【Maker電子學】Flash 記憶體的原理與應用—PART14

Posted By Liang Bird on 11 月 1, 2024 in Flash 記憶體, Maker電子學, 教學文, 電子學 | 0 comments

上一回【Maker電子學】Flash 記憶體的原理與應用—PART13，我們說明了寫入指令的使用方式，以及寫入時需要注意的事項。這一回我們要介紹 SPI NOR flash 很重要的一道防線：寫入保護機制，這個機制可以設定某些記憶體區域不會被意外寫入或抹除。

層層關卡

SPI NOR flash 很常用來儲存嵌入式系統的 firmware 或是開機引導程式如 boot loader 之類的，這些以 binary 形式存在的程式碼，只要錯了一個 byte，通常就會讓整個系統爛掉（flash 雖然設計成可以重複抹寫，但我們也不希望它裡面的資料在不預期的狀況下被意外改變），因此 W25Q32JV 設計了一些保護機制來處理這個問題，說穿了，其實就是讓寫入或抹除的程序變得稍微複雜一點，意外就沒那麼容易發生。

W25Q32JV 可以針對記憶體中的不同區域各別設定寫入保護，當一個區域被設定寫入保護後，對這個區域執行抹除或寫入的指令就不會有作用，必須先將寫入保護解除，才能對這個區域執行抹除或寫入。

設定保護區塊的方式有兩種：Block Protect 與 Inidividual Block Lock，我們先來說說 Block Protect，這是比較常使用的功能。

Block Protect

這個功能可以保護 W25Q32JV 整個 4M byte 的記憶體空間中，最前面（從位址 0 開始）或最後面（從位址 0x3FFFFF 開始倒著算回去）特定大小的連續區域。設定的方法稍微複雜了點，但原理很簡單。

首先，我們要決定保護的區域是在最前面還是最後面。如果要保護最前面，在狀態暫存器 SR1 中的 TB bit 就要設為 1，反之則設為 0（TB 這個 bit 的意思是 TOP/BOTTOM，換句話說位址 0 就是 top，位址 0x3FFFFF 就是 bottom）。

（圖片來源：Bird 提供）

接著我們要決定保護的大小的單位，是要以 64K bytes 的 block 為單位，還是要以 4K bytes 的 sector 為單位。如果要以 64K bytes 的 block 為單位，就把狀態暫存器 SR1 裡的 SEC bit 設為 0，如果要以 4K bytes 的 sector 為單位，就把狀態暫存器 SR1 裡的 SEC bit 設為 1。

接下來我們要決定保護區域的大小了，這是由狀態暫存器 SR1 裡的 BP0、BP1、BP2 這三個 bit 決定的。這個設定稍微複雜一點：這三個 bit 代表的值可以從 0（000） 到 7（111）；當它們的值是 1 時，代表保護 1 個 block 或 1 個 sector；當他們的值是 2 時，就代表保護 2 個 block 或 2 個 sector；當它們的值是 3 時，保護的不是 3 個 block/sector，而是 4 個；當它們的值是 4 時，保護的大小是 8 個 block 或是 sector。

聰明的讀者一定看得出來，它保護的 block/sector 數量是 2^（n-1）個，因此當設定到 7 的時候，會保護 64 個 block；不過這裡還有個例外：如果保護大小的單位是 block，BP0-BP2 可以設定為 0 到 7，但如果保護的單位設定是 sector，BP0-BP2 的值就只能設定為 0-4。

換句話說，當保護單位是 64K bytes 的 block 時，最大可以設定保護 64K bytes * 2 ^（7-1）= 64K bytes * 64 = 4096K bytes，也就是 4M bytes，剛好就是整顆 W25Q32JV 的容量；如果當保護單位時 4K byes 的 sector 時，最大可以設定保護 4K bytes * 2 ^（3-1）= 4K bytes * 8 = 32K bytes。

舉個例子：我們設定 TB=1、SEC=0、BPx = 3（0b011），表示我們要保護的區域是從 top 開始，以 64K bytes block 為單位，保護 2 ^（3-1）= 4 個 block，也就是 256K bytes，所以保護的區域就是：