W25Q256FV中文手册

第一章 产品概述

1.1 产品简介

W25Q256FV是华邦电子（Winbond）推出的一款高性能、大容量的串行NOR Flash存储器，采用SPI（Serial Peripheral Interface）接口协议。该芯片具有256Mbit（32MB）的存储容量，适用于需要大容量非易失性存储的嵌入式系统、物联网设备、消费电子以及工业控制等领域。W25Q256FV支持标准SPI、双SPI（Dual SPI）、四SPI（Quad SPI）以及快速并行接口（QPI）等多种通信模式，能够显著提升数据传输速率，满足高速读写需求。

1.2 主要特性

• 大容量存储：256Mbit（32MB）的存储空间，满足大容量数据存储需求。

• 高速接口：支持标准SPI、双SPI、四SPI以及QPI模式，最高时钟频率可达104MHz，双SPI模式下等效时钟频率为208MHz，四SPI模式下等效时钟频率为416MHz。

• 低功耗设计：工作电压范围为2.7V至3.6V，激活电流低至4mA，待机电流仅为1μA，适合电池供电设备。

• 灵活的擦除和编程操作：支持页编程（Page Program）、扇区擦除（Sector Erase）、块擦除（Block Erase）以及芯片擦除（Chip Erase），擦除/编程周期超过100,000次。

