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STM32心得:FLASH闪存编程原理与实验

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STMCU小助手 发布时间:2022-11-22 14:15
主要内容:
1) STM32 Flash操作介绍;
2) 寄存器和库函数介绍;
3) 相关实验代码解读。

实验功能:利用 STM32 内部的 FLASH 来实现类似I2C通讯实验的效果(参考I2C通讯实验),不过这次是将数据直接存放在STM32内部,而不是存放在W25Q128。
1. STM32 Flash操作介绍
1.1 STM32编程方式
1) 在线编程(ICP,In-Circuit Programming)
通过JTAG/SWD协议(用JLINK或ST LINK下载程序)或者系统加载程序(Bootloader)下载用户应用程序(用串口下载)到微控制器中。
2) 在程序中编程(IAP,In Application Programming)
通过任何一种通信接口(如IO端口,USB,CAN,UART,I2C,SPI等)下载程序或者应用数据到存储器中。也就是说,STM32允许用户在应用程序中重新烧写闪存存储器中的内容。然而,IAP需要至少有一部分程序已经使用ICP方式烧到闪存存储器中(Bootloader)(与系统加载程序的Bootloaer不同)。

1.2 闪存模块存储器组织
按照不同容量,存储器组织成32个1K字节/页(小容量),128个1K字节/页(中容量),256个2K字节/页(大容量)的主存储器和一些信息块等。战舰/精英板FLASH容量为512K,所以一共有256页(0-255)。

20200915133520347.png

STM32的闪存模块由:主存储器、信息块和闪存存储器接口寄存器等3部分组成。
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)。对于大容量产品,其被划分为256页,每页2K字节。注意,小容量和中容量产品则每页只有1K字节。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。
2) 信息块,该部分分为2个小部分,其中启动程序代码(系统存储器),是用来存储ST自带的启动程序,用于串口下载代码,当B0接V3.3,B1接GND的时候,运行的就是这部分代码。用户选择字节,则一般用于配置写保护、读保护等功能。
3) 闪存存储器接口寄存器,该部分用于控制闪存读写等,是整个闪存模块的控制机构。
对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理。编程与擦除的高电压由内部产生。

1.3 Flash闪存的读取
内置闪存模块可以在通用地址空间直接寻址,任何32位数据的读操作都能访问闪存模块的内容并得到相应的数据。例如,我们要从地址addr,读取一个半字(半字为16位,1个字为32位),可以通过如下的语句读取:

  1. data=*(vu16*)addr;
复制代码

将addr强制转换为vu16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vu16改为vu8,即可读取指定地址的一个字节。

1.4 Flash闪存的编程(写)和擦除操作
STM32的闪存编程是由FPEC(闪存编程和擦除控制器)模块处理的,这个模块包含7个32位寄存器,他们分别是:
1) FPEC键寄存器 (FLASH_KEYR)
其中FPEC总共有3个键值:RDPRT键=0X000000A5、KEY1=0X45670123、KEY2=0XCDEF89AB。
2) 选择字节键寄存器 (FLASH_OPTKEYR)
3) 闪存控制寄存器 (FLASH_CR)
4) 闪存状态寄存器 (FLASH_SR)
5) 闪存地址寄存器 (FLASH_AR)
6) 选择字节寄存器 (FLASH_OBR)
7) 写保护寄存器 (FLASH_WRPR)

1.5 Flash编程注意事项

1.5.1 STM32复位后,FPEC模块是被保护的,不能写入FLASH_CR寄存器;通过写入特定的序列到FLASH_KEYR寄存器可以打开FPEC模块(即写入KEY1和KEY2),只有在写保护被解除后,我们才能操作相关寄存器。 叫Unlock。键值不正确会产生总线错误。
1.5.2 STM32闪存的编程每次必须写入16位(不能单纯的写入8位数据!),当FLASH_CR寄存器的PG位为‘1’时,在一个闪存地址写入一个半字将启动一次编程。写入任何非半字的数据,FPEC都会产生总线错误。
1.5.3 在编程过程中(FALSH_SR的BSY位为‘1’),任何读写闪存的操作都会使CPU暂停,直到此次闪存编程结束。
1.5.4 STM32的FLASH在编程的时候,也必须要求其写入地址的FLASH是被擦除了的(也就是其值必须是0XFFFF),否则无法写入,在FLASH_SR寄存器的PGERR位将得到一个警告。

