汇编SPI-FLASH

Mcu read and write flash
20180707tan
目录
一、SPI接口 (2)
二、25Q40的状态寄存器意义： (6)
三、Erase sector擦除扇区的试验： (12)
1.4KB擦除 (12)
2.擦除全片，指令C7H或者60H： (16)
3.32KB块擦除： (17)
4.64KB块擦除： (19)
5.擦除之前设定保护的块，2-127块： (21)
6.Page program试验 (24)
一、SPI接口
验证MCU使用科视连的KSL8M161单片机，和25Q64的FLASH芯片，使用KSLIDE编译选项，如图：
汇编指令如下：
#define P_SPI_CS PA4
#define P_SPI_CLK PA5
#define P_SPI_DIO PA0
#define P_SPI_DO PA2
;;return ACC=TMP1=从机输出的数据,MCU作为主机
F_SPI_WRITE_ACC:;;stack3
STR TMP1;;TMP1=ACC
;BCR P_SPI_CS
LDWI8;;ACC=8
STR TMP2
L_SPI_WRITE_BIT:
BCR P_SPI_CLK;;P_SPI_CLK=0;
RLR TMP1,REG;;TMP1<<=1;Carry=TMP1.BIT7,TMP1.BIT0=Carry
BTSSCarry
LJUMP L_SPI_WRITE_BIT_0
;LJUMP L_SPI_WRITE_BIT_1
;L_SPI_WRITE_BIT_1:
BSR P_SPI_DIO;;P_SPI_DIO=1;
LJUMP L_SPI_WRITE_BIT_END
L_SPI_WRITE_BIT_0:
BCR P_SPI_DIO;;P_SPI_DIO=0;
;LJUMP L_SPI_WRITE_BIT_END
L_SPI_WRITE_BIT_END:
;;read data
BCR TMP1,0;;TMP1.bit0=0;
BTSCP_SPI_DO
BSR TMP1,0;;TMP1.bit0=1;
BSR P_SPI_CLK;;P_SPI_CLK=1;
DECRSZ TMP2,REG;;--TMP;if TMP==0skip next LJUMP L_SPI_WRITE_BIT
;;SPI write a byte finish
;BSR P_SPI_CS
;BSR P_SPI_DIO
LDR TMP1,ACC;;ACC=TMP1;
RET
逻辑分析仪添加SPI模式3协议分析，如图：
如图，写0X03时序：
;;上升沿发送、下降沿接收、高位先发送
;;在CS跳变之前CLK为低则为模式0，常态CLK=0；为高则为模式3，，常态CLK=1；;;CS下降沿第一个字节作为指令
;;CLK上升沿写入数据到从机，下降沿读出从机数据
;;memory manage:32block*{16sector*4KB}=2^5*{2^4*2^2}=2^11KB=2MB
验证读flash芯片25Q64，连续读ACC个byte数据，并通过IO_PINT输出，汇编如下：;;read from24bit address SPI_ADD_BIT_23_16~SPI_ADD_BIT_7_0
;;read cnt ACC
F_SPI_READ_BLOCK:;;stack2
;LDWI50
STR SPI_ADD_READ_CNT
BCR P_SPI_CS
;;03h is read data,a byte
LDWI0X03;;flash read data command
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
;;24bit address
LDR SPI_ADD_BIT_23_16,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDR SPI_ADD_BIT_15_8,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDR SPI_ADD_BIT_7_0,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
;;read data
L_SPI_READ_CNT_LOOP:
;LDWI0X00
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LCALL F_PA1_PRINT_A
DECRSZ SPI_ADD_READ_CNT,REG;--SPI_ADD_READ_CNT;if SPI_ADD_READ_CNT==0 jump next
LJUMP L_SPI_READ_CNT_LOOP
BSR P_SPI_CS
RET
其中函数F_PA1_PRINT_A，从IO_PRINT口输出，汇编如下：
F_PA1_PRINT_A:
STR TMP2
LDWI0X08
STR TMP1
L_PRINT_A:
BCR GIE;;关总中断
BCR PA1
RLR TMP2,REG
BTSSCarry
LJUMP$+2
BSR PA1
BSR PA1
BSR PA1
BCR PA1
DECRSZ TMP1,REG
LJUMP L_PRINT_A
BSR GIE;;开总中断
RET
运行结果如图：
FLASH内容如图，验证了读取正确：
二、25Q40的状态寄存器意义：;;two status register,read status register1by command0x05
;;----------------
;;status register1:
;;read status register1by command0x05
;;bit7~0:SRP0,SEC,TB,BP2,BP1,BP0,WEL,BUSY
;;BIT0=BUSY:is1when writing or erasing
;;BIT1=WEL:write enable latch;read only,just a flag meanning status write able or not
;;BIT2,3,4=BP0,BP1,BP2:block protect bits;
;;BIT3=TB:top protect
;;BIT4=SEC:secttor/block protect;1,is sectors protect;0,is block protect;
;;----------------
;;status register2:
;;read status register2by command0x35
