STM32学习笔记一一FLASH 模拟 EEPROM

1. 简述

STM32 本身没有自带 EEPROM，但是 STM32 具有在应用编程（IAP：In Application Programming）功能，可以把它的 FLASH 当成 EEPROM 来使用。

不同型号的 STM32，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 16K 字节，最大的则达到了1024K 字节。MiniSTM32 开发板选择的 STM32F103RCT6 的 FLASH 容量为 256K 字节，属于大容量产品，闪存模块组织如下图：

1.1 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 （BOOT0、BOOT1）都接 GND 的时候，就是从 0X08000000开始运行代码的。

1.2 信息块：

该部分分为 2 个小部分，其中启动程序代码（2K），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.

1.3 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。

2. 闪存读取

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。读接口在闪存端包含一个读控制器，还包含一个 AHB 接口与 CPU 衔接，这个接口的主要工作是产生读闪存的控制信号并预取 CPU 要求的指令块，预取指令块仅用于在 I-Code 总线上的取指操作，数据常量是通过 D-Code 总线访问的。这两条总线的访问目标是相同的闪存模块，访问 D-Code 将比预取指令优先级高。

闪存等待时间：

因为 CPU 运行速度比 FLASH 快得多， STM32F103的 FLASH 最快访问速度≤24Mhz，如果 CPU 频率超过这个速度，那么必须加入等待时间，比如我们一般使用 72Mhz的主频，那么 FLASH等待周期就必须设置为 2，该设置通过 FLASH_ACR寄存器设置。

等待周期体现了系统时钟(SYSCLK)频率与闪存访问时间的关系：

等待周期	系统时钟
0等待周期	0 < SYSCLK < 24MHz
1等待周期	24MHz < SYSCLK ≤ 48MHz
2等待周期	48MHz < SYSCLK ≤ 72MHz

读取地址设置：

要从地址 addr，读取一个半字（半字为 16 为，字为 32 位），可以通过如下的语句读取：
data=(vu16)addr;
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。

对于指针的解释，可学习求求你，不要再纠结指针了，通过与别人的交流讨论，对于提高对知识的理解是大有裨益的！

3. 闪存的编程和擦除

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。

3.1 FPEC 键寄存器(FLASH_KEYR)

FPEC 键寄存器总共有 3 个键值：RDPRT 键=0X000000A5；KEY1=0X45670123；KEY2=0XCDEF89AB。

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。

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。在编程过程中(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。同样， 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。

3.2 STM32 闪存编程过程

（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编程操作；
（3）设置 FLASH_CR 寄存器的 PG 位为’ 1’；
（3）在指定的地址写入要编程的半字；
（4） 等待 BSY 位变为’ 0’；
（5）读出写入的地址并验证数据。

3.3 STM32 闪存页擦除过程

在 STM32 的 FLASH 编程的时候，要先判断缩写地址是否被擦除了。 STM32 的闪存擦除分为两种：页擦除和整片擦除。

（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。

3.4 FLASH相关寄存器介绍

（1）PEC 键寄存器： FLASH_KEYR

寄存器主要用来解锁 FPEC，必须在该寄存器写入特定的序列（KEY1 和 KEY2）解锁后，才能对 FLASH_CR 寄存器进行写操作。

（2）闪存控制寄存器： FLASH_CR

LOCK 位：用于指示 FLASH_CR 寄存器是否被锁住，该位在检测到正确的解锁序列后，硬件将其清零。在一次不成功的解锁操作后，在下次系统复位之前，该位将不再改变。
STRT 位：用于开始一次擦除操作。在该位写入 1 ， 将执行一次擦除操作。
PER 位：用于选择页擦除操作，在页擦除的时候，需要将该位置 1。
PG 位：用于选择编程操作，在往 FLASH 写数据的时候，该位需要置 1。

