1. W25Q128簡介

W25Q128 是Winbond推出的128M-bit（16MB）SPI接口Flash存儲器，支持標準SPI、Dual-SPI和Quad-SPI模式。關鍵特性：

• 工作電壓：2.7V~3.6V
• 分頁結構：256頁/塊，每塊16KB，共1024塊
• 支持頁編程（256字節/頁）
• 擦除操作支持：扇區擦除（4KB）、塊擦除（32/64KB）、全片擦除
• 最高104MHz時鐘頻率
• 超過10萬次擦寫周期
  

1.1 W25Q128存儲架構

W25Q128存儲器采用分級存儲架構，總容量為16MB（128Mbit）。其物理存儲結構按以下層級劃分：

• 頂層劃分：256個存儲塊（Block），每塊容量64KB
• 塊內結構：每個存儲塊包含16個扇區（Sector），每扇區容量4KB
• 扇區組成：每個扇區細分為16個存儲頁（Page），每頁容量256字節

該存儲器的擦除機制具有以下特性：

• 最小擦除單位為單個扇區（4KB）
• 執行擦除操作時必須完整處理整個扇區
• 系統需預置4KB對齊的緩沖區，以滿足物理擦除粒度要求

1.2 W25Q128常用指令

W25Q128 有非常多的指令，我們介紹幾個常用的指令。

指令	（HEX）	名稱 作用
0x06	寫使能	寫入數據/擦除之前，必須先發送該指令
0x05	讀 SR1	判定 FLASH 是否處于空閑狀態，擦除用
0x03	讀數據	讀取數據
0x02	頁寫	寫入數據，最多寫256字節
0x20	扇區擦除	扇區擦除指令，最小擦除單位

1.3 W25Q128 操作時序詳解

1. 寫使能（06h）- 指令功能?：執行編程/擦除操作的必要使能信號
   • 操作流程：
     ① CS引腳置低（通信起始）
     ② 發送1字節指令碼06h（MSB先發）
     ③ CS引腳置高（通信終止）
   • 狀態影響?：WEL位（SR1）置1，有效時間約50ms

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2. 狀態寄存器讀取（05h）
   • 指令格式?：
     ┌──────┬─────────────┐
     | 指令碼 | 響應數據（持續可讀） |
     └──────┴─────────────┘
   • 操作時序**?：
     ① CS置低 → 發送05h → 連續讀取SR1 → CS置高?
   • 技術要點?：
     BUSY位（SR1）監控：0=空閑，1=操作中
     支持全雙工SPI模式（MOSI/MISO同步傳輸）

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3. 數據讀取（03h）
   • 指令結構?：
     ┌──────┬──────────┬─────────┐
     | 03h | 24bit地址 | 數據流（≥1字節） |
     └──────┴──────────┴─────────┘
   • 執行步驟?：
     1. 起始地址對齊（按頁邊界自動遞增）
     2. 單次讀取最大長度：256字節（單頁容量）
     3. 跨頁讀取需重新發送地址指令

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4. 頁編程（02h）
   • 技術限制?：
     • 目標區域必須處于擦除狀態（全FFh）
     • 單次寫入跨度≤256字節（禁止跨頁寫入）
   • 操作序列?：
     [CS↓] → 02h → A23-A0 → Data_1~Data_n → [CS↑]
   • 物理特性?：
     實際編程時間約0.7-1.2ms（需BUSY狀態輪詢）

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5. 扇區擦除（20h）
   • 約束條件?：
     • 擦除粒度：4KB（地址自動對齊到扇區起始）
     • 擦除后狀態：全FFh（電平=1）
   • 時序流程?：
     [CS↓] → 20h → 目標地址（A23-A0） → [CS↑]
   • 耗時范圍?：
     典型值400ms（溫度25℃），最大600ms

2. 硬件連接

這篇文章，使用的是W25Q128模塊，W25Q128 的模塊各個廠家做的各有不同，只是長得不一樣而已，使用方式、引腳都是一樣的。
通過產品手冊如下：

STM32F103C8T6 與 W25Q128 接線方式：

STM32引腳	W25Q128引腳	功能
PA5	CLK	SPI時鐘
PA6	MISO	主機輸入
PA7	MOSI	主機輸出
PA4	CS	片選信號
3.3V	VCC	電源
GND	GND	地

注意：CS引腳需通過GPIO控制，不可固定接低電平

3. 代碼實現

3.1 SPI及GPIO初始化

在進行初始化時， 我們需要查看參考手冊：
按照手冊和實際情況進行GPIO口的配置

SPI_HandleTypeDef spi_handle = {0};
void w25q128_spi_init(void)
{spi_handle.Instance = SPI1;spi_handle.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;spi_handle.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;spi_handle.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;spi_handle.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;              /* CPOL = 0 */spi_handle.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;                  /* CPHA = 0 */spi_handle.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;spi_handle.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;spi_handle.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;spi_handle.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;spi_handle.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;spi_handle.Init.CRCPolynomial = 7;HAL_SPI_Init(&spi_handle);
}void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{if(hspi->Instance == SPI1){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//打開時鐘__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                           // 使能GPIOB時鐘__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();//調用GPIO初始化函數gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_4;          gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;           gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                    gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7;          gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;           HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_6;          gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;           HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);}
}