;;bit7~0:SUS,R,R,R,R,R,QE,SRP1
;;status2BIT0SRP1and status1BIT7SRP0comb next
;;is00meanning soft protect,write able after write enable command
;;is01meanning hardware protect,when/WP is low can't write,
;;/WP is high need write enable command
;;is10write able after poer down and power on
;;is11can't write able
;;BIT1=QE:quad enable,four speed read enable,use four PIN translate data;
;;BIT7=SUS:suspend status bit,read only;is1when erase suspend(75H),
;;is0after erase resume(7AH)
;;双倍速率读取:发送命令使用IO1一个脚传入，读出的时候先读IO2移位一bit再读IO1再移位1bit
;;然后下一个读bit周期重复
;;四倍速率读取也类似，IO1单脚输入命令，IO4，IO3，IO2，IO1一次读入数据并移位，再开始读下一周期
;;SEC,TB,BP2,BP1,BP0comb protect all memory
定义25Q40的命令：
;;command define
;;dummy signal is any data that virtual
#define WRITE_ENABLE0X06;;write a byte06h to enable writting
#define WRITE_DISABLE0X04;;write a byte04h to disable writting
#define READ_STATUS_REG10X05;;write a byte05h to ready read status register1and write a any byte to return register1
#define READ_STATUS_REG20X35;;write a byte35h to ready read status register2and write a any byte to return register2
#define WRITE_STATUS_REG0X01;;write0x01and two register value
#define PAGE_PROGRAM0X02;;write0x02and A23-A16,A15-A8,A7-A0,and D7-D0
#define QUAD_PAGE_PROGRAM0X32;;write0X32,A23-A16,A15-A8,A7-A0,and D7-D0 #define SECTOR_ERASE_4KB0X20;;write0X20and24bit address to erase
#define BLOCK_ERASE_32KB0X52;;write0X52and24bit address to erase
#define BLOCK_ERASE_64KB0XD8;;write0XD8and24bit address to erase
#define CHIP_ERASE0XC7;;write0xc7or0x60is chip erase,cover all memory by0XFF
#define ERASE_SUSPEND0X75;;write0x75
#define ERASE_RESUME0X7A;;write0x7A
#define POWER_DOWN0XB9;;write0xB9
#define READ_MODE_RESET0XFF;;write0xFF
#define READ_DATA0X03;;write0x03and follow24bit address,and write any data to return memory data
#define FAST_READ0X0B;;write0x03and follow24bit address,and a dummy byte and any data to return memory data
#define FAST_READ_DUAL_OUTPUT0X3B
#define FAST_READ_DUAL_IO0XBB
#define FAST_READ_QUAD_OUTPUT0X6B
#define FAST_READ_QUAD_IO0XEB
#define WORD_READ_QUAD_IO0XE7
#define OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO0XE3
#define REL_POW_WODN_DEV_ID0XAB
#define MENUFACTURER_DEV_ID0X90
#define MENUFACTURER_DEV_ID_BY_DUAL_IO0X92
#define MENUFACTURER_DEV_ID_BY_QUAD_IO0X94
#define READ_JEDEC_ID0X9F;;write0x98and manufacturer,memory type,capacity
#define READ_UNIQUE_ID0X4B;;write0x4b,and4byte dummy,and any8byte data to return64bit ID
读取JEDEC ID试验:
F_READ_FLASH_ID:
BCR P_SPI_CS
LDWI READ_JEDEC_ID;;0X9F
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;any data as dummy
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;any data as dummy
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;any data as dummy
BSR P_SPI_CS
RET
逻辑分析仪采样的SPI数据3byte，如图：
从图中获得JEDEC ID为：E04015
读取UNIQUE ID如图，8byte：
Page program测试，地址0连续写如数据0A,09,08,...01：