（3）闪存状态寄存器： FLASH_SR

该寄存器主要用来指示当前 FPEC 的操作编程状态。

（4）存地址寄存器： FLASH_AR

4. 软件实现

4.1 FLASH操作

#ifndef __STMFLASH_H__
#define __STMFLASH_H__
#include "sys.h"
#define STM32_FLASH_SIZE 256 	 		//所选STM32的FLASH容量大小(单位为K)
#define STM32_FLASH_WREN 1              //使能FLASH写入(0，不使能;1，使能)

//FLASH起始地址
#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 	//STM32 FLASH的起始地址

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr);		  //读出半字  
void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len);	//指定地址开始写入指定长度的数据
u32 STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len);						//指定地址开始读取指定长度数据
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
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

//测试写入
void Test_Write(u32 WriteAddr,u16 WriteData);								   
#endif

//读取指定地址的半字(16位数据)
//faddr:读地址(此地址必须为2的倍数!!)
//返回值:对应数据.
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
	return *(vu16*)faddr; 
}
#if STM32_FLASH_WREN	//如果使能了写   
//不检查的写入
//WriteAddr:起始地址
//pBuffer:数据指针
//NumToWrite:半字(16位)数   
void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)   
{ 			 		 
	u16 i;
	for(i=0;i<NumToWrite;i++)
	{
		FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);
	    WriteAddr+=2;//地址增加2.
	}  
} 
//从指定地址开始写入指定长度的数据
//WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!)
//pBuffer:数据指针
//NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.)
#if STM32_FLASH_SIZE<256
#define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节
#else 
#define STM_SECTOR_SIZE	2048
#endif	

u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节

void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)	
{
	u32 secpos;	   //扇区地址
	u16 secoff;	   //扇区内偏移地址(16位字计算)
	u16 secremain; //扇区内剩余地址(16位字计算)	   
 	u16 i;    
	u32 offaddr;   //去掉0X08000000后的地址
	
	if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||(WriteAddr>=(STM32_FLASH_BASE+1024*STM32_FLASH_SIZE)))
		return;//非法地址
	FLASH_Unlock();						//解锁
	offaddr = WriteAddr - STM32_FLASH_BASE;		//实际偏移地址.
	secpos = offaddr / STM_SECTOR_SIZE;			//扇区地址  0~127 for STM32F103RBT6
	secoff = (offaddr % STM_SECTOR_SIZE)/2;		//在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.)
	secremain = STM_SECTOR_SIZE/2 - secoff;		//扇区剩余空间大小   
	if(NumToWrite<=secremain)
		secremain=NumToWrite;//不大于该扇区范围
	while(1) 
	{	
		STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//读出整个扇区的内容
		for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
		{
			if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);//擦除这个扇区
			for(i=0;i<secremain;i++)//复制
			{
				STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//写入整个扇区  
		}
		else 
			STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. 				   
		if(NumToWrite==secremain)
			break;//写入结束了
		else//写入未结束
		{
			secpos ++;				//扇区地址增1
			secoff = 0;				//偏移位置为0 	 
		   	pBuffer += secremain;  	//指针偏移
			WriteAddr += secremain;	//写地址偏移	   
		   	NumToWrite -= secremain;	//字节(16位)数递减
			if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))
				secremain = STM_SECTOR_SIZE/2;//下一个扇区还是写不完
			else 
				secremain=NumToWrite;//下一个扇区可以写完了
		}	 
	};	
	FLASH_Lock();//上锁
}


#endif

//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
//NumToWrite:半字(16位)数
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)   	
{
	u16 i;
	for(i=0;i<NumToRead;i++)
	{
		pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);//读取2个字节.
		ReadAddr+=2;//偏移2个字节.	
	}
}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//WriteAddr:起始地址
//WriteData:要写入的数据
void Test_Write(u32 WriteAddr,u16 WriteData)   	
{
	STMFLASH_Write(WriteAddr,&WriteData,1);//写入一个字 
}

4.2 测试

测试实现就是想 FLASH 特定的地址写入一定长度的数据，再读出来，类似 SPI 读取外部 FLASH 的操作。

现象：

读取的数据为：u8 TEXT_Buffer[]={“STM32 FLASH TEST”};

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参考：

1. 原子库函数手册
2. STM32中文参考手册