STM32单片机的FLASH编程详解

前面说到了单片机的ROM、RAM两块存储的位置和大小，以及简单的变量或函数的存储地址，这时候你应该对单片机的内存有了了解。

当你用仿真器下载程序的时候，前面提到的BIN文件的数据（也就是原始的ROM二进制数据，0101那种），会通过下载器0x0800 0000这块内存。之后根据你的下载选项可选自动运行，或者复位再运行。当然也有的同学和我这种穷*一样不舍得买几十块钱甚至更贵的下载器，那么就是使用串口进行下载（也就是ISP），这点和51一样，只不过不需要所谓的冷启动了。对应的引脚是PA9（TXD）、PA10（RXD）。

        你知道其中发生了什么吗？先以下载器为例，此时你的单片机和下载器最少只有3根线，首先是GND，也就是负极，你得共地才能确定0电平。然后是CLK（或者TCK）和DAT（或者叫TMS、DIO），也就是PA14和PA13这俩引脚，和IIC类似，数据和时钟，可读可写，那么你的单片机程序就是通过这个串行总线更新的。因此UP设计电路图一般会预留串口和仿真接口用于调试，像这样。 

    那么你如果用的串口更新呢？首先你要保证boot0引脚拉低了再启动，也就是先拉低boot0再复位，这样启动的时候就是boot0为0了，也就是低电平。或者不复位而是按住boot0为低电平直接断电重新上电。然后你就可以用串口更新软件把hex文件发过来了，之后同样的复位重启，运行新程序。虽然过程有点复杂，但是有自动下载电路，可以用串口的DTR和RTS这俩信号协助你控制RST（复位）和boot0，这样就不用你管了。 

 

   有什么区别呢？仿真器快，对吧。还有就是串口只能下载，仿真器可以仿真，就是一步步运行程序，便于查看效果。我们先从下载方面分析，再说仿真方面。

        你写过stm32内置flash编程程序，你应该知道，就是那块0x0800 0000的存储器，你除了用来存储你的程序并运行外，你还可以用你的程序去读写它，只要没有碰到你自己的程序那块，不然那就是格式化C盘的效果，你的程序可能就挂了，并且可能再也运行不起来了。但是你也没那么容易直接碰它，因此你还需要解锁，然后才可以操作它。

        那么你下载程序的时候是谁在擦写你的ROM呢？是SWD接口吗？是串口吗？都不是，因为单片机不是24C02，也不是串口EEPROM，那么~~~

  没错，单片机里面还在运行着程序，这个程序在干嘛呢？串口更新的时候它在接收串口数据帧、校验数据，为你的串口更新上位机提供单片机ID查询，FLASH读写等服务。上位机通过串口信号（即DTR、RTS，注意不是数据）控制你的开发板的一键下载电路完成boot0的低电平启动（没有自动下载电路的话你就要手动完成这一步了），完成下载（也就是0x0800 0000那块FLASH写BIN文件数据）之后，上位机再次产生复位信号，开始运行新程序。可能你选择的是hex数据，这样不影响你更新新程序，因为他俩存储的数据都是一样的。就像瓜子和瓜子仁一样，瓜子可以解析出来瓜子仁。hex也能解析出来bin文件。所以bin文件更小，hex大一些。 

      那么这个程序存在哪？谁写的？怎么启动这个程序的？这个你应该知道，拉低boot0它就启动了，谁写的呢？肯定是单片机厂商了，用户修改不了它。这块区域存在的意义是什么呢？简单来说给我们提供低成本的固件更新方案，不需要昂贵的仿真器。其实这块程序还真不简单，串口其中只是一种方式，你还可以用CAN、USB等等。它在那个位置呢？下图说了，是在系统存储区。更具体的可以查看相关手册。

 在内存地图中你可以产看到系统存储区的地址和范围，然后你就可以算出来大小了，同样的你还可以看到FALSH和SRAM，也就是ROM和RAM的地址及范围，同样可以算出大小。当然这是以F4为例，其他不同的单片机，内存大小可能会不同。

