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片外Flash程序，加载到RAM中执行的实现方法！

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A0dy 发布时间：2026-7-1 16:20

一、关于Flash

Flash存储器，也称为Flash Memory，是一种非易失性存储设备，它结合了ROM和RAM的特点，不仅具有电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还能在断电后保持数据不丢失，类似于NVRAM的优势。

Flash存储器的类型

Flash存储器主要分为NOR Flash和NAND Flash两大类。NOR Flash特点是具有较快的读速度和片上执行功能，但写入和擦除速度较慢，容量低且价格高，因此多用于代码存储。NAND Flash以其快速的写入和擦除操作，大容量和低成本的优势，主要用于数据存储，如数码相机、MP3播放器和笔记本电脑。

image-20260622153741944.png

常用NOR Flash型号

大家可能经常使用都是Winbond(华邦)的W25Qxx系列， 除此之外还有国产的兆易创新(GigaDevice)的GD25Qxx系列等；

W25Qxx系列相关型号介绍

GD25Qxx系列相关型号介绍

同封装型号的GD25Qxx与W25Qxx兼容；

而且目前兆易的同款价格普遍低于华邦，非常适合进行平替；

Flash 特性

串行 NOR（SPI/DSPI/QSPI）

模式 单周期传输bit数 理论最高吞吐率 典型适用场景
标准 SPI 1bit 133 Mbps 小容量参数读写、简单固件升级
Dual SPI（双线） 2bit 266 Mbps 中等数据量读取、字库调用
Quad SPI（四线） 4bit 532 Mbps 大固件 XIP 执行、UI资源加载、高速数据存储
引脚 标准 SPI 模式功能
CS# 片选信号
CLK 时钟信号
SI/MOSI 主机输出、从机输入（单向发数据）
SO/MISO 主机输入、从机输出（单向收数据）
WP# 写保护引脚
HOLD# 总线保持引脚

二、开发环境搭建

1、下载Arduino IDE

image-20260612110155087.png

2、安装芯片库

1、安装STM32芯片支持库

image-20260622234739464.png

2、安装WS25QxxFlash库

该库提供Flash读取、写入等相关功能；

image-20260622175250398.png

该驱动库默认使用的是标准SPI模式（高速读指令）；

没有启用双线SPI（Dual SPI）或四线SPI（Quad SPI）模式；

可在该库基础上，修改相关指令以启用其他模式；

详见W25QxxFlash.h

bool W25QxxFlash::readData(uint address, byte* data, uint length)

bool W25QxxFlash::writeData(uint address, const byte* data, uint length)

三、硬件设备(功能)

主要使用天空星STM32F407VET6开发板，以及焊接的外部Flash(GD25Q128)，通过WS25QxxFlash库，读取Flash的相关信息，以及当按下板载按键KEY时，将Flash中的点亮LED程序，加载到RAM中执行；

STM32F407VET6

image-20260622181129215.png

image-20260622175522535.png

SPI接口

image-20260622175444023.png

GD25Q128ESIGR

GD25Q128ESIGR是兆易创推出的128Mbit（16MB）串行 NOR Flash

存储结构：256 字节 / 页，4KB / 扇区，支持 32KB、64KB 块擦除及全片擦除；

全SPI扩展模式支持：标准SPI（单线）、Dual SPI（双线）、Quad SPI（四线）模式；

image-20260622162854991.png

image-20260622170204033.png

image-20260622162830316.png

四、使用方法

Flash信息读取部分

// Flash 对应连接的引脚
#define SPI_SCK     PA5
#define SPI_MISO    PA6
#define SPI_MOSI    PA7
#define FLASH_CS    PA4

// 初始化SPI
SPI.setMISO(SPI_MISO);
SPI.setMOSI(SPI_MOSI);
SPI.setSCLK(SPI_SCK);
SPI.begin();
// 初始化Flash芯片 128Mbit (16MB)
flash.begin(&SPI, FLASH_CS, 128);

// 打印Flash信息
uint manufacturer, memType, capId;
if (flash.readChipInfo(&manufacturer, &memType, &capId)) {
        uint32_t totalBytes = 1UL << capId;
        Serial1.println("======= Flash 芯片信息 =======");
        Serial1.print("厂商ID:     0x");
        Serial1.println(manufacturer, HEX);
        Serial1.print("内存类型:   0x");
        Serial1.println(memType, HEX);
        Serial1.print("容量编码:   0x");
        Serial1.println(capId, HEX);
        Serial1.print("总容量:     ");
        Serial1.print(totalBytes);
        Serial1.print(" 字节 = ");
        Serial1.print(totalBytes / 1024);
        Serial1.print(" KB = ");
        Serial1.print(totalBytes / (1024UL * 1024UL));
        Serial1.print(" MB = ");
        Serial1.print((totalBytes * 8UL) / (1024UL * 1024UL));
        Serial1.println(" Mbit");
    } else {
        Serial1.println("读取Flash信息失败");
    }

    uint64_t uniqueId;
    if (flash.readUniqueId(&uniqueId)) {
        Serial1.print("64位唯一ID: 0x");
        Serial1.print((uint32_t)(uniqueId >> 32), HEX);
        Serial1.println((uint32_t)uniqueId, HEX);
    } else {
        Serial1.println("读取芯片唯一ID失败");
    }
    Serial1.println("");

示例代码：

#include <SPI.h>
#include "MumanchuDebug.h"
#include "W25QxxFlash.h"


