GD25Q256D中文手册

一、产品概述

GD25Q256D是兆易创新（GigaDevice）推出的一款高性能256M位（32M字节）串行闪存芯片，采用非易失性NOR Flash技术，支持标准串行外设接口（SPI）以及双/四路SPI传输模式。该芯片具备高速数据传输、低功耗、高可靠性等特点，广泛应用于工业控制、通信设备、消费电子、汽车电子等领域，为嵌入式系统提供高效、可靠的存储解决方案。

二、工作原理

GD25Q256D基于NOR Flash存储技术，其核心原理是通过浮栅晶体管存储电荷来实现数据的非易失性存储。每个存储单元由一个浮栅晶体管构成，通过控制浮栅上的电荷量来区分存储的二进制数据（0或1）。

在编程（写入）操作中，芯片通过向浮栅注入电荷来改变晶体管的阈值电压，从而将数据写入存储单元。擦除操作则是通过移除浮栅上的电荷来恢复晶体管的初始状态，为后续写入操作做准备。读取操作则通过检测晶体管的导通状态来确定存储单元中的数据。

GD25Q256D支持标准SPI、双SPI和四SPI三种传输模式。在标准SPI模式下，数据通过串行时钟（SCLK）、片选（CS#）、串行数据输入（SI）和串行数据输出（SO）四根信号线进行传输。双SPI模式下，SI和SO引脚变为双向I/O引脚（IO0和IO1），实现双倍数据传输速率。四SPI模式下，SI、SO、WP#（写保护）和HOLD#/RESET#引脚均变为双向I/O引脚（IO0、IO1、IO2和IO3），实现四倍数据传输速率。

