Arduino与Flash芯片

W25Q80BV是台湾华邦电子（Winbond）生产的8M-bit串行flash芯片。主要特性有：

工作电压：2.5 ~ 3.6 V
功耗：读写（active）时4mA，低功耗（power-down）时<1μA
容量：8M-bit/1M-byte，包含4096个页（每页大小256字节）
接口：Standard/Dual/Quad SPI，支持时钟频率最高104MHz
支持以4/32/64k-bytes为单位进行Sector/Block擦除
一次写入最多256字节
软件/硬件写保护功能
大于10万次擦除/编程寿命
大于20年的数据保存时间
封装：SOIC/USON/WSON/PDIP

管脚定义

与Arduino的连接

采用工作于3.3V的Pro Mini版本进行简单调试，接法如下。

其中HOLD脚须上拉接到3.3V，否则器件无法正常工作；WP脚可以浮空。

W25Q80BV　Pro Mini (3.3V/8MHz)

VCC <------> 3.3V

GND <------> GND

/CS  <------> SS (D10)

DI    <------> MOSI (D11)

DO   <------> MISO (D12)

CLK  <------> SCK  (D13)

功能调试

1. 与I2C不同，利用SPI库操作时，读和写都用同一个函数SPI.transfer()实现。

2. 读取时，可以任意地址、任意长度进行读取。

3. 与EEPROM不同，SPI Flash写入前，需要对写入的存储空间进行擦除（Erase）操作，否则写入不成功。芯片支持Chip Erase（整片擦除）、Block Erase（32K bytes/64K bytes块擦除）和Sector Erase（4K bytes扇区擦除）。

4. 当写操作对应的地址空间到达page的边界，再继续写入时目的地址会自动roll over到本页的起始位置。

测试代码：

/*
    communication with W25Q80BV (1 MBYTE SPI FLASH) using Arduino Pro Mini 3.3V/8MHz
    Reference: http://www.instructables.com/id/How-to-Design-with-Discrete-SPI-Flash-Memory/?ALLSTEPS
*/

// the SPI bus uses pins 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), and 13 (SCK)

#include <SPI.h>

#define READ_JEDEC_ID 0x9F
#define READ_STATUS_1 0x05
#define READ_DATA 0x03
#define WRITE_ENABLE 0x06
#define PAGE_PROGRAM 0x02
#define CHIP_ERASE 0xC7

byte pageBuffer[256];
char str[] = "An apple a day keeps the doctor away."; //short than 256

void setup()
{
    SPI.begin();
    SPI.setDataMode(SPI_MODE0);
    SPI.setBitOrder(MSBFIRST);
    Serial.begin(9600);

    ReadID();
    EraseChip();
    WritePage(0x1234, str, sizeof(str));
}

void loop()
{
    ReadPage(0x1234, pageBuffer, sizeof(str));

    for(int i = 0; i < sizeof(str); i++)
    {
        Serial.print(char(pageBuffer[i]));
    }
    Serial.println();

    delay(2000);
}

void CheckBusy()
{
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(READ_STATUS_1);
    while(SPI.transfer(0) & 0x01);
    digitalWrite(SS, HIGH);
}

void ReadID()
{
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(READ_JEDEC_ID);
    byte manuID = SPI.transfer(0);
    byte memoType = SPI.transfer(0);
    byte capa = SPI.transfer(0);
    digitalWrite(SS, HIGH);

    Serial.print("Manufacturer ID: "); Serial.println(manuID, HEX);
    Serial.print("Memory Type: "); Serial.println(memoType, HEX);
    Serial.print("Capacity : "); Serial.println(capa, HEX);

    CheckBusy();
}

void ReadPage(word pageNumber, byte pageBuffer[], int length)
{
    // pageNumber: 16-bit data
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(READ_DATA);
    SPI.transfer((pageNumber >> 8) & 0xFF);
    SPI.transfer(pageNumber & 0xFF);
    SPI.transfer(0);
    for(int i = 0; i < length; i++)
    {
        pageBuffer[i] = SPI.transfer(0);
    }
    digitalWrite(SS, HIGH);
    CheckBusy();
}

void WritePage(word pageNumber, char pageBuffer[], int length)
{
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(WRITE_ENABLE);
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(PAGE_PROGRAM);
    SPI.transfer((pageNumber >>  8) & 0xFF);
    SPI.transfer(pageNumber & 0xFF);
    SPI.transfer(0);
    for(int i = 0; i < length; i++)
    {
        SPI.transfer(byte(pageBuffer[i]));
    }
    digitalWrite(SS, HIGH);
    CheckBusy();
}

void EraseChip()
{
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(WRITE_ENABLE);
    digitalWrite(SS, HIGH);
    digitalWrite(SS, LOW);
    SPI.transfer(CHIP_ERASE);
    digitalWrite(SS, HIGH);
    CheckBusy();
}

读取芯片的ID信息，向W25Q80BV写入一段字符串，再将写入的信息反复读出：

参考资料

W25Q80BV datasheet - Winbond
Arduino - SPI
Designing with Discrete SPI Flash Memory - Instructables
Flash芯片硬件特性