SM25QH256MX SPI通信全攻略：接口协议深度解读


参考资源链接：[国微SM25QH256MX：256Mb SPI Flash 存储器规格说明书](https://wenku.csdn.net/doc/1s6cz8fsd9?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. SM25QH256MX概述

SM25QH256MX是一款高性能的串行闪存芯片，广泛应用于多种电子设备中。它拥有256兆比特的存储容量，支持高速的SPI通信协议，并提供了一系列丰富的指令集，能够满足不同场景下的数据存储需求。

SM25QH256MX的工作电压范围宽广，从1.65V到3.6V，使其能够适用于多种不同电压的设备。其读取速度高达133MHz，写入速度也远超同类产品，这使得SM25QH256MX在数据传输效率上具有显著优势。

此外，SM25QH256MX还具备多种保护机制，如写保护、写禁止和硬件保护等，确保数据在传输过程中的安全性和可靠性。这些特性使得SM25QH256MX成为市场上颇受欢迎的一款闪存芯片，尤其受到嵌入式系统开发者和硬件工程师的青睐。

# 2. SM25QH256MX SPI通信协议详解

## 2.1 SPI协议基础

### 2.1.1 SPI通信协议的工作原理

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种常用的同步串行通信协议，广泛应用于微控制器和各种外围设备之间的通信。SPI通信协议的特点是，其使用一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）的结构，通过四个主要信号线实现数据的全双工同步通信。

- **SCLK（Serial Clock）**：由主设备提供时钟信号。时钟信号用于同步数据传输过程，即主设备通过改变时钟信号的电平来控制数据的发送和接收时机。
- **MOSI（Master Out Slave In）**：主设备的数据输出，从设备的数据输入。当主设备想发送数据给从设备时，会通过这条线将数据送出。
- **MISO（Master In Slave Out）**：从设备的数据输出，主设备的数据输入。当从设备需要发送数据给主设备时，会通过这条线将数据送出。
- **CS（Chip Select）**：片选信号，用于选择要通信的从设备。在多设备的系统中，每个从设备都有一个独立的CS信号。

SPI通信协议的工作原理可以概括为：主设备首先通过CS信号选择一个特定的从设备，随后利用SCLK信号作为时钟基准，通过MOSI和MISO线进行数据交换。数据通常以8位为单位传输，主设备和从设备在每个SCLK周期内交换一位数据，直到传输完成整个数据包。

### 2.1.2 SPI通信模式与特性分析

SPI通信有四种不同的通信模式，这些模式是根据时钟信号的极性（CPOL）和相位（CPHA）来定义的。

- **模式0（CPOL=0, CPHA=0）**：SCLK为低电平时，MISO和MOSI保持在有效数据状态，第一个时钟边沿（上升沿）时开始采样数据。
- **模式1（CPOL=0, CPHA=1）**：SCLK为低电平时，MISO和MOSI保持在高阻状态，在第二个时钟边沿（下降沿）时采样数据。
- **模式2（CPOL=1, CPHA=0）**：SCLK为高电平时，MISO和MOSI保持在有效数据状态，在第二个时钟边沿（下降沿）时开始采样数据。
- **模式3（CPOL=1, CPHA=1）**：SCLK为高电平时，MISO和MOSI保持在高阻状态，在第一个时钟边沿（上升沿）时采样数据。

这些模式使得SPI通信可以根据不同的应用场景灵活调整。比如，当系统对时钟边沿敏感时，可以选择不同的模式以避免数据冲突。

SPI通信协议的主要特性包括：

- **全双工通信**：可以在同一时刻实现数据的发送和接收。
- **多从设备支持**：可以有多个从设备连接到同一个主设备，主设备通过CS信号选择要通信的从设备。
- **可变的传输速率**：主设备可以调整SCLK的频率来适应不同速率的数据传输。
- **数据传输的高效性**：因为SPI协议是全双工，所以在发送数据的同时也可以接收数据，提高了数据传输的效率。

## 2.2 SM25QH256MX指令集解读

### 2.2.1 读取操作指令分析

SM25QH256MX的读取操作通过发送特定的读取指令序列来完成。这些指令序列由一系列的字节组成，主设备通过SPI接口向SM25QH256MX发送这些字节，从而控制从设备执行读取操作。主要的读取操作指令包括：

