W25Q256FV中文手冊

第一章 產品概述

1.1 產品簡介

W25Q256FV是華邦電子（Winbond）推出的一款高性能、大容量的串行NOR Flash存儲器，采用SPI（Serial Peripheral Interface）接口協議。該芯片具有256Mbit（32MB）的存儲容量，適用于需要大容量非易失性存儲的嵌入式系統、物聯網設備、消費電子以及工業控制等領域。W25Q256FV支持標準SPI、雙SPI（Dual SPI）、四SPI（Quad SPI）以及快速并行接口（QPI）等多種通信模式，能夠顯著提升數據傳輸速率，滿足高速讀寫需求。

1.2 主要特性

• 大容量存儲：256Mbit（32MB）的存儲空間，滿足大容量數據存儲需求。

• 高速接口：支持標準SPI、雙SPI、四SPI以及QPI模式，最高時鐘頻率可達104MHz，雙SPI模式下等效時鐘頻率為208MHz，四SPI模式下等效時鐘頻率為416MHz。

• 低功耗設計：工作電壓范圍為2.7V至3.6V，激活電流低至4mA，待機電流僅為1μA，適合電池供電設備。

• 靈活的擦除和編程操作：支持頁編程（Page Program）、扇區擦除（Sector Erase）、塊擦除（Block Erase）以及芯片擦除（Chip Erase），擦除/編程周期超過100,000次。

