W25N01GV 芯片应用

news2024/11/14 19:53:25

项目中处于成本考虑，要把Nor Flash换成低成本的Nand Flash。

这里总结下芯片应用。

总体概述：

1）W25N01（NandFlash）和W25Q（Nor Flash）的操作大不一样。

NandFlash擦除以块（128KB）为单位，读写以页（2KB）为单位，适合存储大量数据，且明确会产生坏块，需要进行坏块管理。 -- 而Nor Flash擦除单元大小最小为4KB，读写最小单位可以是1字节，更方便处理数据。

2）W25N01有内部2KB缓冲区机制，数据要先写缓冲区，再从缓冲区导入物理地址；读取与之相反。

3）基本指令的实现，都一个鸟样。按照指令表的内容和时序，收发数据即可。

目录

1. 芯片特性

2. 针脚定义

3. 芯片架构

4. 芯片寄存器

5. 芯片指令表

5.1 读取ID

5.2 读写寄存器

5.3 复位&写使能&写失能

5.4 页读取

5.5 页写入

5.6 块擦除

6. 芯片时间参数

1. 芯片特性

见下图，这里简单说下主要特性：

1）W25N01，为1Gbit大小，即128M字节

2）104MHz的标准时钟速度

3）50MB/S的传输速率

4）擦除的最小单位是块，128KB大小

5）读写的最小单位是页，2KB大小。即1G Bit分为 1024个块，每个块64页。

2. 针脚定义

1）注意标准SPI和Quad SPI

我们把标准的SPI接口，CS/CLK/MOSI/MISO 称为2线式接口（即数据线只有MOSI和MISO），此外还有Quad SPI接口，它将WP和HOLD复用为数据传输线，称为4线式接口（数据收发从1bit变成2bit）

3. 芯片架构

这是第一个必须要理解的图，很重要，不要跳过请先看懂它。

简述下图（框图）：

1）Data Buffer，是芯片内部的缓冲区，总共2112字节（分为2048字节 + 64字节）。

        a）其中64字节，是备用区域，一是用于标记坏块，二是用于保存ECC码（纠错码）

        b）2048字节的数据缓冲区。

                在读取时，要先从物理地址读到缓冲区，然后再读取缓冲区。

                在写入时，要先将数据写入缓冲区，再将缓冲区数据写入物理地址。

        c）Column Address CA[11:0]，即缓冲区的地址。在读写缓冲区的参数 CA 即表示该值。


2）页地址

        Page Address (PA) [15:0]，即页面地址，其高10bit表示块号索引（10bit的最大值为1023），低6bit表示页索引（6bit的最大值为63）。

