SPI flash是什么,關(guān)于SPI FLASH的讀寫問題

本文主要是關(guān)于SPI flash的相關(guān)介紹，并著重對SPI flash的原理及其讀寫進(jìn)行了相近的闡述。

SPI flash

SPI一種通信接口。那么嚴(yán)格的來說SPI Flash是一種使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但現(xiàn)在大部分情況默認(rèn)下人們說的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把數(shù)據(jù)線和地址線并排與IC的管腳連接。但是后來發(fā)現(xiàn)不同容量的Norflash不能硬件上兼容（數(shù)據(jù)線和地址線的數(shù)量不一樣），并且封裝比較大，占用了較大的PCB板位置，所以后來逐漸被SPI（串行接口）Norflash所取代。同時不同容量的SPI Norflash管腳也兼容封裝也更小。，至于現(xiàn)在很多人說起NOR flash直接都以SPI flash來代稱。

NorFlash根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)可以分為并行（Parallel，即地址線和數(shù)據(jù)線直接和處理器相連）NorFlash和串行（SPI，即通過SPI接口和處理器相連）NorFlash；區(qū)別主要就是：1、SPI NorFlash每次傳輸一bit位的數(shù)據(jù)，parallel連接的NorFlash每次傳輸多個bit位的數(shù)據(jù)（有x8和x16bit兩種）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口簡單點，但速度慢。

NandFlash是地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本沒什么問題。但是目前對產(chǎn)品的需求越來越小型化以及成本要求也越來越高，所以SPI NandFlash漸漸成為主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要傳統(tǒng)NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作訪問，從而降低成本。另外SPI NandFlash封裝比傳統(tǒng)的封裝也小很多，故節(jié)省了PCB板的空間。

今天主要說下SPI NorFlash。

二、有毛用啊

節(jié)省成本，減小封裝，存儲數(shù)據(jù)。

三、怎么用啊

怎么用說白了對于Flash就是讀寫擦，也就是實現(xiàn)flash的驅(qū)動。先簡單了解下spi flash的物理連接。

之前介紹SPI的時候說過，SPI接口目前的使用是多種方式（具體指的是物理連線有幾種方式），Dual SPI、Qual SPI和標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口（這種方式肯定不會出現(xiàn)在連接外設(shè)是SPI Flash上，這玩意沒必要全雙工），對于SPI Flash來說，主要就是Dual和Qual這兩種方式。具體項目具體看了，理論上在CLK一定的情況下， 線數(shù)越多訪問速度也越快。我們項目采用的Dual SPI方式，即兩線。

當(dāng)前涉及到具體的SPI flash芯片類型了，所以必須也得參考flash的datasheet手冊了。我們以W25Q64JVSSIQ為例。

這是基本信息的介紹，然后看下具體IO的定義

這個是WSON封裝的管腳定義，其他詳細(xì)信息參考datasheet。

硬件驅(qū)動的話也是和芯片強(qiáng)相關(guān)的，因為讀寫擦都是和硬件時序相關(guān)的，所以必須得參考硬件datasheet手冊。

上面的datasheet都詳細(xì)說明了每個操作的時序周期發(fā)送的命令。上圖中，第一列是指令名稱，第二列是指令編碼，第三列及以后的指令功能與對應(yīng)的指令有關(guān)。帶括號的字節(jié)內(nèi)容為flash向主機(jī)返回的字節(jié)數(shù)據(jù)，不帶括號則是主機(jī)向flash發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)。

A0~A23：flash內(nèi)部存儲器地址；MID0~MID7：制造商ID；ID0~ID15：flash芯片ID；D0~D7：flash內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)；dummy：指任意數(shù)據(jù)。

比如獲取deviceID：

表示該命令由這四個字節(jié)組成，其中dummy意為任意編碼，即這三個字節(jié)必須得發(fā)數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)是任意的，上圖命令列表中帶括號的字節(jié)數(shù)據(jù)表示由FLASH返回給主機(jī)的響應(yīng)，可以看到deviceID命令的第5個字節(jié)為從機(jī)返回的響應(yīng)，（ID7~ID0），即返回設(shè)備的ID號。