• 數據保護功能：內置硬件寫保護（WP）引腳和軟件寫保護機制，支持頂部或底部陣列保護，防止意外數據修改。

• 高可靠性：數據保持時間超過20年，支持JEDEC標準制造商和設備ID、SFDP寄存器、64位唯一序列號和三個256字節安全寄存器。

• 多種封裝形式：提供WSON 8x6mm、SOIC 300mil、TFBGA 8x6mm等多種封裝形式，滿足不同應用場景的需求。

1.3 應用領域

• 嵌入式系統：如智能家居設備、工業控制器等，需要可靠的存儲解決方案。

• 物聯網設備：為物聯網設備提供數據存儲和管理功能，支持設備的數據采集和遠程管理。

• 消費電子：如智能手機、平板電腦等，提供高速的數據讀寫能力。

• 汽車電子：在汽車電子系統中，存儲關鍵數據，提高系統穩定性。

第二章 技術規格

2.1 電氣特性

• 工作電壓范圍：2.7V至3.6V。

• 時鐘頻率：

• 標準SPI模式：最高104MHz。

• 雙SPI模式：等效時鐘頻率208MHz（104MHz x 2）。

• 四SPI模式：等效時鐘頻率416MHz（104MHz x 4）。

• 電流消耗：

• 激活電流：4mA（典型值）。

• 待機電流：1μA（典型值）。

• 數據保持時間：超過20年。

• 擦除/編程周期：超過100,000次。

2.2 存儲器組織

• 存儲容量：256Mbit（32MB）。

• 頁面大小：256字節。

• 扇區大小：4KB（16頁）。

• 塊大小：32KB（128頁）或64KB（256頁）。

• 可編程區域：整個芯片可劃分為8,192個扇區或512個塊。

2.3 接口協議

• 標準SPI接口：支持CLK、/CS、DI、DO、/WP、/HOLD引腳。

• 雙SPI接口：支持CLK、/CS、IO0、IO1引腳。

• 四SPI接口：支持CLK、/CS、IO0、IO1、IO2、IO3引腳。

• QPI接口：支持雙時鐘指令周期四路外設接口，進一步優化數據傳輸效率。

2.4 封裝形式

• WSON 8x6mm：8引腳，尺寸為6mm x 8mm，適用于緊湊型設計。

• SOIC 300mil：16引腳，標準小外形集成電路封裝，適用于自動化組裝。

• TFBGA 8x6mm：24引腳，薄型四方扁平無引線封裝，適用于高密度電路板設計。

第三章 引腳定義與功能

3.1 引腳分布

以WSON 8x6mm封裝為例，引腳分布如下：

• 1：/CS（Chip Select，片選信號）。

• 2：DO（Serial Data Output，串行數據輸出）。

• 3：/WP（Write Protect，寫保護）。

• 4：GND（Ground，地線）。

• 5：DI（Serial Data Input，串行數據輸入）。

• 6：CLK（Serial Clock，串行時鐘）。

• 7：/HOLD（Hold，保持信號）。

• 8：VCC（Power Supply，電源電壓）。

3.2 引腳功能描述

• /CS（片選信號）：低電平有效，用于選擇和激活芯片進行通信。

• DO（串行數據輸出）：用于數據從芯片到主控器的傳輸。

• /WP（寫保護）：高電平時禁止對芯片的寫操作，保護數據安全。

• GND（地線）：接地引腳。

• DI（串行數據輸入）：用于數據從主控器到芯片的傳輸。

• CLK（串行時鐘）：提供數據傳輸的時鐘信號。

• /HOLD（保持信號）：低電平時暫停芯片的操作，高電平時恢復操作。

• VCC（電源電壓）：為芯片提供工作電壓，范圍為2.7V至3.6V。

第四章 操作與命令集

4.1 標準SPI命令集

W25Q256FV支持多種標準SPI命令，用于讀取、寫入和擦除操作。以下是部分常用命令：

• 讀取狀態寄存器（Read Status Register）：命令代碼為0x05，用于讀取芯片的狀態信息。

• 寫入使能（Write Enable）：命令代碼為0x06，用于啟用寫入操作。

• 頁編程（Page Program）：命令代碼為0x02，用于向指定頁面寫入數據。

• 扇區擦除（Sector Erase）：命令代碼為0x20，用于擦除指定扇區的數據。

• 塊擦除（Block Erase）：命令代碼為0xD8（32KB塊）或0x52（64KB塊），用于擦除指定塊的數據。

• 芯片擦除（Chip Erase）：命令代碼為0xC7或0x60，用于擦除整個芯片的數據。

4.2 雙SPI與四SPI命令集

雙SPI和四SPI模式通過增加數據引腳的數量，顯著提升了數據傳輸速率。以下是部分常用命令：

• 快速讀取雙I/O（Fast Read Dual I/O）：命令代碼為0xBB，通過IO0和IO1引腳同時傳輸數據。

• 快速讀取四I/O（Fast Read Quad I/O）：命令代碼為0xEB，通過IO0、IO1、IO2和IO3引腳同時傳輸數據。

• 雙I/O頁編程（Dual I/O Page Program）：命令代碼為0xA2，通過雙I/O模式寫入數據。

• 四I/O頁編程（Quad I/O Page Program）：命令代碼為0x32，通過四I/O模式寫入數據。

4.3 QPI命令集

QPI模式通過雙時鐘指令周期進一步優化數據傳輸效率。以下是部分常用命令：

• QPI模式進入（Enter QPI）：命令代碼為0x38，將芯片切換至QPI模式。

• QPI模式退出（Exit QPI）：命令代碼為0xFF，將芯片切換回標準SPI模式。

• QPI快速讀取（QPI Fast Read）：命令代碼為0xEB，通過QPI模式讀取數據。

• QPI頁編程（QPI Page Program）：命令代碼為0x32，通過QPI模式寫入數據。

第五章 編程與應用示例

5.1 初始化與配置

在使用W25Q256FV之前，需要進行初始化與配置。以下是初始化流程：

1. 復位芯片：通過/CS引腳將芯片復位。

2. 讀取設備ID：發送讀取設備ID命令（0x90或0x9F），讀取制造商ID和設備ID，確認芯片型號。

3. 配置工作模式：根據需求選擇標準SPI、雙SPI、四SPI或QPI模式。

4. 啟用寫保護：根據需求配置/WP引腳，啟用或禁用寫保護功能。

5.2 數據讀取示例

以下是使用標準SPI模式讀取數據的示例代碼（以STM32為例）：

#include "stm32f10x.h"

#include "w25q256fv.h"



void SPI_Init(void) {

// 初始化SPI接口

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

}



uint8_t W25Q256FV_ReadByte(uint32_t addr) {

uint8_t data;

