STM32F4 W25Q64存储芯片详解：特性以及应用
一、概述
W25Q64是由华邦电子（Winbond）生产的一款串行闪存（Serial Flash）芯片，其容量为64 Mbit（8 MB）。该芯片采用**SPI（Serial Peripheral Interface）**通信协议，广泛应用于嵌入式系统、物联网设备、路由器、工控板等领域。凭借其高性价比、低功耗和高速读写能力，W25Q64在嵌入式存储市场占据重要地位。
二、芯片基本参数
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 容量 | 64 Mbit / 8 MB |
| 接口 | SPI（标准/双/四线） |
| 电压范围 | 2.7V - 3.6V |
| 最大时钟频率 | 104 MHz（标准 SPI） |
| 扇区大小 | 4 KB |
| 块大小 | 32 KB / 64 KB |
| 擦写寿命 | 10 万次擦写循环 |
| 数据保持时间 | 超过 20 年 |
三、存储结构
W25Q64 的存储结构被划分为：
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扇区（Sector）：每个扇区大小为 4KB，共 2048 个扇区；
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块（Block）：每个块分为 32KB 或 64KB 两种，共支持 256 个 32KB 块，或 128 个 64KB 块；
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页（Page）：每页大小为 256 字节，共有 32768 页。
页是最小写入单位，扇区或块是擦除的基本单位。不能对单字节进行擦除。
四、通信接口：SPI
W25Q64 支持三种 SPI 模式：
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标准 SPI（Single SPI）：MOSI/MISO/SCK/CS；
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双线 SPI（Dual SPI）：数据通过两个 IO（IO0, IO1）传输；
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四线 SPI（Quad SPI）：使用四个 IO（IO0 - IO3）同时传输，极大提高传输速率。
Quad SPI 模式下，读操作速度可达 80MB/s，适用于高带宽应用场景。
五，W25Q64 状态及控制寄存器介绍
| 位 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 7 | SRP1 | 状态寄存器保护位1（与SRP2一起用于硬件保护） |
| 6 | SEC | 扇区保护指示（扇区大小 4KB/64KB） |
| 5 | TB | 顶部/底部保护选择位（配合BP） |
| 4~2 | BP2~BP0 | 块保护位（决定写保护区域范围） |
| 1 | WEL | 写使能锁定位（0：写禁止；1：写允许） |
| 0 | BUSY | 忙状态（0：空闲；1：内部操作中） |
BUSY 位：在执行写操作和擦除操作时，此位会为1，执行完后自动变为0 所以 在写完或擦除完后要等待此位变为0再继续执行程序
W25Q64芯片状态寄存器的作用是什么 ？配置位作用 ：块区保护读状态位作用：写指令是否执行完成如何配置(读)寄存器？发送读指令和发送配置值什么时候使用？初始化配置模块的时候（配置寄存器）等待写操作完成时候（读这个寄存器）
六、主要指令集
W25Q64 使用固定指令集进行数据操作：
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读取指令：
-
03h：标准读取（Slow Read） -
0Bh：快速读取（Fast Read） -
6Bh：双线读取（Dual Output Fast Read） -
EBh：四线读取（Quad I/O Fast Read）
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写入指令：
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02h：页写入（Page Program） -
20h：扇区擦除（4KB） -
D8h：块擦除（64KB） -
C7h/60h：整片擦除
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状态指令：
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05h：读取状态寄存器 1 -
01h：写状态寄存器 -
35h：读取状态寄存器 2
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以下来看一下配置W25Q64的代码
void Init_W25Q64(){//所选SPI初始化Init_Spi1();//初始化片选线 CSRCC->AHB1ENR |= (1<<1);GPIOB->MODER &= ~(3<<28);GPIOB->MODER |= (1<<28);GPIOB->OTYPER &= ~(1<<14);GPIOB->OSPEEDR &= ~(3<<28);GPIOB->OSPEEDR |= (2<<28);W25Q64_CS_H;//设置状态寄存器解除所有块保护Write_Status_Register(0x00);}
//写使能函数
配置：1.先拉低片选2.发送指令0x063.片选拉高