代碼如下：

uint32_t Get_Flash_DeviceID（void）

{

uint8_t deviceID= 0x00;

spiflashReset（）;

spi_write（ 0xAB）;

spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

deviceID = spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

spiflashSet（） ;

return deviceID;

}

SPI Flash的擦寫注意事項

SPI flash一般支持3種擦寫方式：按sector擦寫，按block擦寫，整片chip擦寫。

以KH25L3255E為例，

? Serial Peripheral Interface compatible -- Mode 0 and Mode 3

? 33，554，432 x 1 bit structure or 16，777，216 x 2 bits （two I/O mode） structure or 8，388，608 x 4 bits （four I/O

mode） structure

? 1024 Equal Sectors with 4K bytes each

- Any Sector can be erased individually

? 128 Equal Blocks with 32K bytes each

- Any Block can be erased individually

? 64 Equal Blocks with 64K bytes each

- Any Block can be erased individually

? Power Supply Operation

- 2.7 to 3.6 volt for read， erase， and program operations

? Latch-up protected to 100mA from -1V to Vcc +1V

由此可以看出，KH25L3255E的sector大小是4K，block大小是32K/64K.因此，可以一次性擦除4K/32K/64K.

三種擦寫方式的性能比較：

- Fast erase time： 30ms （typ.）/sector （4K-byte per sector） ; 0.25s（typ.） /block （64K-byte per block）; 10s（typ.） /

chip

從上述數(shù)據(jù)看，擦除同樣大小的情況下，執(zhí)行時間 sector》block》chip

按sector擦寫，擦完64K需要0.48s，而按block一次性擦寫64K只需要0.25s；按block擦寫，擦完整片chip需要16s，而按chip擦寫只需要10s；按sector擦寫完整片chip需要30s。

從linux/drivers/mtd/devices/m25p80.c看，m25p_probe函數(shù)在選擇擦寫單位時，是傾向于選擇小單位的，會優(yōu)先選擇4K，如下：

/* prefer “small sector” erase if possible */

if （info-》flags & SECT_4K） {

flash-》erase_opcode = OPCODE_BE_4K;

flash-》mtd.erasesize = 4096;

} else {

flash-》erase_opcode = OPCODE_SE;

flash-》mtd.erasesize = info-》sector_size;

}

這在在用戶空間體現(xiàn)在，使用mtd工具或者ioctl讀取erasesize時讀到的是sector（4K），如下：

# mtd_debug info /dev/mtd0

mtd.type = MTD_NORFLASH

mtd.flags = MTD_CAP_NORFLASH

mtd.size = 2883584 （2M）

mtd.erasesize = 4096 （4K）

mtd.writesize = 1

mtd.oobsize = 0

regions = 0

# mtdinfo /dev/mtd0

mtd0

Name： flash0.bolt

Type： nor

Eraseblock size： 4096 bytes， 4.0 KiB

Amount of eraseblocks： 704 （2883584 bytes， 2.8 MiB）

Minimum input/output unit size： 1 byte

Sub-page size： 1 byte

Character device major/minor： 90:0

Bad blocks are allowed： false

Device is writable： true

若想要將erasesize改成block大小，需要修改驅(qū)動，例如，將上述m25p80.c中的配置成SECT_4K的相關(guān)地方改成0，驅(qū)動就會使用block大小。

另外，需要注意的是，m25p80.c中“sector”和“block”的概念搞反了，里面的“block”才是規(guī)格書中的sector，一般是4K，請見OPCODE_BE_4K和OPCODE_SE兩個宏定義處。

mtd.erasesize的大小會對應(yīng)用上有一些影響，比較重要的一點是在制作某些嵌入式文件系統(tǒng)的鏡像文件時，需要設(shè)置擦除單位，如果設(shè)置的擦除單位和驅(qū)動中的不符，會導(dǎo)致文件系統(tǒng)無法正常工作。

