【经验分享】STM32-Flash的原理与使用（模拟EEPRM）

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STMCU小助手发布时间：2022-5-16 11:15

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文章简介:	STM32-Flash的原理与使用（模拟EEPRM）

1、什么是Flash
FLASH闪存是属于内存器件的一种，其存储特性相当于硬盘，下图就能看出Flash扇区就等于电脑硬盘分区，但是对Flash进行写数据时必须先进行扇区擦除，然后才能再写入，否则会写入失败，MCU的Flash大小可参考数据手册

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2、闪存模块存储器组织
此为STM32F407ZGT6的FLASH大小为1024K

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不同容量的STM32F4，拥有的扇区数不一样，比如我们的STM32F407ZGT6，则拥有全部12个扇区。从上图可以看出主存储器的起始地址就是0X08000000， B0、B1都接GND的时候，就是从0X08000000开始运行代码的。

STM32F40x的闪存模块由：主存储器、系统存储器、OPT区域和选项字节等4部分组成：

2.1、主存储器
该部分用来存放代码和数据常数（如const类型的数据）。分为12个扇区，前4个扇区为16KB大小，然后扇区4是64KB大小，扇区5~11是128K大小。

2.2、系统存储器
主要用来存放STM32F4的bootloader代码，此代码是出厂的时候就固化在STM32F4里面了，专门来给主存储器下载代码的。当B0接V3.3，B1接GND的时候，从该存储器启动（即进入串口下载模式）。

2.3、OTP区域
即一次性可编程区域，共528字节，被分成两个部分，前面512字节（32字节为1块，分成16块），可以用来存储一些用户数据（一次性的，写完一次，永远不可以擦除！！），后面16字节，用于锁定对应块。

2.4、选项字节
用于配置读保护、BOR级别、软件/硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式下的复位。

3、STM32F4的闪存6个32位寄存器控制
①访问控制寄存器(FLASH_ACR)

②密钥寄存器(FLASH_KEYR)

其中FPEC 密钥总共有2个键值：

③选项秘钥寄存器(FLASH_OPTKEYR)

④状态寄存器(FLASH_SR)

⑤控制寄存器(FLASH_CR)

⑥选项控制寄存器(FLASH_OPTCR)

相关寄存器的操作可参考《STM32F4xx中文参考手册》的第3.8小节

4、Flash等待周期与CPU时钟频率间的关系
为了准确读取 Flash 数据，必须根据 CPU 时钟 (HCLK) 频率和器件电源电压在 Flash 存取控制寄存器 (FLASH_ACR) 中正确地设置等待周期数 (LATENCY)。当电源电压低于2.1V 时，必须关闭预取缓冲器。

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我们供电电压一般是3.3V，所以，在我们设置168Mhz频率作为CPU时钟之前，必须先设置LATENCY为5，否则FLASH读写可能出错，导致死机。

5、FLASH的操作介绍
5.1、读
STM23F4的FLASH读取是很简单的。例如，我们要从地址addr，读取一个字（字节为8位，半字为16位，字为32位），可以通过如下的语句读取：

                                                                                    data=*(vu32*)addr;

将addr强制转换为vu32指针，然后取该指针所指向的地址的值，即得到了addr地址的值。类似的，将上面的vu32改vu16，即可读取指定地址的一个半字。

5.2、写
在对 STM32F4的Flash执行写入或擦除操作期间，任何读取Flash的尝试都会导致总线阻塞。只有在完成编程操作后，才能正确处理读操作。这意味着，写/擦除操作进行期间不能从Flash中执行代码或数据获取操作。

注意：

编程前，要确保要写如地址的FLASH已经擦除。
要先解锁（否则不能操作FLASH_CR）。
编程操作对OPT区域也有效，方法一模一样。
5.3、闪存擦除
我们在STM32F4的FLASH编程的时候，先判断首地址是否被擦除了，STM32F4的闪存擦除分为两种：扇区擦除整片擦除。

5.3.1、扇区擦除步骤
①检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁

②检查FLASH_SR寄存器中的BSY 位，确保当前未执行任何FLASH操作

③将FLASH_CR控制寄存器的SER位置1，并从主存储块的12个扇区中选择要擦除的扇区 (SNB)

④将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作

⑤等待BSY位清零

经过以上五步，就可以擦除某个扇区。

5.3.2、批量/整片擦除步骤
①检查FLASH_SR寄存器中的BSY 位，确保当前未执行任何FLASH操作

②在FLASH_CR寄存器中，将MER位置1 (STM32F407xx/405xx/43xxx)

③将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作

④等待BSY位清零

经过以上四步，就可以批量擦除扇区。扇区擦除功能可以看《STM32F4xx中文参考手册》第3.5小节。

6、STM32F4的标准编程步骤
①检查FLASH_SR中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。

