Flash存储器学习之一--串行NOR Flash

1.1 SST25VF080B简介

1.1.1 主要特性

关键点：容量、速度（时钟速度、读写速度）、功耗。

l 容量：8MBit；

l 最高SPI时钟频率：50MHz；

l 低功耗模式下电流消耗：5uA，正常读模式电流：15mA；低功耗！采用不同的制造技术功耗要低很多。

l 整片擦除：35ms；扇区/块擦除：18ms；字节编程：7us；整片擦除的速度要快很多！

1.2 系统框图与电路

1.2.1 系统框图

    关于内部存储矩阵的访问和存储结构同并行NorFlash的一致，只不过多了个串行接口，用于实现对串行数据的解码。

1.2.2 存储组织

扇区大小4KB，块大小：32/64KB；页大小为字节或字。

1.2.3 引脚及封装

引脚说明：

l SCK、SI、SO、CE – SPI接口控制线

l WP# -- 用于使能状态寄存器中的BPL位，有效时只允许锁定BPL，而不允许解锁BPL。不是说明使能保护！BPL位用于锁定控制扇区保护的相应位。

l HOLD# -- 用于暂停与SPI的通信，而不需要复位器件；

1.2.4 典型电路

使用STM32F103驱动该器件时，典型的电路如图所示。

注意，WP为低，判定寄存器的锁定功能将启用。但不会太影响片内块的保护。

1.3 保护机制

  l 软件写保护：状态寄存器中的BP3—BP0、BPL提供片内块、状态寄存器的写保护。

  l 硬件保护：WP#引脚—低电平，用于锁定状态寄存位7—BPL。由表2，WP#为高时，可以执行状态寄存器写命令，可随时更改状态寄存器。为低时，只能将BPL置为1，而不能从1置为0，即置1后，状态寄存器将锁定不变。

WP# àBPL、BP3—BP0

BPLàBP3、BP0

1.4 编程接口

1.4.1 状态寄存器

状态寄存器用于用于获取FLASH的当前工作状态。

l BUSY位：指示是否正在编程或擦除操作；

l WEL位：指示器件是否处理可写的状态。RESET状态(0)指示不可写，默认在上电、完成写操作后，器件自行返回到不可写状态，以保护器件不受意外的擦写。因而每次写FLASH前，都必须先清除(写1)，以使能器件的写。软件可控写。

l AAI位：指示器件是否处理地址自动增加模式或者是字节编程模式。

l BPL位：用于控制BPX是否可写。

l BPX位：用于控制保护块的范围，属于软件保护，扇区保护如下。

这里的扇区保护比较简单，更为复杂的扇区保护机制可针对每个扇区进行保护。

1.4.2 命令接口

通信过程中，仅仅只有读ID、读数据、读状态寄存器需要在可保护CS不变而继续写数据。其它的则需要写完后接CS线。

1.5 通信时序

1． 单字SPI通信时序

无论SPI总线空闲时SCK为高或为低，保证在上升沿采样数据，下降沿输出数据。先传送高位，每次传送8位。

2． 读命令

3． 快速读模式

有可能内部使用了缓冲模式，可在更高的时钟速度（50MHz）下读数据。

4． 写使能

该命令可设置状态寄存器中的WEL位，使得可执行擦除和编程命令。

5． 写禁能

6． 字节编程

7． AAI编程

即自动地址增量的字编程，每个周期写1个字。

在最后，通过WRDI返回来正常模式。在每写完两个字后，需查询害怕状态。

在写字的过程中，有三种方式检测是否完成字编程。其中硬件检测：读SO的状态。可在写AAI命令之前，通过命令配置SO口为RD/BY#状态。或者也可通过读取状态寄存器来检测是否完成写操作。

8． 4KB的扇区擦除

9． 32K块擦除

10． 64K块擦除

11． 整片擦除

12． 读状态寄存器

13． 使能写状态寄存器和写状态寄存器

两条命令必须连续写，不允许被打断?以避免意外写状态寄存器。

l 当WP#为低电平时，BPL只能写1，不可写0.；此时若BPL位为高时，写状态寄存器命令将被忽略。即此时，状态寄存器只能被锁定(写1)，而不能再解锁(写0)！锁定后将不能再任意改高保护方式，相当于将当前的保护方式给固定下来！

l 而若WP#为高电平，BPL位失效，状态寄存器不再被锁定，此时BPL、BPX可被更改。BPL位可设置为１，也可设置为０。可任意更改保护方式。

WP#的作用，锁定BPL为1。一旦BPL锁定为1，则BPX将不可再更改，即软件保护将被锁定。当WP#无效时，BPL可随时、任意更改，同时更改软件保护。

14． JEDEC Read-ID

获取SST制造商的ID和SST FLASH器件的ID。

1.6 驱动设计

驱动框架如下图：

算法编写原则：

(1) 可以为每一种SPI Flash针对性的写一份驱动源码，但是当更换Flash时，需要修改的地方很多；当系统中有多个设备时，显示这不够用，因而最好的方法是实现面向对像的封装，将与Flash设备相关的信息封装在一个结构体内，具体的算法根据结构体中相关的数据来决定如何访问硬件，做到过程可以不依赖于实际的硬件；

(2) 尽量按标准的初始化、读写、关闭、控制接口设计API，这样可统一抽像出相应的结构，也易于使用和理解。留给最终用户调用的API应该尽量的少和易于理解；

(3) SPI Flash接口为SPI，操作方法与并行接口一致，但其扇区组织类似，从最大到最小区域分为芯片-块-扇区-页。编程算法则也是通过写命令序列的方式，如发送命令字-发送字节-发送数据-查询状态寄存器。保护方式是通过存储器中的一些非易失性的位置0或置1选择性地以扇区或块为保护单位。

1.7 驱动代码

相关的驱动代码请见附件。attachment download

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