另外，porting層設(shè)置spi的擦寫單位時，也需要注意當(dāng)前實際的erasesize。

案例（解決方法就是修改驅(qū)動將spi-mtd的erasesize改成block大小，使其和jffs2的擦寫單位一致）：

http://bbs.csdn.net/topics/390299487/

《制作JFFS2時的erase_block與SPI FLASH中的erase_sector的關(guān)系？》

如題， 在制作JFFS2時 需要用到-e 參數(shù)（。/mkfs.jffs2 -b --pad=524288 -s 256 -e 65536 -d userfs/ -o usrjffs2.img）help命令中，對其的解釋為： -e， --eraseblock=SIZE Use erase block size SIZE （default： 64KiB）。

在SPI FLASH（winbond 8M）的datasheet中寫到：其erase_sector只能為4KB，erase_block可為32/64kB，

目前在SPI的驅(qū)動中，設(shè)置block_size為 64KB， erase_sector為 4KB。

問題來了！

將制作好的512K FLASH掛載到系統(tǒng)上后，會報如下錯誤：

jffs2_scan_eraseblock（）： Magic bitmask 0x1985 not found at 0x00022034： 0x5771 instead

Further such events for this erase block will not be printed

Node at 0x00022f60 with length 0x000000f6 would run over the end of the erase block

Perhaps the file system was created with the wrong erase size？

jffs2_scan_eraseblock（）： Magic bitmask 0x1985 not found at 0x00023000： 0x69c2 instead

進(jìn)入系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)jffs2中的文件有缺失。

根據(jù)報錯提示以及網(wǎng)上資料， 原因應(yīng)該為： 制作JFFS2時的erase_block 與系統(tǒng)的不符~。

但系統(tǒng)這塊的block_size（這個應(yīng)該也就是erase_block的大小吧？）已經(jīng)是設(shè)置成64KB的了。

更改SPI驅(qū)動中，erase_sector的大小為64KB，則JFFS2報錯問題解決， 但由于該SPI FLASH的

erase_sector是固定死的4K，貿(mào)然使用64KB（32KB同樣）會造成再擦寫FLASH時，極大概率出現(xiàn)某

一erase_secotr大小的塊中數(shù)據(jù)為空的情況，即系統(tǒng)不能啟動。

另，在制作JFFS2時，將-e參數(shù)設(shè)置為4096，以配合FLASH的erase_sector， 但悲催的是mkfs.jffs2

所支持-e 最小為8KB。

請問現(xiàn)在這個報錯問題應(yīng)該如何解決？？？

一點細(xì)節(jié)： 嘗試添加了 -s 參數(shù)，其大小為FLASH page的大小256B，但問題依舊。

當(dāng)JFFS2中文件較少時，不知為何就不會出現(xiàn)上方的報錯。

關(guān)于SPI FLASH的讀寫問題

spi flash W25Q128會偶爾出現(xiàn)寫入錯誤的情況，會發(fā)現(xiàn)讀出的值和寫入的值不一致，需加入2次讀出比較判斷。

21W25QXX_Read（&temp_date_count，0x000000，1）;

//W25QXX_Write（（u8*）&temp_date，0x400000，135）;

//W25QXX_Read（（u8*）&temp_data_test，0x400000，135）;

W25QXX_Write（（u8*）&temp_date，（temp_date_count*135+1），135）;

W25QXX_Read（（u8*）&temp_data_test，（temp_date_count*135+1），135）;

if（memcmp（&temp_date，&temp_data_test，135）！=0）

{

W25QXX_Write（（u8*）&temp_date，（temp_date_count*135+1），135）;

W25QXX_Read（（u8*）&temp_data_test，（temp_date_count*135+1），135）;

if（memcmp（&temp_date，&temp_data_test，135）！=0）

{

W25QXX_Write（（u8*）&temp_date，（temp_date_count*135+1），135）;

}

}

temp_date_count=temp_date_count+1;//Each time a structure is written

if（temp_date_count==60）

{

temp_date_count=0;

}

W25QXX_Write（&temp_date_count，0，1）;

結(jié)語

關(guān)于SPI flash的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

相關(guān)閱讀推薦：揭開Zynq Z-7000從SPI接口掛載的flash啟動的神秘面紗

相關(guān)閱讀推薦：基于FPGA 的SPI Flash 控制器設(shè)計及驗證