- **Read Data Bytes** (`0x03`)：此指令用于从指定地址读取数据。主设备首先发送此指令，随后发送一个24位的地址（高字节先发送），然后SM25QH256MX就会从该地址开始读取数据并发送回主设备。
- **2××× Read** (`0x0B`)：这是一个四字节地址模式下的读取指令，允许在高速模式下进行读取操作。

在实际应用中，读取操作的实现步骤如下：

1. **片选激活**：主设备将CS信号置为低电平，开始与SM25QH256MX通信。
2. **发送读取指令**：主设备通过MOSI线发送相应的读取指令。
3. **发送地址信息**：主设备接着发送地址信息，决定从哪个地址开始读取。
4. **数据接收**：SM25QH256MX在收到指令和地址信息后，开始从指定地址读取数据，并通过MISO线发送给主设备。
5. **片选关闭**：数据传输完成后，主设备将CS信号置回高电平，结束这次读取操作。

### 2.2.2 写入操作指令分析

写入操作分为两种主要类型：页编程（Page Program）和块擦除（Block Erase）。

- **Page Program** (`0x02`)：此指令用于写入数据到指定的页地址中。用户首先发送指令，然后发送24位地址和要写入的数据，数据长度可达到256字节。SM25QH256MX会将数据写入非易失性存储器中。
- **Block Erase** (`0xD8`)：此指令用于擦除存储器中的一个块区域。擦除操作开始后，用户可以执行其他操作，擦除会在背景中继续进行。

写入操作的一般步骤如下：

1. **片选激活**：主设备将CS信号置为低电平，准备向SM25QH256MX发送写入指令。
2. **发送写入指令**：主设备通过MOSI线发送相应的写入指令。
3. **发送地址信息**：主设备随后发送要写入数据的起始地址。
4. **发送数据**：主设备通过MOSI线发送要写入的数据。
5. **片选关闭**：数据写入或擦除操作开始后，主设备将CS信号置回高电平，结束写入操作。

### 2.2.3 特殊功能指令与应用

SM25QH256MX还包含一些特殊功能指令，用以支持设备的特殊操作和优化性能。

- **Read Status Register** (`0x05`)：用于读取设备状态寄存器的内容，状态寄存器提供了关于设备状态的信息，如写入操作是否完成等。
- **Write Enable** (`0x06`)：此指令用于设置写入使能锁存器（Write Enable Latch, WEL）。只有在WEL被设置后，才能执行写入操作。
- **Read Identification**：通过这个指令，可以读取SM25QH256MX的制造商ID和设备ID，这对硬件配置和软件初始化非常重要。

这些特殊功能指令提供了访问设备内部寄存器和管理设备状态的能力，对于提高程序的灵活性和效率至关重要。

## 2.3 SPI时序图与操作时序

### 2.3.1 时序图的组成与意义

SPI时序图是描述SPI通信过程中，各种信号之间时序关系的图形表示。时序图由多个部分组成，包括时钟信号（SCLK）、片选信号（CS）、主设备数据输出（MOSI）以及从设备数据输出（MISO）。

- **时钟信号（SCLK）**：SCLK的每个脉冲代表数据传输的一个位时间。
- **片选信号（CS）**：在CS为低电平时，SPI总线处于活动状态，数据可以被传输。
- **数据信号（MOSI和MISO）**：在CS有效且SCLK的控制下，主设备和从设备交换数据。

时序图的意义在于：

- **提供精确的信号时序关系**：确保数据的正确读取和写入。
- **指导硬件设计**：帮助设计者理解信号间的关系，并据此设计硬件电路。
- **软件开发参考**：为软件开发人员提供编写SPI通信程序的参考。

### 2.3.2 读写操作的时序控制

读写操作的时序控制直接关系到数据是否能够正确传输。正确的时序控制可以确保数据的准确性和可靠性。

**读操作时序控制：**

1. **CS的下降沿**：标志一次读操作的开始。
2. **发送读指令和地址**：在连续的SCLK上升沿和下降沿中完成。
3. **数据读取**：在指定数量的SCLK周期后，数据在MISO线上稳定，主设备开始在SCLK的上升沿读取数据。

**写操作时序控制：**

1. **CS的下降沿**：同样标志一次写操作的开始。
2. **发送写指令和地址**：同读操作，通过连续的SCLK上升沿和下降沿来完成。
3. **数据写入**：在写指令后，主设备在SCLK的下降沿将数据送入MOSI线，SM25QH256MX在接收完