代码收藏家 （39）STM32——FLASH闪存
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学习目标
本节我们要来介绍一下关于FLASH闪存的知识，也是有关存储部分的知识，和之前学的EEPROM类似。FLASH结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还可以快速读取数据（NVRAM的优势），使数据不会因为断电而丢失。
成果展示
介绍
不同型号的 STM32F40xx/41xx，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 128K 字节，最大的则达到了 1024K 字节。探索者 STM32F4 开发板选择的 STM32F407ZGT6 的 FLASH 容量为 1024K 字节，STM32F40xx/41xx 的闪存模块组织如图所示：
本节我们要来介绍一下关于FLASH闪存的知识，也是有关存储部分的知识，和之前学的EEPROM类似。FLASH结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还可以快速读取数据（NVRAM的优势），使数据不会因为断电而丢失。
介绍
不同型号的 STM32F40xx/41xx，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 128K 字节，最大的则达到了 1024K 字节。探索者 STM32F4 开发板选择的 STM32F407ZGT6 的 FLASH 容量为 1024K 字节，STM32F40xx/41xx 的闪存模块组织如图所示：
不同型号的 STM32F40xx/41xx，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 128K 字节，最大的则达到了 1024K 字节。探索者 STM32F4 开发板选择的 STM32F407ZGT6 的 FLASH 容量为 1024K 字节，STM32F40xx/41xx 的闪存模块组织如图所示：
组成
STM32F4 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，接下来我们就来详细介绍一下各个部分。
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，不同容量的 STM32F4， 拥有的扇区数不一样，比如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。
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）。
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（永远不可以擦除）， 后面 16 字节，用于锁定对应块。
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。
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。
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。
读取
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 改为 vu16，即可读取指定地址的一个半字。相对 FLASH 读取来说， STM32F4 FLASH 的写就复杂一点了，下面我们介绍 STM32F4 闪存的编程和擦除。
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。Flash 等待周期与 CPU 时钟频率之间的对应关系，如表所示：
供电电压，我们一般是 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。
编程
执行任何 Flash 编程操作（擦除或编程）时，CPU 时钟频率 (HCLK)不能低于 1 MHz。如果在 Flash 操作期间发生器件复位，无法保证 Flash 中的内容。 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。
寄存器
FLASH 访问控制寄存器(FLASH_ACR) FLASH 秘钥寄存器(FLASH_KEYR) FLASH 选项秘钥寄存器(FLASH_OPTKEYR) FLASH 状态寄存器(FLASH_SR) FLASH 控制寄存器(FLASH_CR) FLASH 选项控制寄存器(FLASH_OPTCR)
STM32F4 复位后，FLASH 编程操作是被保护的，不能写入 FLASH_CR 寄存器；通过写入特定的序列（0X45670123 和 0XCDEF89AB）到 FLASH_KEYR 寄存器才可解除写保护，只有在写保护被解除后，我们才能操作相关寄存器。
- 写 0X45670123 到 FLASH_KEYR
- 写 0XCDEF89AB 到 FLASH_KEYR
通过这两个步骤，即可解锁 FLASH_CR，如果写入错误，那么 FLASH_CR 将被锁定，直到下次复位后才可以再次解锁。
STM32F4 闪存的编程位数可以通过 FLASH_CR 的 PSIZE 字段配置，PSIZE 的设置必须和电源电压匹配，由于我们开发板用的电压是 3.3V，所以 PSIZE 必须设置为 10，即 32 位并行位数。擦除或 者编程，都必须以 32 位为基础进行，见表：
STM32F4 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 0XFFFFFFFF），否则无法写入，而且擦除是按片区来擦除的。
步骤
检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作。 将 FLASH_CR 寄存器中的 PG 位置 1，激活 FLASH 编程。 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）（我们是这个） 并行位数为 x64 时按双字写入（PSIZE=03） 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：
- 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。
擦除
我们在 STM32F4 的 FLASH 编程的时候，首先需要判断缩写地址是否被擦除了，所以，我们来介绍一下擦除操作，擦除主要分为扇区擦除和整片擦除，我们简单的来介绍一下扇区擦除。
扇区擦除
- 检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁，如果没有则先解锁
- 检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作
- 在 FLASH_CR 寄存器中，将 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)
- 将 FLASH_CR 寄存器中的 STRT 位置 1，触发擦除操作
- 等待 BSY 位清零
批量擦除
- 检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作
- 在 FLASH_CR 寄存器中，将 MER 位置 1
- 在 FLASH_CR 寄存器中，将 STRT 位置 1，触发擦除操作
- 等待 BSY 位清零
寄存器
寄存器还是不详细介绍了，感兴趣的同学可以去看开发手册。
代码
// stmflash.c
#include "stmflash.h"
#include "delay.h"
#include "usart.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，对于有效性进行判断
FLASH_Unlock(); //解锁
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
{
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
{
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
}
//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[i]=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取4个字节.