  如果你想了解内置的bootloader怎么通过串口实现的，你可以登陆ST官网搜索an3155这个文档查看。 

  比如首先检测串口收到0x7F后，确认使用串口作为通信接口。

  或者bootloader的版本查询、单片机ID查询以及FLASH擦写等指令。

 单片机还有其它的启动方式，还有boot1引脚。不限于从这块内置的bootloader这里的内存启动。比如还可以从RAM里面启动。

        那么，仿真接口呢？仿真接口一般不会控制你的单片机从内置的boot loader那里启动，因为它没法准确控制你的boot0引脚，假如你掰断了呢，你也不一定用了串口。所以~~~

        没错用仿真器时跑的另一个程序，不然怎么会做到和内置bootloader一样的FLASH擦除功能？但是这个程序不在0x0800 0000这里，因为这里是要被擦写覆盖掉的，更不在内置的boot loader那块。所以你猜到了在哪里吗？

        没错，我们还有0x2000 0000这块RAM存储器，RAM也是可以运行程序的，怎么让RAM运行程序呢？要先给RAM写好程序吧，然后呢？从RAM启动即可，或者说执行RAM里面的指令。这里的程序就叫做下载算法。往RAM里面写这个下载算法的接口就是我们的仿真接口，占线最少的那种就是SWD接口。而SWD协议定义了SWD接口的通信规则。通过SWD接口和协议我们就可以往RAM里面写下载算法了。

        怎么写呢？你还需要个仿真器，仿真器可以通过单片机的SWD接口连接到单片机的调试单元，然后写下载算法等等。下载算法怎么来的呢？仿真器怎么知道的下载算法呢？仿真器不一定知道下载算法，但是MDK会告诉它，通过USB数据线，所以MDK有下载算法，路径可以通过添加算法，然后找到之前的算法来查看，就是最下面这里。 

       拷贝一下路径你就可以找到下载算法了。

   这个下载算法就在你安装的pack包里面，安装的时候就解压到这里了。下载选项你也可以知道下载算法存储的地址和大小。就是前面我们说的拷贝到RAM运行的地址。

 

整个过程就是pack包告诉MDK下载算法，MDK通过USB告诉仿真器，仿真器再通过SWD接口（也就是那总共三根线，当然你要保证单片机供电能跑）把下载算法下载到RAM。这时候RAM中的程序也就是下载算法就可以擦写你的FLASH了。还是一样的步骤，MDK把BIN文件通过USB告诉仿真器（当然并不一定要生成BIN文件，只是发送原始ROM数据），仿真器再通过SWD调用RAM中的下载算法把FLASH擦除，然后写MDK发来的BIN数据，最后按需（根据下载选项）复位运行。

        是不是比串口还复杂的过程，（不过这一切操作起来还是挺简单的，装好驱动，插好线，有没有一键下载电路都无所谓，MDK配置一下仿真器直接就可以使用了），既然这么复杂还这么贵，为什么还要仿真器，因为它除了下载程序还可以仿真，这是串口下载做不到的。

        仿真功能还是源于SWD接口，还是源于SWD协议，SWD协议除了写RAM数据外还有其他很多功能，比如我们之前运行时查看0x0800 0000地址处的BIN文件内容。这就是读FLASH，读FLASH本质上还是访问FLASH这里的寄存器，除此外你还可以访问外设的寄存器，帮助你调试程序，查看状态等等。

        你还可以自己设计下载算法，还是在那个下载算法路径。参考源工程的方式定义FLASH设备信息，编写FLASH编程函数等等。详细步骤可以参考安富莱的H7外部FLASH下载算法制作：https://www.cnblogs.com/armfly/p/13970387.html

   如果你知道了这个原理，你就可以自己做一个下载器了，把下载算法保存在下载器里面，控制要下载的单片机的SWD接口完成初始化FLASH，写下载算法，写FLASH，校验，复位运行等等。或者参考CMSIS的开源DAP程序（https://github.com/ARMmbed/DAPLink）做仿真器再或者参考安富莱的H7-TOOL(https://github.com/armfly/H7-TOOL_STM32H7_App)，除了下载还可以仿真。  再次鸣谢CMSIS、安富莱 ~ ~ ~ 

【学习技术群：769843038】下方为一些实例教学，感兴趣的可以看一下。

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