本篇文章将带领大家全面解析闪存芯片W25Q128，主要分为以几个部分：

一、什么是W25Q128

二、W25Q128引脚封装

三、W25Q128内存结构框架

四、W25Q128JV相关寄存器

五、W25Q128JV命令

六、常用的指令

七、总结

一、什么是W25Q128

W25Q128是华邦公司推出的一款SPI接口的NOR Flash芯片，其存储空间为128Mbit，相当于16M字节。W25Q128V芯片是串行闪存，可以通过标准/两线/四线SPI控制。

W25Q128JV（128M位）串行闪存为空间、引脚和电源有限的系统提供了存储解决方案。25Q系列提供的灵活性和性能远远超过普通串行闪存设备。它们是将代码隐藏到RAM、直接从双/四SPI（XIP）执行代码以及存储语音、文本和数据的理想选择。该设备在单个2.7V至3.6V电源上运行，断电时电流消耗低至1µA。所有设备均提供节省空间的包装。

图 1 W25Q128实物图

W25Q128JV阵列被组织成65536个可编程页面，每个页面256字节。一次最多可编程256个字节。页面可以按16组（4KB扇区擦除）、128组（32KB块擦除）、256组（64KB块擦除或整个芯片（芯片擦除）擦除。W25Q128JV分别具有4096个可擦除扇区和256个可擦除块。小4KB扇区允许在需要数据和参数存储的应用中具有更大的灵活性。

图 2 W25Q128串行闪存框图

二、W25Q128引脚封装

图 3 W25Q128引脚封装

W25Q128JV管脚如下，作为标准SPI控制时，DO管脚为MISO，D1管脚为MOSI，/CS为片选NSS，CLK为时钟信号线。/WP为写保护管脚，/HOLD or /RESET为保持或复位引脚(通过寄存器配置)。

三、W25Q128内存结构框架

首先W25Q128引出一个SPI接口实现通讯基础，具备几个控制和状态寄存器，在写保护逻辑和内存编码上的内存分配大致都是分成64KB的块，4KB的扇区，256Byte的页，例如W25Q128，内存为16MByte（128Mbits/8bit）,它有256个块，每个块有16个扇区，每个扇区有16页。

四、W25Q128JV相关寄存器

1.状态寄存器-1

（1）Erase/Write In Progress(BUSY)(只读)

BUSY是状态寄存器（S0）中的只读位，当设备执行页面程序、四页程序、扇区擦除、块擦除、芯片擦除、写入状态寄存器或擦除/程序安全寄存器指令时，该位设置为1状态。在此期间，设备将忽略除读取状态寄存器和擦除/编程暂停指令之外的其他指令（请参阅AC特性中的tW、tPP、tSE、tBE和tCE）。当程序、擦除或写入状态/安全寄存器指令完成时，BUSY位将被清除为0状态，表示设备已准备好接受进一步指令。

（2）Write Enable Latch(WEL)(只读)

写使能锁存器（WEL）是状态寄存器（S1）中的一个只读位，在执行写使能指令后设置为1。当设备被禁止写入时，WEL状态位被清除为0。在通电时或执行以下任一指令后，会出现写禁用状态：写禁用、页面编程、四页编程、扇区擦除、块擦除、芯片擦除、写状态寄存器、擦除安全寄存器和编程安全寄存器。

（3）Block Protect Bits(BP2,BP1,BP0)(读写)

块保护位（BP2、BP1、BP0）是状态寄存器（S4、S3和S2）中的非易失性读/写位，提供写保护控制和状态。可以使用写状态寄存器指令设置块保护位（请参阅AC特性中的tW）。所有、所有或部分内存阵列都可以免受编程和擦除指令的保护（请参阅状态寄存器内存保护表）。块保护位的出厂默认设置为0，所有阵列都不受保护。

（4）Top/Bottom Block Protect (TB) (读写)

非易失性顶部/底部位（TB）控制块保护位（BP2、BP1、BP0）是从阵列的顶部（TB=0）还是底部（TB=1）进行保护。出厂默认设置为TB=0。TB位可以根据SRP、SRL和WEL位的状态使用写入状态寄存器指令设置。

（5）Sector/Block Protect Bit (SEC)(读写)

非易失性扇区/数据块保护位（SEC）控制数据块保护比特（BP2、BP1、BP0）是否保护阵列顶部（TB=0）或底部（TB=1）的4KB扇区（SEC=1）或64KB数据块（SEC=0）。默认设置为SEC=0。

（6）Complement Protect (CMP)(读写)

互补保护位（CMP）是状态寄存器中的非易失性读/写位（S14）。它与SEC、TB、BP2、BP1和BP0位一起使用，为阵列保护提供了更大的灵活性。一旦CMP设置为1，SEC、TB、BP2、BP1和BP0设置的先前阵列保护将被反转。例如，当CMP＝0时，可以保护顶部64KB的块，而阵列的其余部分不受保护；当CMP＝1时，顶部64KB块将变得不受保护，而阵列的其余部分将变为只读。有关详细信息，请参阅状态寄存器内存保护表。默认设置为CMP=0。