F_WRITE_FALSH_CONTINUE:
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0
LDWI WRITE_ENABLE;;ACC=0X06
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
BSR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=1
NOP
NOP
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0
LDWI PAGE_PROGRAM;;ACC=0X02
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
;;write24bit address
LDR SPI_ADD_BIT_23_16,ACC;;ACC=RAM(SPI_ADD_BIT_23_16) LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDR SPI_ADD_BIT_15_8,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDR SPI_ADD_BIT_7_0,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDWI10;;ACC=10
STR SPI_ADD_READ_CNT;;RAM(SPI_ADD_READ_CNT)=ACC
;;write data continue
L_WRITE_FALSH_CONTINUE:
LDR SPI_ADD_READ_CNT,ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
DECRSZ SPI_ADD_READ_CNT,REG;--SPI_ADD_READ_CNT;if SPI_ADD_READ_CNT==0 jump next
LJUMP L_WRITE_FALSH_CONTINUE
BSR P_SPI_CS
RET
使用硕飞读取内容，如图：
正确的结果应该是0A0908070605....，前面5个字节意外的出现了0，为什么呢？先使用硕飞工具擦除全片，再使用这个MCU程序写，结果正确了，如图：
要写flash先执行擦除，因为如果flash只能把‘1’写成‘0’，要写‘1’必须擦除！
刚才已经写了“写使能”，重新上电读取状态寄存器，发现“写使能”清零了，并不保存，每次重新上电都要先写“写使能”：
F_READ_FLASH_STATUS:
BCR P_SPI_CS
LDWI READ_STATUS_REG1;;0X05
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;get status register1
BSR P_SPI_CS
NOP
NOP
BCR P_SPI_CS
LDWI READ_STATUS_REG2;;0X35
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;get status register2
BSR P_SPI_CS
RET
逻辑分析仪解析的数据：
使用硕飞工具读取状态寄存器，要注意工具有可能会改写状态寄存器；
三、Erase sector擦除扇区的试验：
1.4KB擦除
F_ERASE_FLASH_SECTOR:;;call at10ms
LDR SPI_FLASH_TEP,ACC;;ACC=RAM(SPI_FLASH_TEP)
ANDWI0X03
ADDWR PCL,REG;;PCL+=ACC;
LJUMP L_WRITE_ERASE_FLASH_CMD
LJUMP L_WAIT_ERASE_FLASH_FINISH
LJUMP L_ERASE_FLASH_END
;LJUMP L_ERASE_FLASH_END
L_ERASE_FLASH_END:
BSR PA1;;PA1=1;
RET
L_WAIT_ERASE_FLASH_FINISH:
LDWI BIT1
XORWR PORTA,REG;;PA1^=PA1;PA1TOG
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0;
LDWI READ_STATUS_REG1;;0X05
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LCALL F_SPI_WRITE_ACC;;return status register1to ACC=TMP1
BSR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=1;
BTSSTMP1,0;;if BUSY(bit0)not to next setp waitting continue
INCRSPI_FLASH_TEP,REG;;to next step
LJUMP L_ERASE_FLASH_FUNC_EXIT
L_WRITE_ERASE_FLASH_CMD:
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0;
LDWI WRITE_ENABLE;;0X06
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
BSR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=1;
NOP
NOP
;;before erase must send write_enable command
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0;
LDWI SECTOR_ERASE_4KB;;ACC=0X20
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
;;write24bits address
LDWI0X00;;ACC=0
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
CLRW;;ACC=0
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDWI0X55;;test this byte is any value ok?