        标黄的两个参数很重要，后面的寄存器表都会用到这两个参数。

4. 芯片寄存器

寄存器如下3张图，

1）SR1为保护寄存器，地址为0xAx（0xA0），，，一般写0x00关闭保护即可

如果需要保护特定块，需要按照章节 7.4 W25N01GV Status Register Memory Protection 配置保护寄存器。

2）SR2为配置寄存器，地址为0xBx（0xB0），，，一般写0x18即可，即默认使能ECC校验和BUF=1模式

3）SR3为状态寄存器，只读的

        a）其中BUSY位用于判断写、擦除等指令是否结束

        b）FAIL位用于判断写失败和擦除失败

        c）ECC用于判断读取数据是否正确

5. 芯片指令表

这是第二个必须要理解的图，很重要，不要跳过请先看懂它。

下面简述下指令表该怎么看：

1）第1列为命令类型

2）第2列OpCode表示操作码，是发送的第一个字节数据（CMD）

3）后序列Byte2/3/4……，表示后续的发送字节

4）实现单个命令功能时，只需要按照该指令表发送字节数据。。

上层的读写功能需要多个命令组合实现……

下面再简述下关键指令：

5.1 读取ID

就以这个命令简述下，每个命令的时序该怎样看：

1）DI一行表示要发送的数据，DO一行表示要接收的数据。

2）只要数据是按照时序图发的就没问题。

3）每一个指令的开始，都要以CS拉低开始，最后1字节发送结束之后马上拉高CS。

对于这个 Read JEDEC ID 命令，可知：

先发送0x9F，再发送Dummy（空字节、数据任意），然后再发送3个字节任意字节数据，对端依次响应3个字节数据。

对于W25N01，回复固定，依次是0xEF，0xAA，0x21。

5.2 读写寄存器

读寄存器：发送0x0F或0x05，再发送寄存器地址，然后读取1字节数据 - 即为寄存器值

写寄存器：发送0x1F或0x01，再发送寄存器地址，然后发送1字节数据 - 即为寄存器设定值

5.3 复位&写使能&写失能

CS拉低，发1字节，CS再拉高，结束。

复位是0xFF，控制芯片复位。

写使能0x06，在写缓冲区、块擦除之前，必须要先写使能。使能之后状态寄存器会置位bit1。

写失能0x04，恢复写保护。

5.4 页读取

基本操作概述：

1）先发送0x13指令，将指定物理地址的数据读到内部缓冲区；

        先发送0x13，再发送0x00，发送页地址PA的高8位，最后发送页地址PA的低8位。

        发完结束，等待完成即可。

2）再发送0x03指令，将缓冲区的数据读到用户的Buff中；

        先发送0x03，发送列地址CA的高8位，然后发送列地址CA的低8位，最后发送0x00。

        发完结束，等待完成即可。

3）读取完毕之后，检查状态寄存器的ECC校验位，判断是否读取正确。

下面是我的可用代码：

uint8_t W25N01_PageRead(uint16_t blocks, uint16_t pages, uint8_t *Buff)
{
	uint16_t PA = (blocks << 6) + (pages & 0x3F);
	
	SPI_FLASH_CS_LOW();
	SpiReadWriteByte(0x13);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA>>8));
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA&0xFF));
	SPI_FLASH_CS_HIGH();
	
	HAL_Delay(1);
	
	SPI_FLASH_CS_LOW();
	SpiReadWriteByte(0x03);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiFlashReceive(Buff, 2048);
	SPI_FLASH_CS_HIGH();
	
	if( (W25N01_ReadReg(FLASH_STATUS_REG3_ADDR) & 0x30) >= 0x20)
		return W25N01XX_FAIL;
	
	return W25N01XX_OK;
}

5.5 页写入

1）Buff写缓冲区

        必须先发送0x06写使能命令

        再发送0x02命令，发送2个 0x00，然后传输2048字节数据

2）缓冲区写物理地址

        先发送0x10，发送0x00，

        然后发送页地址PA的高8位，最后发送页地址PA的低8位，结束，

        等待传输完成

下面是我的可用代码：

uint8_t W25N01_PageWrite(uint16_t blocks, uint16_t pages, uint8_t *Buff)
{
	uint16_t PA = (blocks << 6) + (pages & 0x3F);
	
	W25N01_WriteEnable();
	HAL_Delay(1);
	
	SPI_FLASH_CS_LOW();
	SpiReadWriteByte(0x02);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiFlashTrans(Buff, 2048);
	SPI_FLASH_CS_HIGH();
	
	HAL_Delay(1);
	
	SPI_FLASH_CS_LOW();
	SpiReadWriteByte(0x10);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA>>8));
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA&0xFF));
	SPI_FLASH_CS_HIGH();
	
	W25N01_WaitBusy();
	
	if( (W25N01_ReadReg(FLASH_STATUS_REG3_ADDR) & FLASH_SR_WRITE_FAIL)
		== FLASH_SR_WRITE_FAIL)
		return W25N01XX_FAIL;
	
	return W25N01XX_OK;
}

5.6 块擦除

必须先发送0x06写使能命令

然后发送0xD8，发送0x00，然后发送页地址PA的高8位，最后发送页地址PA的低8位，结束，

等待擦除完成

uint8_t W25N01_BlockErase(uint16_t blocks, uint16_t pages)
{
	uint16_t PA = (blocks << 6) + (pages & 0x3F);
	
	W25N01_WriteEnable();
	HAL_Delay(1);
	
	SPI_FLASH_CS_LOW();
	SpiReadWriteByte(0xD8);
	SpiReadWriteByte(0x00);
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA>>8));
	SpiReadWriteByte((uint8_t)(PA&0xFF));
	SPI_FLASH_CS_HIGH();
	
	W25N01_WaitBusy();
	
	if( (W25N01_ReadReg(FLASH_STATUS_REG3_ADDR) & FLASH_SR_ERASE_FAIL)
		== FLASH_SR_ERASE_FAIL)
		return W25N01XX_FAIL;
	
	return W25N01XX_OK;
}

6. 芯片时间参数

其中，

tRD表示读操作的时间，最大60us，最快7us

tPP表示写操作的时间，最大700us

tBE表示擦除操作的时间，最大10ms

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