2. 状态寄存器-2

（1）Erase/Program Suspend Status (SUS)(只读)

暂停状态位是状态寄存器（S15）中的只读位，在执行擦除/程序暂停（75h）指令后。SUS状态位通过擦除/编程恢复（7Ah）指令以及断电、通电周期清除为0。

（2）Security Register Lock Bits (LB3, LB2, LB1)(读写)

安全寄存器锁定位（LB3、LB2、LB1）是状态寄存器（S13、S12、S11）中的非易失性一次性编程（OTP）位，其向安全寄存器提供写保护控制和状态。LB3-1的默认状态为0，安全寄存器已解锁。LB3-1可以使用“写入状态寄存器”指令单独设置为1。LB3-1为一次性可编程（OTP），一旦设置为1，对应的256字节安全寄存器将永久变为只读。

（3）Quad Enable (QE) (读写)

出厂时，四位启用（QE）位默认设置为1，因此设备在通电后支持标准/双SPI以及四位SPI。此位不能重置为0。

注：QE位设置为0状态，零件号出厂默认值。

3.状态寄存器-3

（1）Write Protect Selection (WPS) (读写)

WPS位用于选择应使用的写入保护方案。当WPS＝0时，设备将使用CMP、SEC、TB、BP[2:0]位的组合来保护存储器阵列的特定区域。当WPS=1时，设备将使用单个块锁来保护任何单个扇区或块。设备通电或复位后，所有单个块锁定位的默认值为1。

（2）Output Driver Strength(DRV1,DRV0)(读写)

DRV1和DRV0位用于确定读取操作的输出驱动器强度。

（3）Reserved Bits(无功能)

有几个保留的状态寄存器位可以作为“0”或“1”读出。建议忽略这些位的值。在“写入状态寄存器”指令期间，保留位可以写为“0”，但不会有任何影响。

五、W25Q128JV命令

1.读制造商/设备ID（0x90）

该指令通常在调试程序的时候用到，判断SPI通信是否正常。该指令通过主器件拉低/CS片选使能器件开始传输，首先通过DI线传输“90H”指令，接着传输000000H的24位地址（A23-A0），之后从器件会通过DO线返回制造商ID（EFH）和设备ID(17H)。

注：SPI为数据交换通信，主器件在发送“90H”指令时也会接收到一个字节FFH，但此数据为无效数据

2.读数据（03H）

读数据指令可从存储器依次一个或多个数据字节，该指令通过主器件拉低/CS电平使能设备开始传输，然后传输“03H”指令，接着通过DI管脚传输24位地址，从器件接到地址后，寻址存储器中的数据通过DO引脚输出。每传输一个字节地址自动递增，所以只要时钟继续传输，可以不断读取存储器中的数据。

3.页编程（02H）

页编程指令可以在已擦除的存储单元中写入256个字节。该指令先拉低/CS引脚电平，接着传输“02H”指令和24位地址。后面接着传输至少一个数据字节，最多256字节。

4.扇区擦除（20H）

扇区擦除指令，数据写入前必须擦除对应的存储单元，该指令先拉低/CS引脚电平,接着传输“20H”指令和要擦除扇区的地址。

5.命令注意事项

在对W25Q128 FLASH的写入数据的操作中一定要先擦出扇区，在进行写入，否则将会发生数据错误。W25Q128 FLASH一次性最大写入只有256个字节。在进行写操作之前，一定要开启写使能(Write Enable)。当只接收数据时不但能只检测RXNE状态 ，必须同时向发送缓冲区发送数据才能驱动SCK时钟跳变。

六、常用的指令

我们使用内存就是想来存放数据的，涉及到读写，所以我们的需求有：读内存和写内存。写内存的时候都需要注意Flash的一个通病，那就是Flash编程只能将1写为0，而不能将0写成1。所以我们需要在写内存的时候将内存擦除，使用内存擦除指令擦除内存，内存变为0xFF，然后再写内存。有时候我们可能要格式化内存，那么就还需要整片擦除指令。最后值得考虑的是，任何一款芯片都会有状态寄存器，我们在操作芯片的时候都需要先了解芯片的状态如何。那么针对使用标准SPI通信，梳理一下我们大致用到的指令有：

1) 阅读 JEDEC ID 0x9f

2) 写入数据使能 Write Enable 0x06

3) 读数据 Read Data 0x03

4) 扇区擦除 Erase_Sector 0x20

5) 写入数据 Write data 0x02

6) 掉电模式 Power-down 0xB9

7) 唤醒模式 Release Powerdown / ID 0xAB

七、总结

总的来说，对于初次SPI的初学者来说，W25Q128芯片确实是学习SPI通信的一个深入的了解，结合SPI通讯对串行FLASH的读写，通过SPI发送指令向W25Q128中读写数据，读者可以通过在STM32开发板结合W25Q128芯片进行相关读写实验。