ReadAddr+=4;//偏移4个字节.
}
}
//main.c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "stmflash.h"
#include "key.h"
//要写入到STM32 FLASH的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32 FLASH TEST"};
#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_Buffer) //数组长度
#define SIZE TEXT_LENTH/4+((TEXT_LENTH%4)?1:0)
#define FLASH_SAVE_ADDR 0X0800C004 //设置FLASH 保存地址(必须为偶数，且所在扇区,要大于本代码所占用到的扇区.
//否则,写操作的时候,可能会导致擦除整个扇区,从而引起部分程序丢失.引起死机.
int main(void)
{
u8 key=0;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //按键初始化 ;
printf ("KEY1:Write KEY0:Read");
printf ("\r\n\r\n");
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY1_PRES) //KEY1按下,写入STM32 FLASH
{
printf ("Start Write FLASH....");
printf ("\r\n\r\n");
STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)TEXT_Buffer,SIZE);
printf ("FLASH Write Finished!");//提示传送完成
printf ("\r\n\r\n");
}
if(key==KEY0_PRES) //KEY0按下,读取字符串并显示
{
printf ("Start Read FLASH.... ");
printf ("\r\n\r\n");
STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)datatemp,SIZE);
printf ("The Data Readed Is: %s ",datatemp);//提示传送完成
printf ("\r\n\r\n");
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
i=0;
}
}
}
总结
这节FLASH的内容，难度不是特别大，但是感觉还是慢有用的，加深了之前学到的有关存储的知识 。
// stmflash.c
#include "stmflash.h"
#include "delay.h"
#include "usart.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，对于有效性进行判断
FLASH_Unlock(); //解锁
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
{
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
{
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
}
//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[i]=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取4个字节.
ReadAddr+=4;//偏移4个字节.
}
}//main.c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "stmflash.h"
#include "key.h"
//要写入到STM32 FLASH的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32 FLASH TEST"};
#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_Buffer) //数组长度
#define SIZE TEXT_LENTH/4+((TEXT_LENTH%4)?1:0)
#define FLASH_SAVE_ADDR 0X0800C004 //设置FLASH 保存地址(必须为偶数，且所在扇区,要大于本代码所占用到的扇区.
//否则,写操作的时候,可能会导致擦除整个扇区,从而引起部分程序丢失.引起死机.
int main(void)
{
u8 key=0;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //按键初始化 ;
printf ("KEY1:Write KEY0:Read");
printf ("\r\n\r\n");
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY1_PRES) //KEY1按下,写入STM32 FLASH
{
printf ("Start Write FLASH....");
printf ("\r\n\r\n");
STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)TEXT_Buffer,SIZE);
printf ("FLASH Write Finished!");//提示传送完成
printf ("\r\n\r\n");
}
if(key==KEY0_PRES) //KEY0按下,读取字符串并显示
{
printf ("Start Read FLASH.... ");
printf ("\r\n\r\n");
STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)datatemp,SIZE);
printf ("The Data Readed Is: %s ",datatemp);//提示传送完成
printf ("\r\n\r\n");
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
i=0;
}
}
}这节FLASH的内容，难度不是特别大，但是感觉还是慢有用的，加深了之前学到的有关存储的知识 。