• 数据保护功能：内置硬件写保护（WP）引脚和软件写保护机制，支持顶部或底部阵列保护，防止意外数据修改。

• 高可靠性：数据保持时间超过20年，支持JEDEC标准制造商和设备ID、SFDP寄存器、64位唯一序列号和三个256字节安全寄存器。

• 多种封装形式：提供WSON 8x6mm、SOIC 300mil、TFBGA 8x6mm等多种封装形式，满足不同应用场景的需求。

1.3 应用领域

• 嵌入式系统：如智能家居设备、工业控制器等，需要可靠的存储解决方案。

• 物联网设备：为物联网设备提供数据存储和管理功能，支持设备的数据采集和远程管理。

• 消费电子：如智能手机、平板电脑等，提供高速的数据读写能力。

• 汽车电子：在汽车电子系统中，存储关键数据，提高系统稳定性。

第二章 技术规格

2.1 电气特性

• 工作电压范围：2.7V至3.6V。

• 时钟频率：

• 标准SPI模式：最高104MHz。

• 双SPI模式：等效时钟频率208MHz（104MHz x 2）。

• 四SPI模式：等效时钟频率416MHz（104MHz x 4）。

• 电流消耗：

• 激活电流：4mA（典型值）。

• 待机电流：1μA（典型值）。

• 数据保持时间：超过20年。

• 擦除/编程周期：超过100,000次。

2.2 存储器组织

• 存储容量：256Mbit（32MB）。

• 页面大小：256字节。

• 扇区大小：4KB（16页）。

• 块大小：32KB（128页）或64KB（256页）。

• 可编程区域：整个芯片可划分为8,192个扇区或512个块。

2.3 接口协议

• 标准SPI接口：支持CLK、/CS、DI、DO、/WP、/HOLD引脚。

• 双SPI接口：支持CLK、/CS、IO0、IO1引脚。

• 四SPI接口：支持CLK、/CS、IO0、IO1、IO2、IO3引脚。

• QPI接口：支持双时钟指令周期四路外设接口，进一步优化数据传输效率。

2.4 封装形式

• WSON 8x6mm：8引脚，尺寸为6mm x 8mm，适用于紧凑型设计。

• SOIC 300mil：16引脚，标准小外形集成电路封装，适用于自动化组装。

• TFBGA 8x6mm：24引脚，薄型四方扁平无引线封装，适用于高密度电路板设计。

第三章 引脚定义与功能

3.1 引脚分布

以WSON 8x6mm封装为例，引脚分布如下：

• 1：/CS（Chip Select，片选信号）。

• 2：DO（Serial Data Output，串行数据输出）。

• 3：/WP（Write Protect，写保护）。

• 4：GND（Ground，地线）。

• 5：DI（Serial Data Input，串行数据输入）。

• 6：CLK（Serial Clock，串行时钟）。

• 7：/HOLD（Hold，保持信号）。

• 8：VCC（Power Supply，电源电压）。

3.2 引脚功能描述

• /CS（片选信号）：低电平有效，用于选择和激活芯片进行通信。

• DO（串行数据输出）：用于数据从芯片到主控器的传输。

• /WP（写保护）：高电平时禁止对芯片的写操作，保护数据安全。

• GND（地线）：接地引脚。

• DI（串行数据输入）：用于数据从主控器到芯片的传输。

• CLK（串行时钟）：提供数据传输的时钟信号。

• /HOLD（保持信号）：低电平时暂停芯片的操作，高电平时恢复操作。

• VCC（电源电压）：为芯片提供工作电压，范围为2.7V至3.6V。

第四章 操作与命令集

4.1 标准SPI命令集

W25Q256FV支持多种标准SPI命令，用于读取、写入和擦除操作。以下是部分常用命令：

• 读取状态寄存器（Read Status Register）：命令代码为0x05，用于读取芯片的状态信息。

• 写入使能（Write Enable）：命令代码为0x06，用于启用写入操作。

• 页编程（Page Program）：命令代码为0x02，用于向指定页面写入数据。

• 扇区擦除（Sector Erase）：命令代码为0x20，用于擦除指定扇区的数据。

• 块擦除（Block Erase）：命令代码为0xD8（32KB块）或0x52（64KB块），用于擦除指定块的数据。

• 芯片擦除（Chip Erase）：命令代码为0xC7或0x60，用于擦除整个芯片的数据。

4.2 双SPI与四SPI命令集

双SPI和四SPI模式通过增加数据引脚的数量，显著提升了数据传输速率。以下是部分常用命令：

• 快速读取双I/O（Fast Read Dual I/O）：命令代码为0xBB，通过IO0和IO1引脚同时传输数据。

• 快速读取四I/O（Fast Read Quad I/O）：命令代码为0xEB，通过IO0、IO1、IO2和IO3引脚同时传输数据。

• 双I/O页编程（Dual I/O Page Program）：命令代码为0xA2，通过双I/O模式写入数据。

• 四I/O页编程（Quad I/O Page Program）：命令代码为0x32，通过四I/O模式写入数据。

4.3 QPI命令集

QPI模式通过双时钟指令周期进一步优化数据传输效率。以下是部分常用命令：

• QPI模式进入（Enter QPI）：命令代码为0x38，将芯片切换至QPI模式。

• QPI模式退出（Exit QPI）：命令代码为0xFF，将芯片切换回标准SPI模式。

• QPI快速读取（QPI Fast Read）：命令代码为0xEB，通过QPI模式读取数据。

• QPI页编程（QPI Page Program）：命令代码为0x32，通过QPI模式写入数据。

第五章 编程与应用示例

5.1 初始化与配置

在使用W25Q256FV之前，需要进行初始化与配置。以下是初始化流程：

1. 复位芯片：通过/CS引脚将芯片复位。

2. 读取设备ID：发送读取设备ID命令（0x90或0x9F），读取制造商ID和设备ID，确认芯片型号。

3. 配置工作模式：根据需求选择标准SPI、双SPI、四SPI或QPI模式。

4. 启用写保护：根据需求配置/WP引脚，启用或禁用写保护功能。

5.2 数据读取示例

以下是使用标准SPI模式读取数据的示例代码（以STM32为例）：

#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;

// 发送读取命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x03); // 读取命令

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

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

SPI_Transfer(addr & 0xFF);

data = SPI_Transfer(0xFF); // 读取数据

W25Q256FV_CS_HIGH();

return data;

}

5.3 数据写入示例

以下是使用标准SPI模式写入数据的示例代码：

void W25Q256FV_WriteByte(uint32_t addr, uint8_t data) {

// 启用写入

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x06); // 写入使能命令

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 发送页编程命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x02); // 页编程命令

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

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

SPI_Transfer(addr & 0xFF);

SPI_Transfer(data); // 写入数据

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 等待写入完成

while (W25Q256FV_ReadStatusRegister() & 0x01);

}

5.4 扇区擦除示例

以下是擦除指定扇区的示例代码：

void W25Q256FV_EraseSector(uint32_t addr) {

// 启用写入

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x06); // 写入使能命令

W25Q256FV_CS_HIGH();

// 发送扇区擦除命令和地址

W25Q256FV_CS_LOW();

SPI_Transfer(0x20); // 扇区擦除命令

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 高级功能与应用

6.1 数据保护与安全

W25Q256FV提供了多种数据保护与安全功能：

• 硬件写保护：通过/WP引脚启用或禁用写保护功能，防止意外数据修改。

• 软件写保护：通过状态寄存器配置写保护位，进一步增强数据安全性。

• 顶部或底部阵列保护：支持对芯片的顶部或底部阵列进行单独保护，适用于分区存储场景。

• 安全寄存器：提供三个256字节的安全寄存器，用于存储敏感数据或密钥。

6.2 坏块管理与可靠性

W25Q256FV通过以下机制确保数据存储的可靠性：

• 坏块检测：在擦除或编程操作前，芯片会自动检测坏块，避免数据写入失败。

• 坏块替换：对于检测到的坏块，可以通过软件方式进行替换，确保数据存储的连续性。

• 数据保持能力：数据保持时间超过20年，确保长期存储的数据不会丢失。

• 擦写耐久度：擦除/编程周期超过100,000次，满足高频率写入场景的需求。

6.3 连续读取与XIP功能

W25Q256FV支持连续读取模式，允许高效的内存访问。通过8个时钟的指令开销即可读取24位地址，支持真正的XIP（就地执行）操作。这对于需要直接从Flash执行代码的应用场景（如嵌入式系统启动）非常有用。

6.4 温度范围与适应性

W25Q256FV的工作温度范围为-40°C至85°C，适用于极端环境下的应用。无论是工业控制设备还是汽车电子系统，都能在宽温度范围内稳定运行。

第七章 总结与展望

7.1 总结

W25Q256FV是一款高性能、大容量、低功耗的串行NOR Flash存储器，具有丰富的接口模式和强大的保护机制。其256Mbit的存储容量、多种高速通信模式以及灵活的擦除和编程操作，使其成为嵌入式系统和物联网设备的理想存储解决方案。通过深入理解并熟练运用W25Q256FV的各项功能，开发者可以显著提升系统的存储能力和效率。

7.2 展望

随着物联网、人工智能和5G技术的快速发展，对存储器的需求日益增长。W25Q256FV凭借其高性能、低功耗和高可靠性，将在更多领域得到广泛应用。未来，华邦电子可能会推出更高容量、更快速度的存储器产品，进一步满足市场需求。同时，随着技术的不断进步，存储器的接口协议和功能也将不断优化，为开发者提供更加便捷和高效的存储解决方案。