#ifdef DEBUG
void LogError(const char* msg, const char* filePath, uint line) {
    char buf[256];
    const char* fname = strrchr(filePath, '\\');
    fname = fname ? fname + 1 : filePath;
    sprintf(buf, "ERROR: %s : %s(%u)", msg, fname, line);
    Serial1.println(buf);
    Serial1.flush();
}
#endif

// SPI引脚定义 (SPI1)
#define SPI_SCK     PA5
#define SPI_MISO    PA6
#define SPI_MOSI    PA7
#define FLASH_CS    PA4

// 硬件引脚(LED/KEY)
#define LED_BUILTIN PB2
#define KEY_BUTTON  PA0

// 外部Flash中代码的存储地址
#define FIRMWARE_FLASH_ADDR   0x00000000

// RAM执行缓冲区，强制4字节对齐
uint8_t ram_code_buf[64] __attribute__((aligned(4)));

// 按键消抖配置
#define KEY_DEBOUNCE_MS   20
unsigned long last_key_tick = 0;
bool key_pressed_flag = false;

/*
  功能：将 PB2 置高电平点亮LED，执行完毕后返回主程序
  对应汇编：
    ldr  r0, [pc, #4]   ; 加载 GPIOB_BSRR 寄存器地址
    movs r1, #4          ; 1<<2，对应 PB2 置位
    str  r1, [r0]        ; 写入寄存器，点亮LED
    bx   lr              ; 返回调用者
    DCD  0x40020418      ; GPIOB_BSRR 硬件地址
*/
const uint8_t led_on_binary[] = {
  0x01, 0x48,  // ldr r0, [pc, #4]
  0x04, 0x21,  // movs r1, #4
  0x01, 0x60,  // str r1, [r0]
  0x70, 0x47,  // bx lr
  // GPIOB_BSRR 地址 0x40020418，小端序存储
  0x18, 0x04, 0x02, 0x40
};

HardwareSerial Serial1(PA10, PA9); 
W25QxxFlash flash;

void setup() {
    Serial1.begin(115200);
    delay(1000);
    Serial1.flush();

    pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 初始熄灭
    pinMode(KEY_BUTTON, INPUT_PULLDOWN);

    // 初始化SPI总线
    SPI.setMISO(SPI_MISO);
    SPI.setMOSI(SPI_MOSI);
    SPI.setSCLK(SPI_SCK);
    SPI.begin();

    // 初始化Flash芯片 128Mbit (16MB)
    flash.begin(&SPI, FLASH_CS, 128);

    // 打印 Flash 信息
    uint manufacturer, memType, capId;
    if (flash.readChipInfo(&manufacturer, &memType, &capId)) {
        uint32_t totalBytes = 1UL << capId;
        Serial1.println("======= Flash 芯片信息 =======");
        Serial1.print("厂商ID:     0x");
        Serial1.println(manufacturer, HEX);
        Serial1.print("内存类型:   0x");
        Serial1.println(memType, HEX);
        Serial1.print("容量编码:   0x");
        Serial1.println(capId, HEX);
        Serial1.print("总容量:     ");
        Serial1.print(totalBytes);
        Serial1.print(" 字节 = ");
        Serial1.print(totalBytes / 1024);
        Serial1.print(" KB = ");
        Serial1.print(totalBytes / (1024UL * 1024UL));
        Serial1.print(" MB = ");
        Serial1.print((totalBytes * 8UL) / (1024UL * 1024UL));
        Serial1.println(" Mbit");
    } else {
        Serial1.println("读取Flash信息失败");
    }

    uint64_t uniqueId;
    if (flash.readUniqueId(&uniqueId)) {
        Serial1.print("64位唯一ID: 0x");
        Serial1.print((uint32_t)(uniqueId >> 32), HEX);
        Serial1.println((uint32_t)uniqueId, HEX);
    } else {
        Serial1.println("读取芯片唯一ID失败");
    }
    Serial1.println("");

    // 写入代码到外部Flash
    uint8_t check_byte;
    flash.readData(FIRMWARE_FLASH_ADDR, &check_byte, 1);
    if (check_byte != led_on_binary[0]) {
        Serial1.println("首次运行，正在写入LED代码到外部Flash...");
        flash.eraseSector(0);          // 擦除第0个4KB扇区
        flash.waitWhileBusy(1000);
        flash.writeData(FIRMWARE_FLASH_ADDR, led_on_binary, sizeof(led_on_binary));
        flash.waitWhileBusy(1000);
        Serial1.println("代码写入到外部Flash完成");
    } else {
        Serial1.println("外部Flash中已写入代码");
    }
    Serial1.println("按下Key 触发Flash代码加载执行");
    Serial1.println("");
    Serial1.flush();
}

void loop() {
    // 按键消抖检测
    if (digitalRead(KEY_BUTTON) == HIGH) {
        if (millis() - last_key_tick > KEY_DEBOUNCE_MS) {
            if (!key_pressed_flag) {
                key_pressed_flag = true;
                Serial1.println("按键触发：开始从Flash加载代码到SRAM...");

                // 把Flash中的二进制机器码读到RAM缓冲区
                flash.readData(FIRMWARE_FLASH_ADDR, ram_code_buf, sizeof(led_on_binary));

                // 转换为函数指针，地址最低位置1 (Cortex-M Thumb状态位要求)
                void (*exec_led_func)(void) = (void (*)(void))((uint32_t)ram_code_buf | 0x01);

                // 跳转执行RAM中的代码，执行完毕自动返回
                exec_led_func();
                Serial1.println("LED已点亮");
            }
        }
    } else {
        key_pressed_flag = false;
        last_key_tick = millis();
    }
}

五、效果演示

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Flash.gif

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