1.6 STM32 Falsh编程过程
1.6.1 检查FLASH_CR的LOCK是否解锁,如果没有则先解锁;
1.6.2 检查FLASH_SR寄存器的BSY位,以确认没有其他正在进行的编程操作;
1.6.3 设置FLASH_CR寄存器的PG位为‘1’在指定的地址写入要编程的半字;
1.6.4 等待BSY位变为‘0’;
1.6.5 读出写入的地址并验证数据。

1.7 STM32 Flash擦除过程
STM32 FLASH编程的时候,要先判断所写地址是否被擦除了。闪存擦除分为两种:页擦除和整片擦除。
1.7.1 Flash页擦除过程
1) 检查FLASH_CR的LOCK是否解锁,如果没有则先解锁;
2) 检查FLASH_SR寄存器的BSY位,以确认没有其他正在进行的闪存操作;
3) 设置FLASH_CR寄存器的PER位为‘1’;
4) 用FLASH_AR寄存器选择要擦除的页;
5) 设置FLASH_CR寄存器的STRT位为‘1’;
6) 等待BSY位变为‘0’;
7) 读出被擦除的页并做验证。
1.7.2 Flash整片擦除过程
1) 检查FLASH_SR寄存器的BSY位,以确定没有其他操作在进行;
2) 设置FLASH_CR寄存器的MER为1;
3) 设置FLASH_CR寄存器的STRT为1;
4) 等待BSY为0;
5) 读出所有页并验证。

1.8 Flash操作相关寄存器
1) FPEC键寄存器(FLASH_KEYR);

20200915134120600.png

2) 闪存控制寄存器(FLASH_CR);

20200915134217432.png

3) 闪存状态寄存器(FLASH_SR);

20200915134306471.png

4) 闪存地址寄存器(FLASH_AR)。

20200915134348987.png

1.9 相关库函数
官方给出的库函数位于:stm32f10x_flash.c/stm32f10x_flash.h。

1.9.1 闪存操作常用库函数
  1. void FLASH_Unlock(void);                                                                                      //检查 FLASH_CR寄存器的LOCK位//
  2. void FLASH_Lock(void);                                                                     //检查 FLASH_CR寄存器的LOCK位//
  3. FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);           //对主存储区编程//
  4. FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);       //对主存储区编程//
  5. FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
  6. FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);                       //对FLASH_AR寄存器进行操作//
  7. FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
  8. FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);
  9. FLASH_Status FLASH_GetStatus(void);
  10. FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);                          //等待FLASH_SR寄存器的BSY位变0//
复制代码

1.10 Flash操作总结
1.10.1 锁定解锁函数
在对FLASH进行写操作前必须先解锁,解锁操作也就是必须在FLASH_KEYR寄存器写入特定的序列(KEY1和KEY2),固件库函数实现:

  1. void FLASH_Unlock(void);
复制代码

同理,在对FLASH写操作完成之后,我们要锁定FLASH:

  1. void FLASH_Lock(void);
复制代码

1.10.2 写操作函数
固件库提供了三个FLASH写函数:

  1. FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);
  2. FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);
  3. FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
复制代码

顾名思义:FLASH_ProgramWord为 32位字写入函数,其他分别为16位半字写入和用户选择字节写入函数。这里需要说明,32位字节写入实际上是写入的两次16位数据,写完第一次后地址+2,这与我们前面讲解的STM32闪存的编程每次必须写入16位并不矛盾。写入8位实际也是占用的两个地址了,跟写入16位基本上没啥区别。