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
BSR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=1;
BCR PA1;;PA1=0;
INCRSPI_FLASH_TEP,REG;;RAM(SPI_FLASH_TEP)++,to next step ;LJUMP L_ERASE_FLASH_FUNC_EXIT
L_ERASE_FLASH_FUNC_EXIT:
RET
先使用工具写入flash内容为序号，然后保存为bin文件，如图：
运行结果，IO_PRINT引脚的跳变期间是正在擦除，为高后则擦除完成：
发送的擦除命令：
读状态寄存器BUSY bit检查是否擦除完成，如图，擦除未完成：
如图，擦除完成：
使用工具导出flash内容，保存为另一个bin文件，然后对比擦除之前的内容：写的sector擦除地址为00H,00H,55H，结果擦除了几块4KBytes内容：
擦除了从000H-FFFH=2^12=4KBytes的4KBytes内容：
擦除了从200000H-200FFFH的4KBytes内容：
也擦除了从400000H-400FFFH的4KBytes内容；
也擦除了从600000H-600FFFH的4KBytes内容；这是为什么呢？
25Q64内存64MBits=8MBytes，分127块block，一个block=16个sector，一个sector 分4KBytes；总容量=127*16*4KBytes=2^7*2^4*2^2=2^13KBytes=8MBytes；
地址总线使用2^3*2^20=2^23也就是23根地址总线；地址线的bit22-16决定block；bit15-12决定sector，bit111-0决定sector的内存；空间划分如图：
2.擦除全片，指令C7H或者60H：
#define CHIP_ERASE0XC7;;write0xc7or0x60is chip erase,
擦除时间4.8s左右；
通过工具读取数据后验证了擦除全片成功：
3.32KB块擦除：
#define BLOCK_ERASE_32KB0X52;;write0X52and24bit address to erase
大概需要160ms
指令如图：
发送5个字节，大概需要126ms；
使用工具读取擦除后的数据，使用beyong compare对比，设置beyong compare：
发现从地址00000H-7FFFH被擦除了，7FFFFH=2^15=32KBytes；
从地址200000H-207FFFH也被擦除了，7FFFFH=2^15=32KBytes；
从地址400000H-407FFFH也被擦除了，7FFFFH=2^15=32KBytes；
从地址600000H-607FFFH也被擦除了，7FFFFH=2^15=32KBytes；
每隔200000H重复擦除，和4KB擦除一样；
4.64KB块擦除：
#define BLOCK_ERASE_64KB0XD8;;write0XD8and24bit address to erase
同样先填充序列作为初始内存；
MCU执行擦除后使用工具读取内容对比，发现从地址0000H-FFFFH=2^16= 64KBytes倍擦除，同样没隔200000H都有64Kbytes倍擦除，同上；
可以认为200000H=2^21=2MBytes是一块，有4块，会执行同样的擦除动作；
关于擦除flash的疑问？能不能单独擦除指定一块的4KB或者32KB或者64KB？
有个保护内存的设置，能否有效避免被擦除不想擦除的部分？
从规格书找到说明：
大概意思是如果擦除或者program的指令指定的地址在保护的范围内，这些指令被忽略，也就是被保护了，不能被擦除或者program改写。

这里也有说明：如果要擦除的扇区被保护了，擦除指令不会执行；
Security register:
sector擦除的时候写入地址：000000H和写入地址600000H，同样都是每隔200000H 重复擦除了4KB，可见高位地址并无意义；
擦除扇区的时候传入地址：001000H，则擦除的是从001000H开始的4KB，同样每个200000H重复擦除4KB；
擦除的时候传入地址：FFFFFFH，擦除的是从1FF_000H开始的4KB，同样每隔200_000H重复擦除4KB；
由此可见对于4KB擦除有效的地址位是XXX1_1111__1111_XXXX__XXXX_XXXX B，X代表无效的BIT位，只有9bit地址有效（1的地址位），512个sertoc可选；
5.擦除之前设定保护的块，2-127块：
要设置状态寄存器的CMP=1;BP0=1;TB=1;WEL=1；其它为0；
状态寄存器1如图：
状态寄存器2如图：
捕捉到的逻辑分析仪的时序：
等待不用10ms时间flash状态就不BUSY了，因为指令被忽略了，块已经被保护？设置保护块的汇编如下：
BCR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=0;
LDWI WRITE_STATUS_REG;;WRITE_STATUS_REG=0X01
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDWI BIT5|BIT2|BIT1;;status register1;TB=1and BP0and WEL=1 LCALL F_SPI_WRITE_ACC
LDWI BIT6;;status register2=0;
LCALL F_SPI_WRITE_ACC
BSR P_SPI_CS;;P_SPI_CS=1;
NOP
NOP
使用工具读取flash的状态寄存器和配置：
导出bin文件后和原始数据的bin文件对比，数据是一致的，并没有擦除；
前面已经设了块保护位，清除块保护位后执行4KB擦除，结果也一样，未擦除；
更改现在擦除流程：写使能命令->写状态寄存器(设置块保护)->写使能->4KB 擦除->等待擦除完成
使用工具导出flash内容后和原始值内容对比，同样是每隔200000H就重复擦除了4KB，为什么呢？看起来保护并没有起作用。

？设置块保护后执行这样32KB擦除动作，也是每隔200000H就重复擦除了32KB；
6.Page program试验
从地址0开始写入200个数据，发现同样每隔200000H也写入了相同的数据，为什么？
最后找到原因是使用flash工具导出的时候选择的是大容量(8MB)芯片，实际是小容量的芯片25Q16(2MB)，在导出的时候出现数据的回卷，25Q16只有2MByte=200000H Byte，所以读8MBytes个数据的时候每隔200000H就重复了！
对于25Q16芯片分512个4KB擦除块，512*4KB=2^9*2^2KB=2^11KB=2MB= 16Mbits。

20180708tan。