物联网行业中Nor Flash的软件设计分享_W25Q128的软件设计方案

一 概述

W25Q128是一种NOR Flash芯片，掉电后数据不丢失的特点。

W25Q128FV阵列被组织成65,536个可编程页面，每个页面256字节。每次最多可编程256字节。可以以16页为一组(即一个Sector)、128页为一组(8个Sector)、256页为一组(16个Sector)或整个芯片(芯片擦除)进行擦除。W25Q128FV分别有4,096个可擦除扇区和256个可擦除块。较小的4KB扇区为需要数据和参数存储的应用程序提供了更大的灵活性。

标准SPI通信支持时钟频率高达104MHz，Dual SPI通信支持时钟频率高达208MHz,QSPI通信支持时钟频率高达416MHz。

注意：W25Q128一共为128M bits(16M Byte)，又分为256个块(每个块512K bit(64K Byte))，每个块又分为16个扇区(每个扇区32K bit(4 KByte))，每个扇区又分为16页(每个页2K bit(256 Byte))

二 物理特性

可以将 1 写成 0，但是不能将 0 写成 1，要想将 0 写成 1，必须进行擦除操作。如果要改变数据，就需要先擦除后写数据。

如果想要修改小于扇区大小的数据，需要将整个扇区的数据，在内存中进行备份，然后修改内存中的数据，再将数据写回到原扇区位置。因此，驱动要达到支持自动完成这个过程，用户可以使用驱动修改任意位置的数据。

三 存储结构

W25Q128可以存储16777216字节，存储一个字节占用一个地址，所以寻址范围是0-（16777216-1），对应的16进制为0-0xFFFFFF（所以寄存器地址是24位的）

四 命令总览

五 组件的使用

1 Gitee链接地址

Demo位于amaziot_bloom_os_sdksample3rd2.1_W25Q128

Gitee源码地址：https://gitee.com/ning./hongdou

Github源码地址：https://github.com/ayumid/hongdou

编译指令：.build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksample3rd2.1_W25Q128

2 组件功能介绍

实现软件模拟SPI，驱动W25Q128芯片，实现数据存储。

3 代码讲解

1 drv_w25q128_delay_us

功能：该函数用于，延时。

参数：

参数	释义
count	死循环次数

返回值：无

示例：

//初始化i2c总线
ret = drv_xl9535_i2c_init();

2 drv_w25q128_gpio_set

功能：该函数用于，模拟SPI设置IO输出电平。

参数：

参数	释义
num	引脚号
val	0 低电平，1 高电平

返回值：0 成功，-1 失败

示例：

drv_w25q128_gpio_set(DRV_w25q128_SPI_CS, DRV_w25q128_GPIO_LOW);

3 drv_w25q128_byte_wr

功能：该函数用于，SPI写读一个字节 mode3。

参数：

参数	释义
byte	发送数据

返回值：flash返回数据

示例：

drv_w25q128_byte_wr(DRV_w25q128_DUMMY_BYTE);

4 drv_w25q128_byte_rd

功能：该函数用于，SPI只读一个字节。

参数：无

返回值：flash返回数据

示例：

drv_w25q128_byte_rd(DRV_w25q128_DUMMY_BYTE);

5 drv_w25q128_busy_wait

功能：该函数用于，W25Q128 忙等待。

参数：无

返回值：无

示例：

while(drv_w25q128_read_reg1() & BIT_BUSY);

6 drv_w25q128_read_reg

功能：该函数用于，读reg。

参数：无

返回值：无

示例：

while(drv_w25q128_read_reg() & BIT_BUSY);

7 drv_w25q128_read_jedecid

功能：该函数用于，读 W25Q128 JEDEC_ID（制造商、类型、容量）。

参数：无

返回值：无

示例：

sample_w25q128_uart_printf("identification is 0x%X, Device id is 0x%X, Manufacturer Device ID is 0x%X", 
                               drv_w25q128_read_identification(), drv_w25q128_read_device_id(), drv_w25q128_read_manufacturer_id());

8 drv_w25q128_read_manufacturer_id

功能：该函数用于，读 W25Q128 制造商 ID。

参数：无

返回值：无

示例：

sample_w25q128_uart_printf("identification is 0x%X, Device id is 0x%X, Manufacturer Device ID is 0x%X", 
                               drv_w25q128_read_identification(), drv_w25q128_read_device_id(), drv_w25q128_read_manufacturer_id());

9 drv_w25q128_read_device_id

功能：该函数用于，读 W25Q128 设备 ID。

参数：无

返回值：无

示例：

sample_w25q128_uart_printf("identification is 0x%X, Device id is 0x%X, Manufacturer Device ID is 0x%X", 
                               drv_w25q128_read_identification(), drv_w25q128_read_device_id(), drv_w25q128_read_manufacturer_id());