1.10.3 擦除函数
固件库提供三个FLASH擦除函数:

  1. FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);
  2. FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
  3. FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);
复制代码

顾名思义:第一个函数是页擦除函数,根据页地址擦除特定的页数据,第二个函数是擦除所有的页数据,第三个函数是擦除用户选择字节数据。这三个函数使用非常简单。

1.10.4 获取状态函数
主要是用的函数是:

  1. FLASH_Status FLASH_GetStatus(void);
复制代码

返回值是通过枚举类型定义的:

  1. typedef enum
  2. {
  3. FLASH_BUSY = 1,    //忙
  4. FLASH_ERROR_PG,    //编程错误
  5. FLASH_ERROR_WRP,   //写保护错误
  6. FLASH_COMPLETE,    //操作完成
  7. FLASH_TIMEOUT      //操作超时
  8. }FLASH_Status;
复制代码

1.10.5 等待操作完成函数
在执行闪存写操作时,任何对闪存的读操作都会锁住总线,在写操作完成后读操作才能正确地进行;既在进行写或擦除操作时,不能进行代码或数据的读取操作。所以在每次操作之前,我们都要等待上一次操作完成这次操作才能开始。使用的函数是:

  1. FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);
复制代码

入口参数为等待时间,返回值是FLASH的状态,这个很容易理解,这个函数本身我们在固件库中使用得不多,但是在固件库函数体中间可以多次看到。

1.10.6 读FLASH特定地址数据函数
有写就必定有读,而读取FLASH指定地址的半字的函数固件库并没有给出来,这里我们自己写的一个函数:

  1. u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
  2. {
  3. return *(vu16*)faddr;
  4. }
复制代码

2. 相关实验代码解读
2.1 stmflash.h头文件代码解读


  1. /**
  2. ********************************  STM32F10x  *********************************
  3. * @文件名称: STMFLASH.h
  4. * @作者名称: -----
  5. * @库版本号: V3.5.0
  6. * @工程版本: V1.0.0
  7. * @开发日期: 2020年9月15日
  8. * @摘要简述: STMFLASH头文件
  9. ******************************************************************************/
  10. /*----------------------------------------------------------------------------
  11. * @更新日志:
  12. * @无
  13. * ---------------------------------------------------------------------------*/
  14. #ifndef __STMFLASH_H__
  15. #define __STMFLASH_H__
  16. /* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
  17. #include "stm32f10x.h"
  18. /* 常量 ----------------------------------------------------------------------*/
  19. #define STM32_FLASH_SIZE 512                    /* STM32F103ZET6的FLASH是512K */
  20. #define STM32_FLASH_WREN 1                 /* 使能FLASH写入(0,不是能;1,使能) */
  21. #define STM32_FLASH_BASE 0x08000000                  /* STM32 FLASH的起始地址 */
  22. /* 函数申明 ------------------------------------------------------------------*/
  23. u16  STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr);                                 /* 读出半字 */  
  24. u32  STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len);                       /* 指定地址开始读取指定长度数据 */
  25. void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len);     /* 指定地址开始写入指定长度的数据 */
  26. void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite);        /* 从指定地址开始写入指定长度的数据 */
  27. void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead);           /* 从指定地址开始读出指定长度的数据 */   
  28. #endif /* __STMFLASH_H */
  29. /****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
复制代码

