SPI Flash（串行外设接口闪存）是一种基于 SPI 协议的非易失性存储设备，广泛应用于嵌入式系统中。其架构设计涵盖物理结构、电气特性、协议层及软件接口，以下是详细解析：
+-------------------+ | 控制逻辑 | | (命令解码器/状态机) | +-------------------+ | 地址译码器 | +-------------------+ | 数据寄存器 | +-------------------+ | 存储阵列 | | (多个Block组成) | +-------------------+ | ECC引擎 | +-------------------+ | SPI接口 | +-------------------+
| 命令码 | 功能描述 |
|---|---|
| 0x03 | 读取数据（标准 SPI） |
| 0x0B | 快速读取（带 1 字节空周期） |
| 0x3B | 快速读取（Dual SPI 模式） |
| 0x6B | 快速读取（Quad SPI 模式） |
| 0x06 | 写使能（WE） |
| 0x04 | 写禁止（WD） |
| 0x20 | 扇区擦除（4KB） |
| 0xD8 | 块擦除（64KB/128KB） |
| 0xC7 | 整片擦除 |
| 0x02 | 页编程 |
| 0x05 | 读取状态寄存器 |
| 0x01 | 写状态寄存器 |
// 读操作流程 1. 主机发送CS#低电平，选中设备 2. 发送读命令（如0x03） 3. 发送24位地址（大端格式） 4. 接收数据（MSB优先） 5. 主机发送CS#高电平，结束操作 // 写操作流程 1. 发送写使能命令（0x06） 2. 发送页编程命令（0x02） 3. 发送24位地址 4. 发送待写入数据（≤页大小） 5. 等待写入完成（通过状态寄存器检测）
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 容量 | 根据应用需求选择（8Mb-2Gb） |
| 接口类型 | 标准 SPI/Dual SPI/Quad SPI/QPI |
| 读写速度 | 高速应用需关注持续读取速度（如≥100MB/s） |
| 擦写寿命 | 普通型 10 万次，工业级 100 万次 |
| 工作温度 | 商业级（0°C 至 70°C）、工业级（-40°C 至 85°C） |
| 封装形式 | SOIC、WSON、BGA 等，根据 PCB 空间选择 |
| 特性 | SPI Flash | NOR Flash | NAND Flash | EEPROM |
|---|---|---|---|---|
| 接口复杂度 | 低 | 中 | 高 | 低 |
| 读写速度 | 中 | 高 | 高（顺序写） | 低 |
| 擦写寿命 | 10 万次 | 100 万次 | 1000 次 - 10 万次 | 100 万次 |
| 存储密度 | 中 | 低 | 高 | 极低 |
| 成本 / 位 | 中 | 高 | 低 | 极高 |
| 最小擦除单元 | 4KB | 4KB | 64KB | 1 字节 |
| 典型应用 | 固件存储 | 代码存储 | 大容量数据存储 | 参数存储 |
// SPI Flash初始化void spi_flash_init(void) {
// 配置SPI接口（模式0，最大速率）
spi_config(CPOL=0, CPHA=0, speed=40MHz);
// 读取设备ID，验证连接
uint8_t device_id = read_device_id();
if (device_id != EXPECTED_ID) {
error_handler("SPI Flash初始化失败");
}}// 读取数据void spi_flash_read(uint32_t address, uint8_t *buffer, uint32_t length) {
// 使能片选
cs_select();
// 发送读命令
spi_transfer(0x03);
// 发送24位地址
spi_transfer((address >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((address >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(address & 0xFF);
// 读取数据
for (uint32_t i = 0; i < length; i++) {
buffer[i] = spi_transfer(0xFF);
}
// 释放片选
cs_deselect();}// 页编程（写入数据）bool spi_flash_write(uint32_t address, uint8_t *buffer, uint32_t length) {
// 检查地址是否跨页
if ((address % PAGE_SIZE) + length > PAGE_SIZE) {
return false; // 不支持跨页写入
}
// 发送写使能
write_enable();
// 使能片选
cs_select();
// 发送页编程命令
spi_transfer(0x02);
// 发送24位地址
spi_transfer((address >> 16) & 0xFF);
spi_transfer((address >> 8) & 0xFF);
spi_transfer(address & 0xFF);
// 写入数据
for (uint32_t i = 0; i < length; i++) {
spi_transfer(buffer[i]);
}
// 释放片选
cs_deselect();
// 等待写入完成
wait_for_write_complete();
return true;}通过以上架构解析，可全面理解 SPI Flash 的工作原理和应用设计要点。在实际项目中，需根据具体需求（如容量、速度、可靠性）选择合适的产品型号，并参考厂商提供的 datasheet 进行电路设计和软件驱动开发。
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