// 發送讀取命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x03); // 讀取命令

SPI_Transfer((addr >> 16) & 0xFF);

SPI_Transfer((addr >> 8) & 0xFF);

SPI_Transfer(addr & 0xFF);

data = SPI_Transfer(0xFF); // 讀取數據

W25Q256FV_CS_HIGH();

return data;

}

5.3 數據寫入示例

以下是使用標準SPI模式寫入數據的示例代碼：

void W25Q256FV_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {

// 啟用寫入

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x06); // 寫入使能命令

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 發送頁編程命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x02); // 頁編程命令

SPI_Transfer((addr >> 16) & 0xFF);

SPI_Transfer((addr >> 8) & 0xFF);

SPI_Transfer(addr & 0xFF);

SPI_Transfer(data); // 寫入數據

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 等待寫入完成

while (W25Q256FV_ReadStatusRegister() & 0x01);

}

5.4 扇區擦除示例

以下是擦除指定扇區的示例代碼：

void W25Q256FV_EraseSector(uint32_t addr) {

// 啟用寫入

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x06); // 寫入使能命令

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 發送扇區擦除命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x20); // 扇區擦除命令

SPI_Transfer((addr >> 16) & 0xFF);

SPI_Transfer((addr >> 8) & 0xFF);

SPI_Transfer(addr & 0xFF);

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 等待擦除完成

while (W25Q256FV_ReadStatusRegister() & 0x01);

}

第六章 高級功能與應用

6.1 數據保護與安全

W25Q256FV提供了多種數據保護與安全功能：

• 硬件寫保護：通過/WP引腳啟用或禁用寫保護功能，防止意外數據修改。

• 軟件寫保護：通過狀態寄存器配置寫保護位，進一步增強數據安全性。

• 頂部或底部陣列保護：支持對芯片的頂部或底部陣列進行單獨保護，適用于分區存儲場景。

• 安全寄存器：提供三個256字節的安全寄存器，用于存儲敏感數據或密鑰。

6.2 壞塊管理與可靠性

W25Q256FV通過以下機制確保數據存儲的可靠性：

• 壞塊檢測：在擦除或編程操作前，芯片會自動檢測壞塊，避免數據寫入失敗。

• 壞塊替換：對于檢測到的壞塊，可以通過軟件方式進行替換，確保數據存儲的連續性。

• 數據保持能力：數據保持時間超過20年，確保長期存儲的數據不會丟失。

• 擦寫耐久度：擦除/編程周期超過100,000次，滿足高頻率寫入場景的需求。

6.3 連續讀取與XIP功能

W25Q256FV支持連續讀取模式，允許高效的內存訪問。通過8個時鐘的指令開銷即可讀取24位地址，支持真正的XIP（就地執行）操作。這對于需要直接從Flash執行代碼的應用場景（如嵌入式系統啟動）非常有用。

6.4 溫度范圍與適應性

W25Q256FV的工作溫度范圍為-40°C至85°C，適用于極端環境下的應用。無論是工業控制設備還是汽車電子系統，都能在寬溫度范圍內穩定運行。

第七章 總結與展望

7.1 總結

W25Q256FV是一款高性能、大容量、低功耗的串行NOR Flash存儲器，具有豐富的接口模式和強大的保護機制。其256Mbit的存儲容量、多種高速通信模式以及靈活的擦除和編程操作，使其成為嵌入式系統和物聯網設備的理想存儲解決方案。通過深入理解并熟練運用W25Q256FV的各項功能，開發者可以顯著提升系統的存儲能力和效率。

7.2 展望

隨著物聯網、人工智能和5G技術的快速發展，對存儲器的需求日益增長。W25Q256FV憑借其高性能、低功耗和高可靠性，將在更多領域得到廣泛應用。未來，華邦電子可能會推出更高容量、更快速度的存儲器產品，進一步滿足市場需求。同時，隨著技術的不斷進步，存儲器的接口協議和功能也將不斷優化，為開發者提供更加便捷和高效的存儲解決方案。