

5、扇区（sector）擦除操作

    扇区擦除操作擦除指定的4K字节大小的扇区，将值置为0xff。该操作对写保护的区域无效。扇区擦除操作之前，需要进行写使能操作（WREN）。

    扇区擦除操作对应的8bits命令为0x20，后面跟随24位的地址，其中A23-A12用来确定擦除的扇区。扇区擦除操作完成后可以通过判断SO为空闲状态（需要先执行EBSY命令）和等待T_SE时间（在芯片手册中可查询）的方法来确定是否可执行下次操作。扇区擦除操作的时序如图8所示。

图8 扇区擦除操作时序

6、32K字节和64K字节的块擦除操作

    32K字节和64K字节的块擦除操作分别擦除地址对应的32K字节和64K字节的块，将值置为0xff。该操作对写保护的区域无效。块擦除操作之前，需要进行写使能操作（WREN）。

    32K字节块擦除操作对应的8bits命令为0x52，后面跟随24位的地址，其中A23-A15用来确定擦除的块；64K字节块擦除操作对应的8bits命令为0xd8，后面跟随24位的地址，其中A23-A16用来确定擦除的块。块擦除操作完成后可以通过判断SO为空闲状态（需要先执行EBSY命令）和等待T_BE时间（在芯片手册中可查询）的方法来确定是否可执行下次操作。32K字节块擦除操作的时序如图9所示，64K字节块擦除操作的时序如图10所示。

图9 32K字节块擦除操作时序

图10 64K字节块擦除操作时序

7、片擦除操作

    片擦除操作擦整片flash所有地址的数据，将其置为0xff。该操作对写保护的区域无效。片擦除操作之前，需要进行写使能操作（WREN）。

    该操作对应的8bits命令为0x60或0xc7，后面不需要跟随地址发送。片擦除操作完成后可以通过判断SO为空闲状态（需要先执行EBSY命令）和等待T_CE时间（在芯片手册中可查询）的方法来确定是否可执行下次操作。片擦除操作的时序如图11所示。

图11 片擦除操作时序

8、读状态寄存器操作（RDSR）

    读状态寄存器操作可在在任何时刻执行，包括写和擦除操作进行的间隔。在写操作进行的间隔，通过读状态寄存器的BUSY位可以获知写操作的完成情况。

    读状态寄存器操作对应的8bits命令为0x05，在命令发送完成后下个时钟下降沿开始输出状态寄存器数据。读状态寄存器操作的时序如图12所示。

图12 读状态寄存器操作时序

9、写使能操作（WREN）

    写使能操作将状态寄存器中的WREN位置为1，表示写和擦除操作可进行。在任何写（包括写状态寄存器）和擦除操作之前都必须执行写使能操作，因为执行完任何写（包括写状态寄存器）和擦除操作之后，状态寄存器中的WREN位都会在CE#的上升沿被置0。写使能操作对应的8bits命令为0x06。写使能操作的时序如图13所示。

图13 写使能操作时序

10、写去使能操作（WRDI）

    写去使能操作将状态寄存器中的WREN位和AAI位都置为0。写去使能操作无法终止任何擦除操作，任何擦除操作都必须等待T_SP/T_BP/T_CP时间完成。写去使能操作对应的8bits命令为0x04。写去使能操作的时序如图14所示。

图14 写去使能操作时序

11、使能写状态寄存器操作（EWSR）和写状态寄存器操作（WRSR）

     使能写状态寄存器操作使能状态寄存器的写权限，写状态寄存器前必须先使能写状态寄存器，防止对状态寄存器的误操作。使能写状态寄存器操作对应的8bits命令为0x50或0x06,。

    写状态寄存器操作可以改变状态寄存器中的BP3-BP0、BPL位。WP#管脚为0时，写状态寄存器操作无效，WP#管脚为1时，需要将BPL置为1，才能写BP3-BP0。写状态寄存器操作对应的8bits命令为0x01。使能写状态寄存器操作和写状态寄存器操作的时序如图15所示。

图15 使能写状态寄存器操作和写状态寄存器操作的时序

12、读ID操作（RDID）和JEDEC读ID操作

    读ID操作（RDID）和JEDEC读ID操作用来读取芯片信息，暂不详述，具体请参见芯片手册。

下一篇将讲解实现各项操作的状态机，真正有料了要来了哦！