2.2 stmflash.c文件代码解读

  1. /**
  2. ********************************  STM32F10x  *********************************
  3. * @文件名称: stmflash.c
  4. * @作者名称: -----
  5. * @库版本号: V3.5.0
  6. * @工程版本: V1.0.0
  7. * @开发日期: 2020年9月15日
  8. * @摘要简述: stmflash源文件
  9. ******************************************************************************/
  10. /*-----------------------------------------------------------------------------
  11. * @更新日志:
  12. * @无
  13. * ---------------------------------------------------------------------------*/
  14. /* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
  15. #include "stmflash.h"
  16. #include "delay.h"
  17. #include "usart.h"
  18. /************************************************
  19. 函数名称:u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
  20. 函数功能:读取指定地址的半字(16位数据)
  21. 入口参数:u32 faddr:读地址(此地址必须为2的倍数!!)
  22. 返回参数:对应数据
  23. 开发作者:-----
  24. *************************************************/
  25. u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
  26. {
  27. return *(vu16*)faddr;
  28. }
  29. #if STM32_FLASH_WREN    /* 如何使能写入,默认使能 */   
  30. /***************************************************************************
  31. 函数名称:STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)  
  32. 函数功能:不检查的写入
  33. 入口参数:WriteAddr:起始地址;pBuffer:数据指针;NumToWrite:半字(16位)数
  34. 返回参数:无
  35. 开发作者:-----
  36. ****************************************************************************/
  37. void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)   
  38. {        
  39. u16 i;
  40. for(i=0;i<NumToWrite;i++)
  41. {
  42.   FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer<i>);
  43.   WriteAddr+=2;                                  /* 地址增加2 */
  44. }  
  45. }
  46. /***************************************************************************
  47. 函数名称:STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)  
  48. 函数功能:从指定地址开始写入指定长度的数据
  49. 入口参数:WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!);
  50.          pBuffer:数据指针;
  51.          NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.)
  52. 返回参数:无
  53. 开发作者:-----
  54. ****************************************************************************/
  55. #if STM32_FLASH_SIZE<256
  56. #define STM_SECTOR_SIZE 1024                          /* 字节 */
  57. #else
  58. #define STM_SECTOR_SIZE 2048
  59. #endif   
  60. u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];      /* 最多是2K字节 */
  61. void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
  62. {
  63. u32 secpos;    /* 扇区地址 */
  64. u16 secoff;    /* 扇区内偏移地址(16位字计算) */
  65. u16 secremain; /* 扇区内剩余地址(16位字计算) */   
  66. u16 i;   
  67. u32 offaddr;   /* 去掉0X08000000后的地址 */
  68. if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||(WriteAddr>=(STM32_FLASH_BASE+1024*STM32_FLASH_SIZE)))return;  /* 非法地址 */
  69. FLASH_Unlock();                                               /* 解锁 */
  70. offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;                     /* 实际偏移地址 */
  71. secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE;                        /* 扇区地址  0~127 for STM32F103RBT6 */
  72. secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;                        /* 在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.) */
  73. secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff;                        /* 扇区剩余空间大小 */   
  74. if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;          /* 不大于该扇区范围 */
  75. while(1)
  76. {
  77.   STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);  /* 读出整个扇区的内容 */
  78.   for(i=0;i<secremain;i++)                                                                /* 校验数据 */
  79.   {
  80.    if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;                                                                                   /* 需要擦除 */     
  81.   }
  82.   if(i<secremain)                                                                         /* 需要擦除 */
  83.   {
  84.    FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);                                         /* 擦除这个扇区 */
  85.    for(i=0;i<secremain;i++)                                                                                                      /* 复制 */
  86.    {
  87.     STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer<i>;   
  88.    }
  89.    STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);  /* 写入整个扇区 */  
  90.   }else STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);                   /* 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间 */     
  91.   if(NumToWrite==secremain)break;                                                                           /* 写入结束了 */
  92.   else                                                                                                                         /* 写入未结束 */
  93.   {
  94.    secpos++;                                                                                             /* 扇区地址增1 */
  95.    secoff=0;                                                                                                             /* 偏移位置为0 */   
  96.    pBuffer+=secremain;                                                        /* 指针偏移 */
  97.    WriteAddr+=secremain;                                                      /* 写地址偏移 */   
  98.    NumToWrite-=secremain;                                                                                         /* 字节(16位)数递减 */
  99.    if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2;             /* 下一个扇区还是写不完 */
  100.    else secremain=NumToWrite;                                                                                  /* 下一个扇区可以写完了 */
  101.   }  
  102. };
  103. FLASH_Lock();                                                                                                             /* 上锁 */
  104. }
  105. #endif
  106. /******************************************************************************
  107. 函数名称:STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)   
  108. 函数功能:从指定地址开始读出指定长度的数据
  109. 入口参数:ReadAddr:起始地址;pBuffer:数据指针;NumToWrite:半字(16位)数
  110. 返回参数:无
  111. 开发作者:-----
  112. *******************************************************************************/
  113. void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)   
  114. {
  115. u16 i;
  116. for(i=0;i<NumToRead;i++)
  117. {
  118.   pBuffer<i>=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);         /* 读取2个字节 */
  119.   ReadAddr+=2;                                                                /* 偏移2个字节 */
  120. }
  121. }
  122. /****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
  123. </i></i></i>
复制代码

