SPI NOR Flash 家族的常见存储结构
什么是SPINOR？
SPI NOR 是一种非易失性存储器（断电后数据不丢失），名称由两部分组成：SPI 接口和NOR 存储类型，两者结合决定了它的通信方式和存储特性。
1. 拆解术语：SPI + NOR
SPI（Serial Peripheral Interface）：即 “串行外设接口”，是一种简单的同步串行通信协议。它通过少数几根线（通常 4 根：时钟线 SCK、主机输出 / 从机输入 MOSI、主机输入 / 从机输出 MISO、片选线 CS）实现芯片之间的通信，结构简单、成本低，适合中小速率的数据传输（常见速率 50MHz~200MHz）。
NOR（NOR Flash）：是 Flash 存储器的两大主流类型之一（另一类是 NAND Flash）。NOR Flash 的核心特点是支持 “随机读取”（像内存一样按字节 / 字地址直接访问），且能直接被 CPU 读取并执行程序（称为 “XIP，eXecute In Place”），因此非常适合存储程序代码（如固件、启动程序）。
2. SPI NOR 的本质：用 SPI 接口通信的 NOR Flash
简单说，SPI NOR 就是 “通过 SPI 协议传输数据的 NOR 型 Flash 存储器”。
它继承了两者的优势：
- 继承 SPI 的 “接口简单”：只需 4 根线即可与 MCU（微控制器）连接，硬件设计难度低，适合嵌入式设备的小型化需求。
- 继承 NOR 的 “代码执行能力”：存储的程序可直接被 CPU 调用执行，无需先加载到 RAM，节省系统资源。
3. 关键特性与应用场景
- 容量：中小容量为主（通常 1MB~512MB），远小于 NAND Flash（常见 GB 级）。
- 速度：读取速度较快（支持 XIP），但写入 / 擦除速度较慢（擦除需按扇区 / 块操作）。
- 典型应用：
- 嵌入式设备的启动程序（如路由器、智能手表的 Bootloader）；
- 固件存储（如传感器、物联网模组的配置程序）；
- 小型系统的代码存储（如 MCU 的应用程序）。
一、SPI NOR 的 “块 - 扇区 - 页” 核心定义
三级结构的本质是 “操作单位分层”，每一级对应不同的硬件操作粒度：
- 页（Page）：最小写入单位，通常为 256 字节、512 字节或 1024 字节（主流 256 字节）。写入数据时必须按整页或页内连续地址操作（不能跨页写入单字节）。
- 扇区（Sector）：最小擦除单位，通常由多个页组成（如 16 页 = 4KB，32 页 = 8KB）。擦除操作必须按整扇区执行（不能擦除单个页或字节）。
- 块（Block）：由多个扇区组成的更大单元（如 16 扇区 = 64KB，32 扇区 = 128KB），部分芯片支持 “块级擦除”（一次擦除整个块，比逐扇区擦除更高效）。
二、主流 SPI NOR 型号的结构实例
几乎所有知名厂商（华邦、兆易创新、旺宏、美光等）的 SPI NOR 都遵循这一结构，仅在具体大小上因容量不同略有差异：
| 型号系列 | 页大小 | 扇区包含页数 | 扇区大小 | 块包含扇区数 | 块大小 | 典型容量示例 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 华邦 W25Q 系列 | 256B | 16 页 | 4KB | 16 扇区 | 64KB | W25Q128（16MB） |
| 兆易创新 GD25Q 系列 | 256B | 16 页 | 4KB | 16 扇区 | 64KB | GD25Q64（8MB） |
| 旺宏 MX25L 系列 | 256B | 16 页 | 4KB | 16 扇区 | 64KB | MX25L128（16MB） |
| 美光 N25Q 系列 | 256B | 16 页 | 4KB | 16 扇区 | 64KB | N25Q064（8MB） |
三、少数 “变体” 不改变核心层级
