C++单片机怎么通过SPI总线访问外挂NOR Flash芯片(W25Q64)

夏晨姑娘_3276

夏晨姑娘_3276

2026-11-05

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原创

W25Q64需配置为SPI Mode 0(CPOL=0, CPHA=0),上电后必须先发0xAB唤醒并等待WIP=0,每次写操作前须发0x06使能写,页编程限256字节且不可跨页,扇区擦除最小单位为4KB。

c++单片机怎么通过spi总线访问外挂nor flash芯片(w25q64)

W25Q64 的 SPI 模式和引脚连接必须匹配

W25Q64 是 Mode 0(CPOL=0, CPHA=0)设备,即空闲时 SCK 为低电平,数据在 SCK 上升沿采样。单片机的 SPI 外设必须配置为相同模式,否则读出全 0 或乱码是常态。

典型接线(以 STM32F103 为例):

  • CS → GPIO(需软件控制,不能依赖硬件 NSS,因 W25Q64 不支持多从机自动片选)
  • CLK → SPIx_SCK
  • DI(MOSI)→ SPIx_MOSI
  • DO(MISO)→ SPIx_MISO
  • WP# 和 HOLD# 建议上拉到 VCC(不用于写保护或挂起时可固定高电平)

注意:部分国产单片机(如 GD32)SPI 默认可能为 Mode 3,未改模式就通信会失败;用逻辑分析仪抓波形时,重点看 SCK 空闲态和采样沿是否对得上。

初始化前必须发送 Release Power-Down 并确认状态

上电后 W25Q64 默认进入深度掉电模式(0xB9),此时所有指令(包括读 ID、读状态)都无响应。必须先发 0xAB 命令唤醒,再读状态寄存器确认 BUSY 位清零。

常见错误现象:调用 read_id() 返回 0xFFFFFF 或全 0 —— 很大概率是没唤醒或 CS 未正确拉低。

  • 发送 0xAB 后需延时 ≥ 3μs(查 datasheet 第 13 页),再读状态寄存器 0x05
  • 状态寄存器第 0 位(WIP)为 0 才表示就绪;若为 1,说明芯片仍在忙(比如刚复位完内部初始化未完成)
  • 建议封装一个 wait_ready() 函数,循环读 0x05 直到返回值 & 0x01 == 0

读写扇区前必须先发送 Write Enable 指令

W25Q64 写操作(擦除、编程)默认被禁止,每次写前必须发 0x06 设置状态寄存器的 WEL 位,否则 0x20(扇区擦除)、0x02(页编程)会静默失败 —— 芯片不报错,但后续读数据不变。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载

关键细节:

  • WEL 位在每个写操作后自动清零(非仅一次使能永久有效),所以擦完一个扇区、写下一个页前都要重新发 0x06
  • 发 0x06 后无需等待,但之后第一次读状态寄存器应看到 WEL = 1(即返回值 & 0x02 != 0)
  • 如果发了 0x06 却读不到 WEL,检查是否 CS 释放过早(必须保持 CS 低电平完成整个指令周期)

示例片段(伪代码):

spi_cs_low();
spi_write_byte(0x06); // Write Enable
spi_cs_high();
<p>spi_cs_low();
spi_write_byte(0x05); // Read Status Register
uint8_t sr = spi_read_byte();
spi_cs_high();
if ((sr & 0x02) == 0) { /<em> error: WEL not set </em>/ }</p>

页编程不能跨页边界,且每页最多 256 字节

W25Q64 的“页”是 256 字节物理单元,0x02 指令只允许在单页内顺序写入(地址低 8 位决定页内偏移),跨页(如地址 0x00FF → 0x0100)会导致后半部分写入失败,但不会报错。

实际使用中容易忽略的点:

  • 写入长度 > 256 字节时,必须按页切分:计算起始地址所在页(addr & ~0xFF),写满一页再发下一条 0x02
  • 每次 0x02 前仍需确保 WEL 已置位,且目标页未被擦除(未擦直接写无效)
  • 页编程本身不校验写入结果,建议写完立刻读回比对,尤其在干扰强的工业环境中

真正麻烦的是擦除粒度远大于写入:扇区擦除(0x20)最小单位是 4KB,而你可能只改几个字节 —— 这意味着必须读出整扇区 → 修改内存副本 → 擦除扇区 → 全页写回。别跳过这步,否则旧数据残留。

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