• （39）STM32——FLASH闪存

    目录

    学习目标

    成果展示 

    介绍

    组成

    主存储器

    系统存储器

    OTP 区域

    选项字节

    读取

     编程

    寄存器

    步骤

    擦除

    扇区擦除

    批量擦除

    寄存器

    代码 

    总结 

    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：

    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。

    1. 写 0X45670123 到 FLASH_KEYR
    2. 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：

    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。

    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

    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. 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)
    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

    批量擦除

    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
    3. 在 FLASH_CR 寄存器中，将 STRT 位置 1，触发擦除操作
    4. 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 

    1. // stmflash.c
    2. #include "stmflash.h"
    3. #include "delay.h"
    4. #include "usart.h" 
    5.  
    6.  
    7.  
    8. //读取指定地址的半字(16位数据) 
    9. //faddr:读地址 
    10. //返回值:对应数据.
    11. u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr)
    12. {
    13. 	return *(vu32*)faddr; 
    14. }  
    15. //获取某个地址所在的flash扇区
    16. //addr:flash地址
    17. //返回值:0~11,即addr所在的扇区
    18. uint16_t STMFLASH_GetFlashSector(u32 addr)
    19. {
    20. 	if(addrreturn FLASH_Sector_0;
    21. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_1;
    22. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_2;
    23. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_3;
    24. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_4;
    25. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_5;
    26. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_6;
    27. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_7;
    28. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_8;
    29. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_9;
    30. 	else if(addrreturn FLASH_Sector_10; 
    31. 	return FLASH_Sector_11;	
    32. }
    33. //从指定地址开始写入指定长度的数据
    34. //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
    35. //         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
    36. //         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
    37. //         没有重要数据,最好是整个扇区先擦除了,然后慢慢往后写. 
    38. //该函数对OTP区域也有效!可以用来写OTP区!
    39. //OTP区域地址范围:0X1FFF7800~0X1FFF7A0F
    40. //WriteAddr:起始地址(此地址必须为4的倍数!!)
    41. //pBuffer:数据指针
    42. //NumToWrite:字(32位)数(就是要写入的32位数据的个数.) 
    43. void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToWrite)	
    44. { 
    45.   FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
    46. 	u32 addrx=0;
    47. 	u32 endaddr=0;	
    48.   if(WriteAddr4)return;	//非法地址，对于有效性进行判断
    49. 	FLASH_Unlock();									//解锁 
    50.   FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
    51.  		
    52. 	addrx=WriteAddr;				//写入的起始地址
    53. 	endaddr=WriteAddr+NumToWrite*4;	//写入的结束地址
    54. 	if(addrx<0X1FFF0000)			//只有主存储区,才需要执行擦除操作!!
    55. 	{
    56. 		while(addrx//扫清一切障碍.(对非FFFFFFFF的地方,先擦除)
    57. 		{
    58. 			if(STMFLASH_ReadWord(addrx)!=0XFFFFFFFF)//有非0XFFFFFFFF的地方,要擦除这个扇区
    59. 			{   
    60. 				status=FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(addrx),VoltageRange_3);//VCC=2.7~3.6V之间!!
    61. 				if(status!=FLASH_COMPLETE)break;	//发生错误了
    62. 			}else addrx+=4;
    63. 		} 
    64. 	}
    65. 	if(status==FLASH_COMPLETE)
    66. 	{
    67. 		while(WriteAddr//写数据
    68. 		{
    69. 			if(FLASH_ProgramWord(WriteAddr,*pBuffer)!=FLASH_COMPLETE)//写入数据
    70. 			{ 
    71. 				break;	//写入异常
    72. 			}
    73. 			WriteAddr+=4;
    74. 			pBuffer++;
    75. 		} 
    76. 	}
    77.   FLASH_DataCacheCmd(ENABLE);	//FLASH擦除结束,开启数据缓存
    78. 	FLASH_Lock();//上锁
    79. } 
    80.  
    81. //从指定地址开始读出指定长度的数据
    82. //ReadAddr:起始地址
    83. //pBuffer:数据指针
    84. //NumToRead:字(4位)数
    85. void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead)   	
    86. {
    87. 	u32 i;
    88. 	for(i=0;i
    89. 	{
    90. 		pBuffer[i]=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取4个字节.
    91. 		ReadAddr+=4;//偏移4个字节.	
    92. 	}
    93. }
    1. //main.c
    2. #include "sys.h"
    3. #include "delay.h"
    4. #include "usart.h"
    5. #include "led.h"
    6. #include "stmflash.h" 
    7. #include "key.h"  
    8.  
    9. //要写入到STM32 FLASH的字符串数组
    10. const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32 FLASH TEST"};
    11. #define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_Buffer)	 		  	//数组长度	
    12. #define SIZE TEXT_LENTH/4+((TEXT_LENTH%4)?1:0)
    13.  
    14. #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.
    15. 										//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.
    16. int main(void)
    17. { 
    18. 	u8 key=0;
    19. 	u16 i=0;
    20. 	u8 datatemp[SIZE];	
    21. 	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
    22. 	delay_init(168);  //初始化延时函数
    23. 	uart_init(115200);		//初始化串口波特率为115200
    24. 	
    25. 	LED_Init();					//初始化LED  
    26.  	KEY_Init();					//按键初始化 ; 
    27. 	printf ("KEY1:Write  KEY0:Read");
    28. 	printf ("\r\n\r\n");
    29. 	while(1)
    30. 	{
    31. 		key=KEY_Scan(0);
    32. 		if(key==KEY1_PRES)	//KEY1按下,写入STM32 FLASH
    33. 		{ 
    34.  			printf ("Start Write FLASH....");
    35. 			printf ("\r\n\r\n");
    36. 			STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)TEXT_Buffer,SIZE);
    37. 			printf ("FLASH Write Finished!");//提示传送完成
    38. 			printf ("\r\n\r\n");
    39. 		}
    40. 		if(key==KEY0_PRES)	//KEY0按下,读取字符串并显示
    41. 		{
    42.  			printf ("Start Read FLASH.... ");
    43. 			printf ("\r\n\r\n");
    44. 			STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u32*)datatemp,SIZE);
    45. 			printf ("The Data Readed Is: %s ",datatemp);//提示传送完成
    46. 			printf ("\r\n\r\n");
    47. 		}
    48. 		i++;
    49. 		delay_ms(10);  
    50. 		if(i==20)
    51. 		{
    52. 			LED0=!LED0;//提示系统正在运行	
    53. 			i=0;
    54. 		}		   
    55. 	}    
    56. }

    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 。

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