②将FLASH_CR寄存器中的PG位置1，激活FLASH编程。

③针对所需存储器地址（主存储器块或OTP区域内）执行数据写入操作：

      —并行位数为x8时按字节写入（PSIZE=00）

      —并行位数为x16时按半字写入（PSIZE=01）

      —并行位数为x32时按字写入（PSIZE=02）

      —并行位数为x64时按双字写入（PSIZE=03）

④等待BSY位清零，完成一次编程。

按以上四步操作，就可以完成一次FLASH编程。不过有几点要注意：

1、编程前，要确保要写如地址的FLASH已经擦除

2、要先解锁（否则不能操作FLASH_CR）

3、编程操作对OPT区域也有效，方法一模一样

4、Flash写数据时会把整个扇区擦除掉，所以原来的数据得不到保存，如果想要保存数据，需要分配一个扇区大小的内存去存储原来的数据，占用内存太大，不像SPI的W25Qxx那么方便

7、代码的编写实现
flash.c：

#include "stmflash.h"
#include "delay.h"
//读取指定地址的半字(16位数据)
//faddr:读地址
//返回值:对应数据.
u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr)
{
return *(vu32*)faddr;
}
//获取某个地址所在的flash扇区
//addr:flash地址
//返回值:0~11,即addr所在的扇区
uint16_t STMFLASH_GetFlashSector(u32 addr)
{
if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_1)return FLASH_Sector_0;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_2)return FLASH_Sector_1;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_3)return FLASH_Sector_2;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_4)return FLASH_Sector_3;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_5)return FLASH_Sector_4;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_6)return FLASH_Sector_5;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_7)return FLASH_Sector_6;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_8)return FLASH_Sector_7;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_9)return FLASH_Sector_8;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_10)return FLASH_Sector_9;
else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_11)return FLASH_Sector_10;
return FLASH_Sector_11;
}
//从指定地址开始写入指定长度的数据
//特别注意:因为STM32F4的扇区实在太大,没办法本地保存扇区数据,所以本函数
// 写地址如果非0XFF,那么会先擦除整个扇区且不保存扇区数据.所以
// 写非0XFF的地址,将导致整个扇区数据丢失.建议写之前确保扇区里
// 没有重要数据,最好是整个扇区先擦除了,然后慢慢往后写.
//该函数对OTP区域也有效!可以用来写OTP区!
//OTP区域地址范围:0X1FFF7800~0X1FFF7A0F
//WriteAddr:起始地址(此地址必须为4的倍数!!)
//pBuffer:数据指针
//NumToWrite:字(32位)数(就是要写入的32位数据的个数.)
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToWrite)
{
FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
u32 addrx=0;
u32 endaddr=0;
if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||WriteAddr%4)return; //非法地址
FLASH_Unlock(); //解锁 ①
FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
addrx=WriteAddr; //写入的起始地址
endaddr=WriteAddr+NumToWrite*4; //写入的结束地址
if(addrx<0X1FFF0000) //只有主存储区,才需要执行擦除操作!!
{
while(addrx<endaddr) //扫清一切障碍.(对非FFFFFFFF的地方,先擦除)
{
if(STMFLASH_ReadWord(addrx)!=0XFFFFFFFF)//有非0XFFFFFFFF的地方,要擦除这个扇区 ③
{
status=FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(addrx),VoltageRange_3);//VCC=2.7~3.6V之间!!
if(status!=FLASH_COMPLETE)break; //发生错误了
}else addrx+=4;
}
}
if(status==FLASH_COMPLETE)
{
while(WriteAddr<endaddr)//写数据
{
if(FLASH_ProgramWord(WriteAddr,*pBuffer)!=FLASH_COMPLETE)//写入数据④
{
break; //写入异常
}
WriteAddr+=4;
pBuffer++;
}
}
FLASH_DataCacheCmd(ENABLE); //FLASH擦除结束,开启数据缓存
FLASH_Lock();//上锁 ⑤
}
//从指定地址开始读出指定长度的数据
//ReadAddr:起始地址
//pBuffer:数据指针
//NumToRead:字(4位)数
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead)
{
u32 i;
for(i=0;i<NumToRead;i++)
{
pBuffer=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取4个字节.
ReadAddr+=4;//偏移4个字节.
}
}

复制代码

flash.h

#ifndef __STMFLASH_H__
#define __STMFLASH_H__
#include "sys.h"
//FLASH起始地址
#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 //STM32 FLASH的起始地址
//FLASH 扇区的起始地址
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0 ((u32)0x08000000) //扇区0起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1 ((u32)0x08004000) //扇区1起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2 ((u32)0x08008000) //扇区2起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3 ((u32)0x0800C000) //扇区3起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4 ((u32)0x08010000) //扇区4起始地址, 64 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5 ((u32)0x08020000) //扇区5起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6 ((u32)0x08040000) //扇区6起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7 ((u32)0x08060000) //扇区7起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8 ((u32)0x08080000) //扇区8起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9 ((u32)0x080A0000) //扇区9起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10 ((u32)0x080C0000) //扇区10起始地址,128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11 ((u32)0x080E0000) //扇区11起始地址,128 Kbytes
u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr); //读出字
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToWrite); //从指定地址开始写入指定长度的数据
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead); //从指定地址开始读出指定长度的数据
#endif