fpga使用spi协议擦除读写flash芯片

一.需求说明
fpga首先全擦除flash芯片，然后往flash芯片中写入一页数据，再接着读取这一页数据。
二.硬件介绍
1.flash资源介绍

M25P16芯片是flash芯片，容量是16Mbit。
16Mbit=16×1024×1024bit=2×1024×1024byte=2,097,152 bytes 。
总共有32个扇区，每个扇区有512×1024bit=65536byte。
每个扇区有256页，每页有256个字节。
每个地址占三个字节，第一个字节表示扇区，第二个字节表示页数，第三个字节表示页内地址。

2.命令介绍
注：在页编程（PP），扇区擦除（SE），全擦除（BE），写入状态寄存器（WRSR）这些操作之前必须先写入写使能指令（WREN）。

三.时序说明
1.两种SPI模式
模式1：CPOL=0, CPHA=0。时钟信号在空闲状态是低电平，fpga在偶数延（下降沿）改变数据，flash在奇数延（上升沿）采集数据。
模式2：CPOL=1, CPHA=1 。时钟信号在空闲状态是高电平，fpga在奇数延（下降沿改变数据），flash在偶数延（上升沿采集数据）。

2.时钟频率
fC是指令操作的频率，fR是读数据的频率。fC的最大值是50M，fR的最大值是20M，可以取12.5M，这样能满足所有的操作。

3.时序延时
下图1处，表示当S使能信号拉低之后，与第一个上升沿之间的延时为tSLCH，大于5ns
下图2处，表示当指令最后一位的上升沿到S使能信号拉高之间的延时为tCHSH，大于5ns
下图3处，表示当指令写完成之后，S使能信号拉高维持的时间tSHSL，大于100ns，这样才能保证写入的指令让flash有足够的时间去执行。

发送完指令之后，需要将片选信号拉高，让flash有执行相关操作。比如发送完写使能之后，需要将片选信号拉高保持一段时间。发送全擦除指令之后，需要将片选信号拉高并保持40秒，flash才能把所有字节数据置为1（擦除），时间值如下图所示。

4.写使能时序

5.全擦除时序

6.扇区擦除时序
写入扇区擦除指令之后紧接着写入扇区的三个字节的地址。只要这个地址在这个扇区内有效即可，不用关系具体地址。

7.（页编程）页写数据时序

8.连续写时序
连续写时序和页写时序类似，区别只是数据的个数。如果只写一个字节，那么data就是一个字节，写完之后把片选信号拉高即可。也可以写多个数据，想要停止写，把片选拉高就行。
9.连续读时序
. 读数据操作不需要发送写使能指令，且执行数据读操作过程中，片选信号拉低后和拉高前无需做规定时间等待，发送读指令+三字节地址之后，就可以在miso端口接收数据了。下图的时序图就是完整的数据普通读操作时序（对应还有一种快读模块）。
. 数据读取首地址可以为芯片中的任何一个有效地址，使用数据读(READ)指令可以对芯片内数据连续读取，当首地址数据读取完成，会自动对首地址的下一个地址进行数据读取。若最高位地址内数据读取完成，会自动跳转到芯片首地址继续进行数据读取，只有再次拉高片选信号，才能停止数据读操作，否者会对芯片执行无线循环读操作。

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