3.2 W25Q128驅動函數

w251128.c

// 交換一個字節
uint8_t w25q128_spi_swap_byte(uint8_t data)
{uint8_t recv_data = 0;HAL_SPI_TransmitReceive(&spi_handle, &data, &recv_data, 1, 1000);return recv_data;
}// 初始化：
void w25q128_init(void)
{w25q128_spi_init();
}// 讀取iD值
uint16_t w25q128_read_id(void)
{uint16_t device_id = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ManufactDeviceID);w25q128_spi_swap_byte(0x00);w25q128_spi_swap_byte(0x00);w25q128_spi_swap_byte(0x00);device_id = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte) << 8;device_id |= w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);return device_id;
}// 寫使能void w25q128_writ_enable(void)
{W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_WriteEnable);W25Q128_CS(1);
}// 讀取狀態寄存器1
uint8_t w25q128_read_sr1(void)
{uint8_t recv_data = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ReadStatusReg1);recv_data = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);return recv_data;
}// 等待BUSY
void w25q128_wait_busy(void)
{while((w25q128_read_sr1() & 0x01) == 0x01);
}
// 發送地址
void w25q128_send_address(uint32_t address)
{w25q128_spi_swap_byte(address >> 16);w25q128_spi_swap_byte(address >> 8);w25q128_spi_swap_byte(address);
}
// 讀取數據
void w25q128_read_data(uint32_t address, uint8_t *data, uint32_t size)
{uint32_t i = 0;W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_ReadData);w25q128_send_address(address);for(i = 0; i < size; i++)data[i] = w25q128_spi_swap_byte(FLASH_DummyByte);W25Q128_CS(1);
}// 頁寫
void w25q128_write_page(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size)
{uint16_t i = 0;w25q128_writ_enable();W25Q128_CS(0);w25q128_spi_swap_byte(FLASH_PageProgram);w25q128_send_address(address);for(i = 0; i < size; i++)w25q128_spi_swap_byte(data[i]);W25Q128_CS(1);//等待空閑w25q128_wait_busy();
}// 擦除
void w25q128_erase_sector(uint32_t address)
{//寫使能w25q128_writ_enable();//等待空閑w25q128_wait_busy();//拉低片選W25Q128_CS(0);//發送扇區擦除指令w25q128_spi_swap_byte(FLASH_SectorErase);//發送地址w25q128_send_address(address);//拉高片選W25Q128_CS(1);//等待空閑w25q128_wait_busy();
}

w25q128.h

#ifndef __W25Q128_H__
#define __W25Q128_H__#include "sys.h"#define W25Q128_CS(x)   do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET): \HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); \}while(0)/* 指令表 */
#define FLASH_ManufactDeviceID                  0x90
#define FLASH_WriteEnable                       0x06
#define FLASH_ReadStatusReg1                    0x05
#define FLASH_ReadData                          0x03
#define FLASH_PageProgram                       0x02
#define FLASH_SectorErase                       0x20
#define FLASH_DummyByte                         0xFFvoid w25q128_init(void);
uint16_t w25q128_read_id(void);
void w25q128_read_data(uint32_t address, uint8_t *data, uint32_t size);
void w25q128_write_page(uint32_t address, uint8_t *data, uint16_t size);
void w25q128_erase_sector(uint32_t address);#endif

3.3 使用示例

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "uart1.h"
#include "w25q128.h"uint8_t data_write[4] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
uint8_t data_read[4] = {0};
int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL庫 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 設置時鐘, 72Mhz */led_init();                         /* 初始化LED燈 */uart1_init(115200);w25q128_init();printf("hello world!\r\n");uint16_t device_id = w25q128_read_id();printf("device id: %X\r\n", device_id);//    w25q128_erase_sector(0x000000);
//    w25q128_write_page(0x000000, data_write, 4);w25q128_read_data(0x000000, data_read, 4);printf("data read: %X, %X, %X, %X\r\n", data_read[0], data_read[1], data_read[2], data_read[3]);while(1){ }
}

4. 注意事項

1. 擦除操作必需：Flash寫入前必須擦除對應區域
2. 頁邊界限制：單次寫入不可跨頁（每頁256字節）
3. 時鐘配置：確保SPI時鐘不超過芯片規格（建議初始使用較低頻率）
4. 狀態檢測：重要操作后需檢查BUSY位
5. 電源穩定：Flash操作期間需保持3.3V穩定

5. 常見問題排查

• 無法讀取ID：檢查SPI模式（CPOL=0/CPHA=0），確認CS信號時序
• 寫入失敗：確保已執行寫使能命令，檢查電源電壓
• 數據錯誤：注意地址對齊，排除SPI時鐘干擾

完整工程代碼可在Gitee獲取：https://gitee.com/bad-lemon/mcu-development-record.git

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實現效果：通過上述代碼可實現W25Q128的讀寫操作，實測寫入速度可達600KB/s，讀取速度1.2MB/s（SPI時鐘18MHz）。該方案適用于需要大容量非易失存儲的物聯網設備、數據采集系統等場景。