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【经验分享】STM32 Flash详解

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STMCU小助手 发布时间：2022-4-18 10:41
本文将根据ST官方Flashprogramming manual，文档编号：PM0059，讲解STM32F207内部Flash编程。

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01、概述
这里的flash是指STM32F207内部集成的Flash

Flash存储器有以下特点
最大1M字节的能力
128位，也就是16字节宽度的数据读取
字节，半字，字和双字写入
扇区擦除和批量擦除
存储器的构成

主要存储区块包含4个16K字节扇区，1个64K字节扇区和7个128K字节扇区。

系统存储器是用于在系统boot模式启动设备的。这一块是预留给ST的。包括bootloader程序，boot程序用于通过以下接口对Flash进行编程。USART1、USART3、CAN2、USB OTG FS设备模式（DFU：设备固件升级）。boot程序由ST制造期间编写，用于保护防止错误写入和擦除操作。

512OTP(一次性编程)字节用于用户数据。OTP区域包含16个附加的字节，用于锁定响应的OTP数据。

选项字节，读写保护，BOR水平，软件/硬件看门狗和复位当设置处于待机和停机状态。

低功耗模式（参考参考手册的PWR部分）

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对比参考手册的boot部分

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当BOOT0为0是运行主存储区

当BOOT0为1，BOOT1为0时运行系统存储区

系统存储区运行的是ST出厂的bootloader代码，跳过过了用户的代码。如果在应用层代码锁定了JTAG管脚（将JTAG管脚用于普通GPIO），我们可以通过修改boot管脚状态，进入系统存储中，再进行debug。

02、Flash操作
2.1、读取
内置的Flash是处于CortexM3的数据总线上的，所以可以在通用地址空间之间寻址，任何32位数据的读操作都能访问Flash上的数据。

data32 = *(__IO uint32_t*)Address;
将Address强制转化为32位整型指针，然后取该指针所指向的地址的值，就得到了Address地址上的32位数据。

2.2、擦除
Flash 擦除操作可针对扇区或整个Flash（批量擦除）执行。执行批量擦除时，不会影响OTP扇区或配置扇区。

扇区擦除步骤

1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位，以确认当前未执行任何Flash 操作

2、在FLASH_CR 寄存器中将SER 位置1 并选择要擦除的扇区(SNB)（主存储器块中的12个扇区之一）

3、将FLASH_CR 寄存器中的STRT 位置1

4、等待BSY 位清零

批量擦除步骤

1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位，以确认当前未执行任何Flash 操作

2、将FLASH_CR 寄存器中的MER 位置1

3、将FLASH_CR 寄存器中的STRT 位置1

4、等待BSY 位清零

ST提供相应的库函数接口

  1. FLASH_Status FLASH_EraseSector(uint32_t FLASH_Sector, uint8_tVoltageRange)
  2. FLASH_Status FLASH_EraseAllSectors(uint8_tVoltageRange)
复制代码

​​​​​​注意到，有个特殊的参数VoltageRange，这是因为

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这里就不再翻译了，就是在不同电压下数据访问的位数不同，我们是3.3V，所以是32位数据，这也就是在读数据是为什么要读取32位的原因。

2.3、写入
写入之前必须擦除，这里和NorFlash操作是相同的

复位后，Flash控制器寄存器（FLASH_CR）不允许写入的，去保护Flash闪存因为电气原因出现的以外操作，以下是解锁的步骤

1、在Flash 密钥寄存器(FLASH_KEYR) 中写入KEY1 = 0x45670123

2、在Flash 密钥寄存器(FLASH_KEYR) 中写入KEY2 = 0xCDEF89AB

将FLASH_CR 寄存器中的LOCK 位置为1 后，可通过软件再次锁定FLASH_CR 寄存器

ST提供了库函数

  1. FLASH_Unlock();//解锁
  2. FLASH_Lock();//重新上锁
复制代码

备注：

当FLASH_SR 寄存器中的BSY 位置为1 后，将不能在写模式下访问FLASH_CR 寄存器。BSY 位置为1 后，对该寄存器的任何写操作尝试都会导致AHB 总线阻塞，直到BSY位清零

这要求我们在写入前必须判断下FLASH_SR寄存器中的BSY位。

ST提供了对用的库函数

  1. FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_OPERR | FLASH_FLAG_WRPERR| FLASH_FLAG_PGAERR | FLASH_FLAG_PGPERR|FLASH_FLAG_PGSERR);
复制代码

写入步骤

1、检查FLASH_SR 中的BSY 位，以确认当前未执行任何主要Flash 操作

2、将FLASH_CR 寄存器中的PG 位置1。

3、通过不同的位宽对指定地址写入

4、等待BSY 位清零

对于写入接口，ST提供相应的库函数，提供了8位，16位，32位的操作，因为我们是3.3V电压，所以使用32位写入接口

  1. FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data)
复制代码

2.4、中断
如果对于写入要求较高，可以使能中断，对于写入完成，写入错误都会有响应的中断响应。我也没有详细研究，参看Flash编程手册的15.5章节

03、Flash保护
3.1概述
Flash具有读写保护机制，主要是用过选项地址实现的。还有一次性编程保护

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这讲述了选项字节的构成

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用户修改选项字节

To run any operation on this sector, the option lock bit (OPTLOCK) inthe Flash option control register (FLASH_OPTCR) must be cleared. Tobe allowed to clear this bit, you have to perform the followingsequence:

1. Write OPTKEY1 = 0x0819 2A3B in the Flash option key register(FLASH_OPTKEYR)

2. Write OPTKEY2 = 0x4C5D 6E7F in the Flash option key register(FLASH_OPTKEYR)

The user option bytes can be protected against unwanted erase/programoperations by setting the OPTLOCK bit by software.