10 drv_w25q128_write_enable

功能：该函数用于，写使能。

参数：无

返回值：无

示例：

sample_w25q128_uart_printf("identification is 0x%X, Device id is 0x%X, Manufacturer Device ID is 0x%X", 
                               drv_w25q128_read_identification(), drv_w25q128_read_device_id(), drv_w25q128_read_manufacturer_id());

11 drv_w25q128_write_disable

功能：该函数用于，写失能。

参数：无

返回值：无

示例：

无

12 drv_w25q128_write_page

功能：该函数用于，页编程（调用本函数写入数据前需要先擦除扇区）。

参数：

参数	释义
pbuf	数据
addr	地址
len	长度

返回值：无

示例：

drv_w25q128_write_page(pbuf, addr, pageremain);

13 drv_w25q128_read

功能：该函数用于，读闪存数据。

参数：

参数	释义
pbuf	数据
addr	地址
len	长度

返回值：无

示例：

drv_w25q128_read((UINT8*)rx_buff1, 8181, strlen(tx_buff1));

14 drv_w25q128_sector_erase

功能：该函数用于，扇区擦除。

参数：

参数	释义
addr	地址

返回值：无

示例：

drv_w25q128_sector_erase(secpos * DRV_w25q128_SOCTOR_SIZE);

15 drv_w25q128_chip_rease

功能：该函数用于，FLASH整片擦除(为了安全起见，若要调用，请先调用 drv_w25q128_write_enable 函数)。

参数：无

返回值：无

示例：

无

16 drv_w25q128_powr_down

功能：该函数用于，掉电。

参数：无

返回值：无

示例：

无

17 drv_w25q128_release_powr_down

功能：该函数用于，读闪存数据。

参数：

参数	释义
pbuf	数据
addr	地址
len	长度

返回值：无

示例：

drv_w25q128_read((UINT8*)rx_buff1, 8181, strlen(tx_buff1));

18 drv_w25q128_write_nocheck

功能：该函数用于，写数据。

参数：

参数	释义
pbuf	数据
addr	地址
len	长度

返回值：无

示例：

drv_w25q128_write_nocheck(w25q128_buffer, secpos * DRV_w25q128_SOCTOR_SIZE, DRV_w25q128_SOCTOR_SIZE);

19 drv_w25q128_write

功能：该函数用于，写闪存数据，可以使任意地址。

参数：

参数	释义
pbuf	数据
addr	地址
len	长度

返回值：无

示例：

drv_w25q128_write((UINT8*)tx_buff1, 8181, strlen(tx_buff1));

20 drv_w25q128_init

功能：该函数用于，写数据。

参数：无

返回值：无

示例：

drv_w25q128_init();

4 Demo实战

4.1 创建一个Demo

复制20.1_file_xtu示例工程，到同一个文件夹下，修改文件名为3.1_SSD1315，如图：

4.2 修改makefile

增加文件组件所在目录头文件路径，和源文件路径，如图：

4.3 增加头文件

使用代码编辑器，将新建的工程文件加入代码编辑器中，打开main.c，修改main.c，加入am.h等头文件，如图：

4.4 修改代码

在Phase2Inits_exit 创建一个任务，如图：

4.1 概述

上电后，按下按键，串口会打印出按下了哪一个按键

4.2 测试

测试步骤：

参考编译教程，和文档开头的编译指令，进行编译

按照编译教程选择对应的选项

烧录

4.3 宏定义介绍

sample_w25q128_uart_printf

输出日志到DEBUG 串口，日志比较少，可以输出到这个串口，如果日志比较多，需要输出到usb口，以免不必要的问题出现

sample_w25q128_catstudio_printf

输出日志到USB 串口，使用catstudio查看，catstudio查看日志需要更新对应版本mdb.txt文件，软件打开filtter过滤日志，只查看用户输出的日志