void Write_W24Q64(){W25Q64_CS_L; // 拉低片选信号SPI1_Byte(0x06);W25Q64_CS_H; //拉高片选信号}
//读状态寄存器函数
配置：1.先拉低片选2.发送指令0x05//返回值不需要接收3.接收状态寄存器的值 //发送参数随便4.片选拉高
u8 Read_Status_Register(){u8 sta;W25Q64_CS_L; //拉低片选线SPI1_Byte(0x05);//发送读状态寄存器指令/ sta = SPI1_Byte(0xff);//接收在状态寄存器读取的数据W25Q64_CS_H;return sta;}
//写状态寄存器函数
在执行写状态寄存器指令时，先要执行“写使能”指令。再拉低/CS引脚，然后将01h从DI引脚送到芯片，然后将我们要设置的状态寄存器的值送到芯片.拉高/CS，读状态寄存器的值，等待0号为是0
void Write_Status_Register(u8 cmd_data){Write_W24Q64();W25Q64_CS_L;SPI1_Byte(0x01);SPI1_Byte(cmd_data);W25Q64_CS_H;//等待Busy位自动变0while(Read_Status_Register() & (1<<0));}
//页写数据函数
配置:写使能片选拉低发送写数据指令发送24位地址循环发送数据片选拉高等待写入完成
void w25q64_Write_Page(u32 inner_addr,u8* data,u16 len){Write_W24Q64();W25Q64_CS_L;//发送页编程指令SPI1_Byte(0x02);//发送器件地址,器件地址为24位，我们要分三次发送//首先是高位，中高位，低位SPI1_Byte(inner_addr >> 16);SPI1_Byte(inner_addr >> 8);SPI1_Byte(inner_addr);while(len){SPI1_Byte(*data);data++;len--;}W25Q64_CS_H;//等待Busy位自动变0while(Read_Status_Register() & (1<<0));}
//可跨页连续写多数据函数
void w26q64_Write_Bytes(u32 inner_addr,u8 *data,u32 len){u16 less_num;while(1){//计算本页还剩多少字节可以写less_numless_num = 8 - inner_addr % 8;//判断如果要写的字节数据不需要跨页if(less_num >= len){//调用页写函数写完就可以了 inner_addr num_byte strw25q64_Write_Page(inner_addr,data, len);//跳出循环break;}//判断如果要写的字节数据需要跨页else{//调用页写函数先把本页写满 inner_addr less_num strw25q64_Write_Page(inner_addr, data,len);//计算还剩多少字节要写 num_byte - less_numlen = len - less_num;//计算剩余要写的内容的地址 str + less_numdata = data + less_num;//计算下一页要写的内容部地址 inner_addr + less_numinner_addr = inner_addr + less_num;}}}
//连续读数据操作函数
配置：1.先拉低片选 （CS拉低）;2.发送读数据指令(0x03)3.发送24位(3字节)地址4.可以连续读(数据线随便发)5.拉高片选
void w25q64_read_bytes(u32 inner_addr,u8 *data,u32 len){W25Q64_CS_L;//发送读数据指令SPI1_Byte(0x03);//发送器件地址,器件地址为24位，我们要分三次发送//首先是高位，中高位，低位SPI1_Byte(inner_addr >> 16);SPI1_Byte(inner_addr >> 8);SPI1_Byte(inner_addr);//接收数据while(len){*data = SPI1_Byte(0xff);data++;len--;}W25Q64_CS_H;}
//扇区擦除函数
配置：0.写使能1.先拉低片选 （CS拉低）;2.发送指令(0x20)3.发送24位(3字节)地址4.拉高片选5.等待擦除完成
void w25q64_sector_erase(u32 inner_addr){Write_W24Q64();W25Q64_CS_L;//发送页编程指令SPI1_Byte(0x20);//发送器件地址,器件地址为24位，我们要分三次发送//首先是高位，中高位，低位SPI1_Byte(inner_addr >> 16);SPI1_Byte(inner_addr >> 8);SPI1_Byte(inner_addr);W25Q64_CS_H;//等待Busy位自动变0while(Read_Status_Register() & (1<<0));}
//块擦除函数
void w25q64_block_erase(u32 inner_addr){Write_W24Q64();W25Q64_CS_L;//发送页编程指令SPI1_Byte(0xd8);//发送器件地址,器件地址为24位，我们要分三次发送//首先是高位，中高位，低位SPI1_Byte(inner_addr >> 16);SPI1_Byte(inner_addr >> 8);SPI1_Byte(inner_addr);W25Q64_CS_H;//等待Busy位自动变0while(Read_Status_Register() & (1<<0));}