STM32F407ZG FLASH + 定时读写FLASH计数值

闪存 FLASH

简介

Flash 又称为闪存，它结合了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。
STM32 的 Flash 接口可管理 CPU 通过 AHB I-Code 和 D-Code 对 Flash 进行的访问。该接口可针对 Flash 执行擦除和编程操作，并实施读写保护机制。Flash 接口通过指令预取和缓存机制加速代码执行。


STM32F407ZG 的具体分区如下：

主存储器，存放代码和数据常数（如const 类型的数据）。从上图可以看出主存储器的起始地址就是 0X08000000 。当 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（一次性的，写完一次，永远不可以擦除！！），后面 16 字节，用于锁定对应块。这里的一次性是指写入一次后，再次写入的话是前后相与的值，两次不相同则会置零。
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。

闪存的读取

STM32F4 可通过内部的 I Code 指令总线或 D Code 数据总线访问内置闪存模块。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) 中正确地编程等待周期数 (LATENCY)。当电源电压低于 2.1 V 时，必须关闭预取缓冲器。

于是一般正常工作时（168MHz，3.3V），应设置 LATENCY 为 5 WS。

Flash 读取，即对 Flash 某个地址读一个字（32位），只要知道地址即可通过如下语句读取：
data = * (vu32 * )addr; //volatile unsigned int 32，每次读取需要重新取，不能直接读寄存器的值。

闪存的编程和擦除

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 STM32F4xx 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。
闪存的擦除和编程是通过设置寄存器的值来控制的。

编程步骤

1. 检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作。
2. 将 FLASH_CR 寄存器中的 PG 位置 1 ，激活 FLASH 编程。
3. 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 ）
   — 并行位数为 x64 时按双字写入（ PSIZE = 03 ）
4. 等待 BSY 位清零，完成一次编程。

注意写入操作必须要在保证写入地址已被擦除。

擦除步骤

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

寄存器

访问控制寄存器 (FLASH_ACR)

用于使能/失能 数据缓存、指令缓存、预取 相关的功能，最重要的是在于低三位用于设置 LATENCY 的值。

控制寄存器 (FLASH_CR)

CR 有两种，分别对应 stm32f405xxx/407xxx/415xxx/417xxx 和 42xxx/43xxx 。这里贴出前者。

秘钥寄存器 (FLASH_KEYR)

此寄存器用于解锁 CR ，有固定的两个设置值，否则会将 CR 锁定。

状态寄存器 (FLASH_SR)

包括 BSY 繁忙标志 、各种错误标志、EOP 操作结束标志 。具体见官方手册。
一般来说只有使能了相关错误中断，这些错误标志位才有意义。

选项控制寄存器 (FLASH_OPTCR)

对于OPT的控制，具体见官方手册。

选项秘钥寄存器 (FLASH_OPTKEYR)

与 KEYR 类似，用于解锁 OPTCR 。

定时读写 FLASH 计数值

需求

定时读写Flash，开机读取Flash计数值，每10秒钟计数加1并重新写入Flash保存。

思路

使用通用定时器 TIM3 设定重装值使定时为10s，每次自动重装时转入中断函数读取 Flash 计数值自增，并重新擦除写入。

实验过程中的一些问题

TIM 相关

1. 实验中发现 TIM 初始化时，最开始也会进入一次中断，因此会导致还没开始计时就自增了一次。解决方法是使用了一个标志位，首次中断不做处理。
2. TIM 触发中断后，会自动重装计数值，且中断函数的执行和计数互不影响。也就是说虽然对 Flash 的操作会有一定延迟，但并不影响计时，也不影响下一次中断（经实验擦写大概需要1s）。

代码

tim3 的配置详情见我的另一篇文章： STM32F4ZG TIM
tim3 的中断函数：

void TIM3_IRQHandler(void)
{
   if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET) //判断发生中断
    {
        if(first_flag == 0) //首次中断仅打印计数值初始值
        {
            first_flag = 1;
            printf("%d\r\n", counter);
        }
        else
        {
            u32 load[1];
            LED1 = !LED1;
            counter++;
            load[0] = counter;
            stmflash_write(ADDR_COUNTER, load, 1);
            stmflash_read(ADDR_COUNTER, load, 1);
            printf("%d\r\n", load[0]);
        }
    }
    
    TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除更新中断标志位
}

stmflash.h

#ifndef STMFLASH_H__
#define STMFLASH_H__
 
//FLASH 扇区的起始地址
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0     ((u32)0x08000000) 	//扇区0起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1     ((u32)0x08004000) 	//扇区1起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2     ((u32)0x08008000) 	//扇区2起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3     ((u32)0x0800C000) 	//扇区3起始地址, 16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4     ((u32)0x08010000) 	//扇区4起始地址, 64 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5     ((u32)0x08020000) 	//扇区5起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6     ((u32)0x08040000) 	//扇区6起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7     ((u32)0x08060000) 	//扇区7起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8     ((u32)0x08080000) 	//扇区8起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9     ((u32)0x080A0000) 	//扇区9起始地址, 128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10    ((u32)0x080C0000) 	//扇区10起始地址,128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11    ((u32)0x080E0000) 	//扇区11起始地址,128 Kbytes

#define ADDR_COUNTER    ((u32)0x080E0000)

extern u32 counter;
void load_counter(void);

u16 stmflash_get_sector(u32 addr);
void stmflash_read(u32 addr, u32* pbuffer, u32 num);
void stmflash_write(u32 addr, u32* pbuffer, u32 num);

#endif

stmflash.c

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "stmflash.h"


u32 stmflash_read_word(u32 faddr)
{
    return *(vu32*)faddr;
}

//******实验需要********
u32 counter = 0;

void load_counter(void)
{
    counter = stmflash_read_word(ADDR_COUNTER);
}
//*********************

u16 stmflash_get_sector(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;
}

void stmflash_read(u32 addr, u32* pbuffer, u32 num)
{
    u32 i;
    for(i = 0; i < num; i++)
    {
        pbuffer[i] = stmflash_read_word(addr);
        addr += 4;
    }
}

void stmflash_write(u32 addr, u32* pbuffer, u32 num)
{
    FLASH_Status status =FLASH_COMPLETE;
    u32 start_addr = 0;
    u32 end_addr = 0;
    if(addr < FLASH_BASE || addr % 4)return; //地址非法
    FLASH_Unlock();
    FLASH_DataCacheCmd(DISABLE); //FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
    start_addr = addr;
    end_addr = addr + num * 4;
    
    if(start_addr < 0X1FFF0000) //主存储区才需要擦除
    {
        //若要写的区域有数据，需要把所在整个扇区擦除
        while(start_addr < end_addr)
        {
            if(stmflash_read_word(start_addr) != 0xFFFFFFFF)
            {
                status = FLASH_EraseSector(stmflash_get_sector(start_addr), VoltageRange_3);
                if(status != FLASH_COMPLETE)break; //擦除异常
            }
            else
            {
                start_addr += 4;
            }
        }
    }
    
    //写数据
    if(status == FLASH_COMPLETE)
    {
        while(addr<end_addr)
		{
			if(FLASH_ProgramWord(addr,*pbuffer) != FLASH_COMPLETE)//写入数据
			{ 
				break; //写入异常
			}
			addr+=4;
			pbuffer++;
		}
    }
    
    FLASH_DataCacheCmd(ENABLE); //写入结束开启数据缓存
    FLASH_Lock();
}

main 函数比较简单，记得在开启定时器前 load 一下 counter 就行。

int main(void)
{
    uint16_t times = 0;
    load_counter();
    
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置系统中断优先级分组2
    delay_init(168); //延时初始化
    usart_init(); //串口初始化波特率为115200
    LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
    
    LED1 = 0;
    
    //开始定时，定时时间 = (psc+1) * (arr+1) / clk
    // 20000 * 42000 / 84000000 = 10s
    tim3_init(20000 - 1, 42000 - 1);
    while(1)
    {
        times++;
        if(times % 30 == 0) LED0 =! LED0; //闪烁LED0,提示系统正在运行
        delay_ms(10);
	}
}

实验结果

每 10s 自增一次，串口显示，同时反转 LED1 的值。LED0 闪烁表示程序正在运行。