这个上面讲述的解锁Flash相同，就是要写入不能的数值

ST提供相应的库函数

  1. void FLASH_OB_Unlock(void)
  2. void FLASH_OB_Lock(void)
复制代码

修改用户字节的步骤

1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位，以确认当前未执行任何Flash 操作

2、在FLASH_OPTCR 寄存器中写入所需的选项值

3、将FLASH_OPTCR 寄存器中的选项启动位(OPTSTRT) 置1

4、等待BSY 位清零

3.2 读保护
从上面概述中得知，Flash读保护共分三个等级

等级0：没有保护

将0xAA 写入读保护选项字节(RDP) 时，读保护级别即设为0。此时，在所有自举配置（Flash用户自举、调试或从RAM 自举）中，均可执行与Flash 或备份SRAM 相关的所有读/写操作（如果未设置写保护）。

等级1：闪存读保护

这是擦除选项字节后的默认读保护级别。将任意值（分别用于设置级别0 和级别2 的0xAA和0xCC 除外）写入RDP 选项字节时，即激活读保护级别1。设置读保护级别1 后：

-在连接调试功能或从RAM 进行自举时，将不执行任何Flash 访问（读取、擦除和编程）。Flash 读请求将导致总线错误。而在使用Flash 用户自举功能或在系统存储器自举模式下操作时，则可执行所有操作

-激活级别1 后，如果将保护选项字节(RDP) 编程为级别0，则将对Flash 和备份SRAM执行批量擦除。因此，在取消读保护之前，用户代码区域会清零。批量擦除操作仅擦除用户代码区域。包括写保护在内的其它选项字节将保持与批量擦除操作前相同。OTP 区域不受批量擦除操作的影响，同样保持不变。

只有在已激活级别1 并请求级别0 时，才会执行批量擦除。当提高保护级别(0->1,1->2, 0->2) 时，不会执行批量擦除。

等级2：禁止调试/芯片读保护

注意：

在注意中写道，如果使能了等级2的读保护，永久禁止JTAG端口（相当于JTAG熔丝）ST也无法进行分析，说白了就是没办法再debug了，目前我没有使用到这个水平的读保护

读保护库函数

  1. void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP)
复制代码

查询读保护状态库函数
  1. FlagStatus FLASH_OB_GetRDP(void)
复制代码

3.3 写保护
Flash 中的用户扇区（0到11）具备写保护功能，可防止因程序计数器(PC) 跑飞而发生意外的写操作。当扇区i 中的非写保护位(nWRPi, 0 ≤ i ≤ 11) 为低电平时，无法对扇区i 执行擦除或编程操作。因此，如果某个扇区处于写保护状态，则无法执行批量擦除。

如果尝试对Flash 中处于写保护状态的区域执行擦除/编程操作（由写保护位保护的扇区、锁定的OTP 区域或永远不能执行写操作的Flash 区域，例如ICP），则FLASH_SR 寄存器中的写保护错误标志位(WRPERR) 将置1。

写保护库函数

  1. void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState)
复制代码

查询写保护状态库函数
  1. uint16_t FLASH_OB_GetWRP(void)
复制代码

04、一次性可编程字节
没有使用过，使用了芯片就废了吧，没有做过这个等级等保护，可以参看Flash编程手册的2.7章节

05、代码
关于读写保护代码如何调用的问题，在stm32f2xx_flash.c文件中有调用说明.​​​​​。

  1. /** @defgroup FLASH_Group3 Option Bytes Programming functions
  2. *  @brief   Option Bytes Programming functions
  3. *
  4. @verbatim   
  5. ===============================================================================
  6.                         Option Bytes Programming functions
  7. ===============================================================================  

  9.    This group includes the following functions:
  10.    - void FLASH_OB_Unlock(void)
  11.    - void FLASH_OB_Lock(void)
  12.    - void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState)
  13.    - void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP)
  14.    - void FLASH_OB_UserConfig(uint8_t OB_IWDG, uint8_t OB_STOP, uint8_t OB_STDBY)
  15.    - void FLASH_OB_BORConfig(uint8_t OB_BOR)
  16.    - FLASH_Status FLASH_ProgramOTP(uint32_t Address, uint32_t Data)              
  17.    - FLASH_Status FLASH_OB_Launch(void)
  18.    - uint32_t FLASH_OB_GetUser(void)            
  19.    - uint8_t FLASH_OB_GetWRP(void)            
  20.    - uint8_t FLASH_OB_GetRDP(void)              
  21.    - uint8_t FLASH_OB_GetBOR(void)

  23.    Any operation of erase or program should follow these steps:
  24.    1. Call the FLASH_OB_Unlock() function to enable the FLASH option control register access
  25.    2. Call one or several functions to program the desired Option Bytes:
  26.       - void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState) => to Enable/Disable
  27.         the desired sector write protection
  28.       - void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP) => to set the desired read Protection Level
  29.       - void FLASH_OB_UserConfig(uint8_t OB_IWDG, uint8_t OB_STOP, uint8_t OB_STDBY) => to configure
  30.         the user Option Bytes.
  31.       - void FLASH_OB_BORConfig(uint8_t OB_BOR) => to set the BOR Level
  32.    3. Once all needed Option Bytes to be programmed are correctly written, call the
  33.       FLASH_OB_Launch() function to launch the Option Bytes programming process.

  35.      @note When changing the IWDG mode from HW to SW or from SW to HW, a system
  36.            reset is needed to make the change effective.
  37.    4. Call the FLASH_OB_Lock() function to disable the FLASH option control register
  38.       access (recommended to protect the Option Bytes against possible unwanted operations)

  40. @endverbatim
  41.   * @{
  42.   */
复制代码





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