基于FPGA的SPI_FLASH程序设计

SPI_FLASH简介

spi_flash是一种通用存储器，也称为SPI NOR Flash或SPI Flash。它使用SPI（Serial Peripheral Interface）接口进行通信，可以通过串行方式读写数据。spi_flash的特点是工作电压低，体积小，读写速度快，并且可擦写次数很大。因此，它被广泛应用于嵌入式系统中，用于存储程序代码、配置信息和数据。

spi_flash的存储单元由位线和字线组成，可以以字节为单位进行读写操作。它通常具有多个扇区，每个扇区又包含许多块。spi_flash的读操作是通过发送地址和读指令来获取数据，写操作是通过发送地址、写指令和数据来存储数据。

spi_flash的容量可以从几十KB到几GB不等。它可以通过软件进行编程，并且支持批量擦除和写入操作。此外，spi_flash还具有保护数据的功能，可以设置写保护位来防止误操作。

spi_flash的接口标准化，可以与许多微控制器和处理器进行连接。它可用于存储启动代码、操作系统、驱动程序和各种应用程序。在嵌入式系统中，spi_flash通常用作存储设备的主要存储介质，提供快速、可靠的数据存储和读取功能。

SPI_FLASH的通信协议

它支持 Standard SPI、 Dual SPI 和 Quad SPI 三种 SPI 协议通信方式，最大传输数据速率可达

50MB/S 。

SPI_FLASH的存储容量

我们这里以W25Q128FV芯片为例子进行介绍，如下图所示。

这款芯片的总容量是128Mbit，这个存储阵列被划分为256个BLOCK（64KB），每一个BLOCK块划分为16个Sector(4KB) ,每一个Sector是包含16个page(256个字节)。

SPI_FLASH的指令介绍

WR_EN指令介绍

WREN（WriteEnable）：使能指令（06h），写使能指令可将 Flash 芯片设置为写使能锁存(WEL)状态；在每一次页写操作(PP)、扇区擦除(SE)、全擦除(BE)和写状态寄存器(WRSR)操作之前，都需要先进行写使能指令写入操作。操作时序为先拉低片选信号，写入写使能指令，在指令写入过程中，片选信号始终保持低电平，指令写入完成后，将片选信号拉高。

READ STATUS REGISTER指令介绍

读取状态寄存器指令（ 05h ），这条指令的作用就是指令允许读取状态寄存器。状态寄存器可以在任何时候读取，即使在编程、擦除或写入状态寄存器循环进行操作时也是可以的。每次读取BUSY状态值来判断芯片是否处于工作状态还是空闲状态，从而更好的执行后续命令操作。

Page program指令介绍

页编辑指令（ 02h ），可以理解成写数据指令，当执行页编辑指令时就可以往对应的扇区对应的页中写入数据，一次性最多写入 256 个字节数据。注意一点，当整页写数据时你可以不必写满 256 个字节，小于 256 个字节也是可以的，但是不能超过 256 个字节数据，因为超过 256 个字节，多余的数据就会返回这一页的开头重新写入，这样就会覆盖之前已经写入的数据。

READ DATA指令介绍

读取数据指令（ 03h ），当 FLASH 中被写入数据后我们可以使用 ReadData 指令将数据读取出来。操作过程就是发送命令字+地址，然后flash芯片就会读取数据。

BLOCK ERASE(52h)指令介绍

扇区擦除指令（ 52h ），扇区擦除指令是将 Flash 芯片中的被选中扇区的所有存储单元设置为全 1 ，在 Flash 芯片写入扇区擦出指令之前，需要先写入写使能 (WREN) 指令，将芯片设置为写使能锁存(WEL) 状态；随后要拉低片选信号，写入扇区擦除指令、扇区地址、页地址和字节地址，在指令、地址写入过程中，片选信号始终保持低电平，待指令、地址被芯片锁存后，将片选信号拉高；扇区擦除指令、地址被锁存并执行后，需要等待一个完整的扇区擦除周期(tSE) ，才能完成 Flash 芯片的扇区擦除操作。

备注：擦除命令还有其他几种，这里不再介绍。