个别 SPI NOR 型号会因容量或特殊需求调整单级大小，但 “块 - 扇区 - 页” 的三级结构不变：
- 大容量型号（如 512MB 以上）：可能将扇区扩大到 8KB（32 页 ×256B），块扩大到 128KB（16 扇区 ×8KB），但层级依然是三级。
- 小容量型号（如 1MB 以下）：可能简化块的数量（如 1 块 = 8 扇区），但 “块 - 扇区 - 页” 的逻辑关系不变。
各类 Flash 结构与关键特性
“块 - 扇区 - 页” 并非所有 Flash 的通用结构，仅为SPI NOR 家族的典型分层方式；其他类型 Flash 因功能定位不同，结构差异显著。
| 类别 | 最小擦除单元 | 最小写入单元 | 核心结构特点 | 典型特点 |
|---|---|---|---|---|
| SPI NOR | 扇区（如 4KB） | 页（如 256B） | 块→扇区→页（三层分层） | 随机读快，容量较小（≤256Mbit） |
| 并口 NOR | 扇区（2KB/4KB） | 字 / 字节 | 块→扇区→字节（无 “页” 概念） | 支持字节级写入 |
| Raw NAND | 块（如 128KB） | 页（2KB~16KB） | 块→页→段（简化为 “块 - 页” 两层） | 顺序读写快，容量大（≥1Gbit），需 ECC 和坏块管理 |
| eMMC/UFS | 擦除块（≥512KB） | 段（512B） | 内部隐藏细节，对外仅暴露逻辑块 | 适合大容量存储，用户无需关注底层分层 |
| MCU 片内 Flash | 扇区（1KB/2KB/4KB） | 字（4B） | 块→扇区→字（以 “字” 为最小写入单元） | 适配 MCU 快速编程需求 |
SPI NOR 关键细节
每个扇区里画了 4 个地址角标，它们的意义完全对应 “扇区内部” 的 4 个边界点（用低 12 位表示，高 20 位统一写成 xx）：
| 角标 | 低 12 位值 | 在扇区中的位置 | 真实含义 |
|---|---|---|---|
左下 xx000h | 0x000 | 扇区首字节地址 | 扇区开始 |
右下 xx0FFh | 0x0FF | 扇区第 256 字节地址 | 第 1 页末尾 |
左上 xxF00h | 0xF00 | 扇区倒数第 256 字节地址 | 最后一页开始 |
右上 xxFFFh | 0xFFF | 扇区最后一个字节地址 | 扇区结束 |
因此，四角数据就是“一个 4 KB 扇区”的 4 个特征边界地址，帮你一眼看出：
扇区从哪里开始、到哪里结束
页大小 256 B 的切分点（0x000、0x0FF、0xF00、0xFFF）
横着看分别表示了扇区中的第一页和最后一页的范围- 典型分层（以 W25Q 系列为例）：1 芯片 = 多个块，1 块 = 多个扇区，1 扇区 = 多个页（如 1 扇区 = 16 页，1 页 = 256B），以上述的W25Q128为例，可以看到，一个存储芯片分为了（0-255）256个块，每个块又分成了（0-15）16个扇区，每个扇区又分成了16个页（每个页256B （1Byte=8bit））
- 地址快速计算：32 位地址中，右移 16 位得块号，右移 12 位得全局扇区号，右移 8 位得全局页号，低 8 位为页内偏移。
记忆口诀与核心总结
SPI NOR 家族的常见存储结构均以 “块 - 扇区 - 页” 为核心分布形式，这是行业主流设计（因擦除、写入单位的硬件限制，必须通过三级分层实现高效管理）。差异仅体现在单级的具体大小（如页 256B vs 512B，扇区 4KB vs 8KB），但 “块包含扇区、扇区包含页” 的层级关系一致。
- 口诀：“NOR 才讲页，NAND 只讲块；扇区是擦除，页是写边界；地址右移 8 找页，右移 12 找扇区。”
- 总结：Flash 的地址层级由其类型决定，SPI NOR 的 “块 - 扇区 - 页” 是特例而非通用标准，判断时需先明确 Flash 类型，再结合手册确认操作单元。