2.3 main.c文件代码解读

  1. /**
  2. ********************************  STM32F10x  *********************************
  3. * @文件名称: main.c
  4. * @作者名称: -----
  5. * @库版本号: V3.5.0
  6. * @工程版本: V1.0.0
  7. * @开发日期: 2020年9月15日
  8. * @摘要简述: main源文件
  9. ******************************************************************************/
  10. /*-----------------------------------------------------------------------------
  11. * @更新日志:
  12. * @无
  13. * ---------------------------------------------------------------------------*/
  14. /* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
  15. #include "led.h"
  16. #include "key.h"
  17. #include "delay.h"
  18. #include "usart.h"  
  19. #include "stmflash.h"
  20. /* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
  21. const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32F103 FLASH TEST"};   /* 要写入到STM32 FLASH的字符串数组 */
  22. #define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)                             /* 数组长度 */
  23. #define FLASH_SAVE_ADDR  0X08070000                    /* 设置FLASH保存地址(必须为偶数,且其值要大于本代码所占用FLASH的大小+0X08000000) */
  24. /****************************************************************
  25. 函数名称:int main()
  26. 函数功能:主函数
  27. 入口参数:无
  28. 返回参数:int
  29. 开发作者:-----
  30. *****************************************************************/
  31. int main(void)
  32. {  
  33. u8 key;
  34. u16 i=0;
  35. u8 datatemp[SIZE];
  36. delay_init();                                                               /* 延时函数初始化 */   
  37. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);   /* 设置中断优先级分组为组2:2位抢占优先级,2位响应优先级 */
  38. uart_init(115200);                                                  /* 串口初始化为115200 */
  39. LED_Init();                                                           /* 初始化LED管脚接口 */
  40. KEY_Init();                                                                  /* 初始化KEY管脚接口 */
  41. printf("KEY1:Write  KEY0:Read");  
  42. while(1)
  43. {
  44.   key=KEY_Scan(0);                                 /* 0表示不支持连按 */
  45.   if(key==KEY1_PRES)                               /* KEY1按下,写入STM32 FLASH */
  46.   {
  47.       printf("Start Write FLASH....\r\n");
  48.    STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)TEXT_Buffer,SIZE);
  49.    printf("FLASH Write Finished!\r\n");            /* 提示传送完成 */
  50.   }
  51.   if(key==KEY0_PRES)                                               /* KEY0按下,读取字符串并显示 */
  52.   {
  53.    printf("Start Read FLASH....\r\n");
  54.    STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)datatemp,SIZE);
  55.    printf("The Data Readed Is:%s\r\n",datatemp);  /* 提示传送完成 */
  56.   }
  57.   i++;
  58.   delay_ms(10);  
  59.   if(i==20)
  60.   {
  61.    LED0=!LED0;                                                            /* 提示系统正在运行 */
  62.    i=0;
  63.   }     
  64. }
  65. }
  66. /****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
复制代码

3. 实验结果

20200915140953835.jpg

————————————————
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