三、产品作用

GD25Q256D在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，其主要作用包括：

1. 程序存储：存储嵌入式系统的启动代码、操作系统内核、应用程序等关键程序代码，确保系统能够正常启动和运行。

2. 数据存储：存储系统运行过程中产生的配置信息、日志文件、用户数据等非易失性数据，确保数据在系统断电后不会丢失。

3. 代码执行：支持XIP（就地执行）操作，允许CPU直接从闪存中读取并执行代码，无需先将代码加载到RAM中，从而提高系统运行效率。

4. 固件升级：通过编程接口实现固件的在线升级，提高系统的可维护性和灵活性。

四、产品特点

GD25Q256D具有以下显著特点：

1. 高速数据传输：

• 支持标准SPI、双SPI和四SPI三种传输模式，最大时钟频率可达104MHz。

• 在四SPI模式下，数据传输速率高达416Mbits/s（104MHz时钟频率下），满足高速数据传输需求。

2. 低功耗设计：

• 典型待机电流仅为12μA，深度掉电电流低至1μA，有效降低系统功耗。

• 支持多种低功耗模式，如休眠模式、深度掉电模式等，进一步降低功耗。

3. 高可靠性：

• 编程/擦除周期耐久性高达100,000次，确保数据长期稳定存储。

• 数据保留时间长达20年，满足长期存储需求。

4. 灵活的存储结构：

• 采用统一4K字节的扇区和统一32/64K字节的块区设计，便于灵活管理存储空间。

• 支持扇区擦除、块擦除和芯片擦除等多种擦除方式，满足不同应用场景需求。

5. 强大的安全功能：

• 支持软件/硬件写保护功能，防止数据被意外修改或删除。

• 提供3*2048字节的安全寄存器，支持OTP（一次可编程）锁功能，确保关键数据的安全性。

• 每个设备具有唯一的128位ID，便于设备识别和管理。

6. 广泛的温度范围：

• 工作温度范围覆盖-40°C至+85°C（工业级）和-40°C至+105°C（扩展工业级），满足不同环境条件下的应用需求。

五、引脚功能

GD25Q256D采用8引脚WSON（6x8mm）封装或16引脚SOIC封装，各引脚功能如下（以8引脚WSON封装为例）：

1. SCLK（串行时钟）：提供数据传输的时钟信号，控制数据的同步传输。

2. CS#（片选）：低电平有效，用于选择GD25Q256D芯片进行通信。

3. SI（串行数据输入）：在标准SPI模式下，用于接收主机发送的数据；在双/四SPI模式下，变为双向I/O引脚（IO0）。

4. SO（串行数据输出）：在标准SPI模式下，用于向主机发送数据；在双/四SPI模式下，变为双向I/O引脚（IO1）。

5. WP#（写保护）：低电平有效，用于启用或禁用写保护功能；在四SPI模式下，变为双向I/O引脚（IO2）。

6. HOLD#/RESET#（保持/复位）：在标准SPI模式下，HOLD#功能用于暂停与设备的通信；RESET#功能用于复位设备；在四SPI模式下，变为双向I/O引脚（IO3）。

7. VCC（电源电压）：提供芯片工作所需的电源电压，范围为2.7V至3.6V。

8. GND（地）：提供芯片的接地参考点。

六、功能详解

GD25Q256D具备丰富的功能，主要包括：

1. 编程操作：

• 支持页面编程模式，每个页面大小为256字节。

• 编程时间典型值为50μs（字编程）和2.4ms（页编程），满足高速编程需求。

2. 擦除操作：

• 支持扇区擦除（4K字节）、块擦除（32/64K字节）和芯片擦除等多种擦除方式。

• 扇区擦除时间典型值为70ms，块擦除时间典型值为0.16s至0.22s，芯片擦除时间典型值为70s。

3. 读取操作：

• 支持标准读取、快速读取、双/四I/O快速读取等多种读取模式。

• 在四SPI模式下，连续读取速度高达416Mbits/s，满足高速数据读取需求。

4. 写保护功能：

• 支持软件写保护和硬件写保护两种方式。

• 软件写保护通过状态寄存器配置实现，可保护整个芯片或部分存储区域不被写入或擦除。

• 硬件写保护通过WP#引脚实现，低电平时禁止写入或擦除操作。

5. 安全功能：

• 提供3*2048字节的安全寄存器，支持OTP锁功能。

• 每个设备具有唯一的128位ID，便于设备识别和管理。

6. 低功耗模式：

• 支持休眠模式和深度掉电模式等多种低功耗模式。

• 在休眠模式下，典型电流为12μA；在深度掉电模式下，电流低至1μA。

七、应用产品

GD25Q256D凭借其高性能、低功耗和高可靠性等特点，广泛应用于以下领域：

1. 工业控制：

• 用于存储工业控制器的程序代码和配置信息，确保系统稳定运行。

• 应用于PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）等工业自动化设备中。

2. 通信设备：

• 用于存储通信设备的固件和配置信息，支持设备的远程升级和管理。

• 应用于路由器、交换机、基站等通信设备中。

3. 消费电子：

• 用于存储智能手机的启动代码、操作系统内核和应用程序等关键数据。

• 应用于平板电脑、智能穿戴设备、智能家居等消费电子产品中。

4. 汽车电子：

• 用于存储汽车电子控制单元（ECU）的程序代码和配置信息，确保汽车安全运行。

• 应用于发动机控制单元、车身控制模块、车载娱乐系统等汽车电子设备中。

5. 医疗设备：

• 用于存储医疗设备的固件和患者数据等信息，确保数据准确性和安全性。

• 应用于心电图机、超声诊断仪、血液透析机等医疗设备中。

八、可替代型号

GD25Q256D在市场上具有广泛的替代性，可替代以下常见型号：

1. Winbond W25Q256JV：

• 同样为256M位串行闪存芯片，支持标准SPI和四SPI传输模式。

• 工作电压范围、时钟频率、数据传输速率等参数与GD25Q256D相近。

• 可直接替换使用，无需修改硬件设计或软件代码。

2. Micron N25Q256A：

• 256M位串行闪存芯片，支持标准SPI和双/四SPI传输模式。

• 工作电压范围、时钟频率、数据传输速率等参数与GD25Q256D相似。

• 通过简单的硬件和软件调整即可实现替换。

3. MXIC MX25L25635F：

• 256M位串行闪存芯片，支持标准SPI传输模式。

• 工作电压范围、时钟频率等参数与GD25Q256D部分重叠。

• 在不需要四SPI高速传输的应用场景中，可作为GD25Q256D的替代品。

4. 博雅BY25Q256FSEIG：

• 国产256M位串行闪存芯片，支持标准SPI和四SPI传输模式。

• 工作电压范围、时钟频率、数据传输速率等参数与GD25Q256D相近。

• 作为国产芯片，具有价格优势，可直接替换GD25Q256D使用。

九、总结与展望

GD25Q256D作为兆易创新推出的一款高性能256M位串行闪存芯片，凭借其高速数据传输、低功耗设计、高可靠性、灵活的存储结构和强大的安全功能等特点，在工业控制、通信设备、消费电子、汽车电子、医疗设备等领域得到了广泛应用。同时，GD25Q256D还具有广泛的替代性，可替代市场上多种常见型号，为用户提供更多选择。

随着嵌入式系统的不断发展和应用场景的不断拓展，对存储芯片的性能和可靠性要求也越来越高。未来，GD25Q256D将继续优化产品性能、提升可靠性、降低功耗，并不断拓展新的应用领域和市场空间。同时，兆易创新还将加大研发投入和技术创新力度，推出更多高性能、低功耗、高可靠性的存储芯片产品，满足用户不断增长的需求。