SAMPLE_W25Q128_STACK_SIZE

栈空间宏定义

4.4 全局变量介绍

sample_w25q128_task_ref

任务指针

4.5 函数介绍

Phase1Inits_enter

底层初始化，本例空

Phase1Inits_exit

底层初始化，本例空

Phase2Inits_enter

底层初始化，本例空

Phase2Inits_exit

创建主任务，初始化INT 引脚

代码片段：

void Phase2Inits_exit(void)
{
    int ret;

    sample_w25q128_task_stack = malloc(SAMPLE_W25Q128_STACK_SIZE);

    ret = OSATaskCreate(&sample_w25q128_task_ref, sample_w25q128_task_stack, SAMPLE_W25Q128_STACK_SIZE, 88, "sample_w25q128_task", sample_w25q128_task, NULL);
    ASSERT(ret == OS_SUCCESS);
}

sample_w25q128_task

主任务，代码发分为两部分，一部分是发送不定长数据；另一部分是上电后等待其它模块发送的数据，收到后打印到串口。

代码片段：

static void sample_w25q128_task(void *ptr)
{
    int ret = 0;
    uint32_t identification = 0;
//    unsigned char writeBuf[30] = {0};
//    unsigned char readBuf[30] = {0};

//    ret = ql_spi_init(QL_SPI_PORT0, QL_SPI_MODE3, QL_SPI_CLK_812_5KHZ);
//    sample_w25q128_catstudio_printf("ql_spi_init ret %d", ret);

    drv_w25q128_init();

    identification = drv_w25q128_read_jedecid();
    sample_w25q128_uart_printf("identification is 0x%X, Device id is 0x%X, Manufacturer Device ID is 0x%X", 
                               drv_w25q128_read_jedecid(), drv_w25q128_read_device_id(), drv_w25q128_read_manufacturer_id());
    
//    while(1)
//    {
//        drv_w25q128_gpio_set(DRV_w25q128_SPI_CS, 0);
//        sample_w25q128_uart_printf("low");
//        OSATaskSleep(5*200);
//        drv_w25q128_gpio_set(DRV_w25q128_SPI_CS, 1);
//        sample_w25q128_uart_printf("high");
//        OSATaskSleep(5*200);
//    }
    if(identification != JEDECID)
    {
        /* 读取错误处理 */
        sample_w25q128_uart_printf("SPI read-write Error, please check the connection between MCU and SPI Flashn");
    }
    else
    {
        //读取成功处理
        char tx_buff1[64] = "abcdefghigklmnopqrstuvwxyz0123456789";
        char rx_buff1[64] = {0};
        char tx_buff2[64] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ9876543210";
        char rx_buff2[64] = {0};
        int i = 0;
        //测试跨sector写，并且读出数据，写两次，第二次保留第一次部分数据，证明数据擦除，写入正常
        drv_w25q128_write((UINT8*)tx_buff1, 8181, strlen(tx_buff1));//从8181地址开始写数据，需要写第二和第三个扇区
        drv_w25q128_read((UINT8*)rx_buff1, 8181, strlen(tx_buff1));
        sample_w25q128_uart_printf("read flash:%s", rx_buff1);

        if(!strncmp(tx_buff1, rx_buff1, strlen(tx_buff1)))
        {
            sample_w25q128_uart_printf("SPI read-write succeed 1");
        }
        //验证驱动擦除扇区时，可以保留之前有效内容
        drv_w25q128_write((UINT8*)tx_buff2, 8186, strlen(tx_buff2));//从8186地址开始写数据，需要写第二和第三个扇区，同时不能擦掉8181 - 8186的5字节数据
        drv_w25q128_read((UINT8*)rx_buff2, 8181, strlen(tx_buff2) + 5);
        sample_w25q128_uart_printf("read flash:%s", rx_buff2);

        if(!strncmp(rx_buff2, "abcdeABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ9876543210", strlen("abcdeABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ9876543210")))
        {
            sample_w25q128_uart_printf("SPI read-write succeed 2");
        }
    }
//    memset(writeBuf, 0x00, sizeof(writeBuf));
//    memset(readBuf, 0x00, sizeof(readBuf));

//    writeBuf[0] = 0x9F;
    while (1)
    {
//        ret = ql_spi_write_read(QL_SPI_PORT0, readBuf, writeBuf, 1);
//        sample_w25q128_catstudio_printf("ql_spi_write_read ret %d, readBuf %02X,%02X,%02Xn", ret, readBuf[0], readBuf[1], readBuf[2]);
//        ret = ql_spi_write(QL_SPI_PORT0, writeBuf, 1);
//        sample_w25q128_catstudio_printf("ql_spi_write_read ret %d, readBuf %02Xn", ret, writeBuf[0]);
//        ret = ql_spi_read(QL_SPI_PORT0, readBuf, 3);
//        sample_w25q128_catstudio_printf("ql_spi_write_read ret %d, readBuf %02X,%02X,%02Xn", ret, readBuf[0], readBuf[1], readBuf[2]);
        OSATaskSleep(5 * 200);
    }
}

4.6 固件

点击下载 Lora Demo固件

5 生态组件链接

SPI NOR FLASH

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审核编辑 黄宇